Simulação de um processo de pirólise rápida de biomassa

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Short-term Wind Forecasting to Support Virtual Power Player Operation

This paper proposes a wind speed forecasting model that contributes to the development and implementation of adequate methodologies for Energy Resource Man-agement in a distribution power network, with intensive use of wind based power generation. The proposed fore-casting methodology aims to support the operation in the scope of the intraday resources scheduling model, name-ly with a time horizon of 10 minutes. A case study using a real database from the meteoro-logical station installed in the GECAD renewable energy lab was used. A new wind speed forecasting model has been implemented and it estimated accuracy was evalu-ated and compared with a previous developed forecast-ing model. Using as input attributes the information of the wind speed concerning the previous 3 hours enables to obtain results with high accuracy for the wind short-term forecasting.

Maximizing the Social Welfare of Virtual Power Players Operation in Case of Excessive Wind Power

The integration of growing amounts of distributed generation in power systems, namely at distribution networks level, has been fostered by energy policies in several countries around the world, including in Europe. This intensive integration of distributed, non-dispatchable, and natural sources based generation (including wind power) has caused several changes in the operation and planning of power systems and of electricity markets. Sometimes the available non-dispatchable generation is higher than the demand. This generation must be used; otherwise it is wasted if not stored or used to supply additional demand. New policies and market rules, as well as new players, are needed in order to competitively integrate all the resources. The methodology proposed in this paper aims at the maximization of the social welfare in a distribution network operated by a virtual power player that aggregates and manages the available energy resources. When facing a situation of excessive non-dispatchable generation, including wind power, real time pricing is applied in order to induce the increase of consumption so that wind curtailment is minimized. This method is especially useful when actual and day-ahead resources forecast differ significantly. The distribution network characteristics and concerns are addressed by including the network constraints in the optimization model. The proposed methodology has been implemented in GAMS optimization tool and its application is illustrated in this paper using a real 937-bus distribution network with 20.310 consumers and 548 distributed generators, some of them non-dispatchable and with must take contracts. The implemented scenario corresponds to a real day in Portuguese power system.

Load Profiling Tool to Support Smart Grid Operation Scenarios

This paper presents the characterization of high voltage (HV) electric power consumers based on a data clustering approach. The typical load profiles (TLP) are obtained selecting the best partition of a power consumption database among a pool of data partitions produced by several clustering algorithms. The choice of the best partition is supported using several cluster validity indices. The proposed data-mining (DM) based methodology, that includes all steps presented in the process of knowledge discovery in databases (KDD), presents an automatic data treatment application in order to preprocess the initial database in an automatic way, allowing time saving and better accuracy during this phase. These methods are intended to be used in a smart grid environment to extract useful knowledge about customers’ consumption behavior. To validate our approach, a case study with a real database of 185 HV consumers was used.

Multiagent System Architecture for Short-term Operation of Integrated Microgrids

The forthcoming smart grids are comprised of integrated microgrids operating in grid-connected and isolated mode with local generation, storage and demand response (DR) programs. The proposed model is based on three successive complementary steps for power transaction in the market environment. The first step is characterized as a microgrid’s internal market; the second concerns negotiations between distinct interconnected microgrids; and finally, the third refers to the actual electricity market. The proposed approach is modeled and tested using a MAS framework directed to the study of the smart grids environment, including the simulation of electricity markets. This is achieved through the integration of the proposed approach with the MASGriP (Multi-Agent Smart Grid Platform) system.

Avaliação do efeito da microfauna do tanque de arejamento no efluente final

O presente trabalho, efetuado na Estação de Tratamento de Águas Residuais do Freixo (ETAR do Freixo), decorreu durante um período de nove meses, (entre Dezembro de 2012 e Agosto de 2013), e teve como principais objetivos: - a observação microscópica e respetiva identificação dos organismos presentes nas lamas ativadas dos reatores biológicos da ETAR (incidindo nos protozoários, metazoários e bactérias filamentosas); - estabelecer a relação entre os organismos identificados/quantidade respetiva e a sedimentabilidade das lamas ativadas e sua influência no processo de depuração; - avaliar a variação das espécies identificadas com as alterações processuais. Para o efeito, a metodologia utilizada foi: - a colheita diária de amostras em vários pontos da ETAR; - a determinação dos parâmetros operacionais e caracterização das amostras recolhidas, tendo sido efetuadas 6039 análises físico-químicas, incluindo ao afluente à ETAR, ao afluente e ao conteúdo dos dois reatores biológicos, à corrente de recirculação de lamas e ao efluente; - a visualização diária microscópica ótica sem contraste de fase dos microrganismos presentes nos reatores biológicos; - a visualização microscópica ótica com contraste de fase da microfauna presente nos reatores biológicos, sendo efetuadas 16 identificações e quantificações dos protozoários presentes nas lamas ativadas dos dois reatores e 10 identificações e quantificações das bactérias filamentosas presentes nos dois reatores biológicos. O início do estudo ocorreu num período em que se começou a verificar um aumento excessivo de espumas nos decantadores secundários, resultando numa fraca sedimentabilidade das lamas e numa menor qualidade do efluente final. Na tentativa de reduzir a excessiva ascensão do manto de lamas que se verificou, foram efectuadas alterações operacionais, consistindo: - na alteração da razão de recirculação da decantação secundária para os reatores biológicos; - na introdução de um composto altamente concentrado em matéria orgânica na corrente de recirculação de lamas; - na alteração da extração de lamas biológicas. Verificou-se que as alterações processuais efetuadas foram muito eficazes na diminuição do manto de lamas da decantação secundária, bem como muito eficazes na qualidade do efluente final. Durante os meses de Fevereiro a Agosto fez-se o acompanhamento diário de todas as condições de operação de modo a manter e validar o procedimento de operação, o qual se considerou muito eficaz em termos de obtenção de uma água tratada de excelente qualidade. Durante o estudo efetuado, verificou-se que a população microbiológica existente nos dois reatores biológicos se manteve praticamente inalterada durante todo o período, sendo os móveis de fundo e os sésseis os grupos dominantes. Esta dominância traduziu-se na elevada qualidade do efluente final que se observou a partir do mês de Fevereiro, tendo dificultado o estudo de novas condições de operação, mas facilitando a validação do procedimento adotado. No que se refere às bactérias filamentosas, verificou-se que são diversas as espécies presentes nos reatores biológicos e que existem em grande abundância, sendo que o Tipo 0092 é claramente dominante. O excessivo crescimento deste tipo de bactérias mostrou ser o maior problema a nível microbiológico no processo de tratamento da instalação, tornando-se crítico no período de inverno em que a temperatura e os picos de pluviosidade se mostraram condições favoráveis ao seu desenvolvimento. Para além da temperatura outros fatores mostraram-se responsáveis pelo seu crescimento tais como a razão Alimento/Microrganismo (A/M), a idade das lamas, a carga mássica afluente e o teor de oxigénio dissolvido nos reatores biológicos. Pode-se concluir que apesar de não se trabalhar com os valores teóricos dos parâmetros microbiológicos e operacionais considerados ideais, a ETAR do Freixo, possui um tratamento bastante eficaz na remoção da carga orgânica, na remoção de nutrientes e na remoção de sólidos suspensos totais, apesar da não existência de uma etapa de afinação final como a filtração.

Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.