Metodologia de implementação e avaliação de sistemas solar térmico e fotovoltaico: estudo de caso

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Mestrado de Energias Renováveis - Conservação e Utilização Sustentáveis

Desenvolvimento de um simulador de apoio à decisão para sistemas ativos de climatização

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão e Sistemas Ambientais

Avaliação do potencial de poupança de energia elétrica em residências através de monitorização inteligente

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão e Sistemas Ambientais

Modelação numérica de um dispositivo pontual de aproveitamento de energia das ondas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Avaliação do potencial da produção de energia elétrica através de resíduos urbanos em Portugal Continental. Horizonte Temporal 2014-2020

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil de Gestão de Sistemas Ambientais

Avaliação do binómio água-energia de um sistema de aproveitamento de águas pluviais – estudo de caso do Campus do IST no Taguspark

O crescimento demográfico das próximas décadas terá lugar principalmente nas grandes cidades, o que levantará novos desafios para os sistemas de abastecimento de água. Adicionalmente, as alterações climáticas tenderão a acentuar a intensidade de cheias e secas, forçando as entidades gestoras a relocalizar as suas captações ou optar por técnicas alternativas de tratamento da água. Deste modo, assistir-se-á a uma intensificação dos consumos energéticos associados ao abastecimento de água, e o binómio água-energia assumirá crescente importância. O recurso a sistemas descentralizados e com menores consumos energéticos pode constituir uma alternativa, dentro dos quais se enquadra o aproveitamento de águas pluviais, que pode ajudar a promover a sustentabilidade do sector a nível local, mas também reduzir a factura energética do sistema e as respectivas emissões de gases de efeito de estufa (GEE). No âmbito desta dissertação, foi desenvolvida uma ferramenta, RaINvesT, para avaliar a viabilidade da instalação de um sistema de aproveitamento de águas pluviais (SAAP), considerando usos não potáveis. Esta ferramenta foi testada no edifício universitário do Campus do Instituto Superior Técnico (IST) no Taguspark, estimando-se não só a concepção do sistema, mas também a energia incorporada por metro cúbico de água abastecida, em kWh/m3, e a emissão de GEE. Esta ferramenta inclui ainda uma análise de custo-benefício da instalação e operação do SAAP. Os resultados evidenciaram uma dependência significativa da rede pública de abastecimento para suprir as necessidades de água. No entanto, a energia incorporada por metro cúbico de água abastecida pelo SAAP revelou ser muito inferior àquela incorporada na água da rede pública de abastecimento (0,013 e 0,791 kWh/m3, respectivamente), e consequentemente também as emissões de GEE. A análise de custo-benefício revelou um baixo custo de investimento inicial, em parte devido ao facto de se aproveitarem para este SAAP os reservatórios de combate a incêndio já existentes. Foi ainda apurado um período de retorno de 12 anos, na óptica do utilizador final, não consistindo este sistema um modelo de negócio viável por parte da entidade gestora dos serviços de abastecimento de água.

O caminho para a viabilidade económica e ambiental da energia fotovoltaica

É impensável viver hoje em dia sem energia. Mas é possível fornecer energia através de fontes menos poluentes e exploradas de forma sustentável. As fontes convencionais estão associadas a problemas como as alterações climáticas e a limitação de recursos. Dentro das energias renováveis, a energia solar fotovoltaica começa a ser competitiva com outras fontes de energia elétrica, devido à sua rápida evolução. O objetivo desta dissertação é identificar o potencial da energia fotovoltaica, tendo em conta os obstáculos económicos e ambientais e identificar qual o caminho a seguir para que sejam ultrapassados. Através da revisão económica, foi possível verificar que, ao longo dos últimos anos, a capacidade instalada global tem aumentado e os preços dos sistemas têm diminuído, mas isto não significa que a competitividade a nível global tenha sido atingida. O custo nivelado da eletricidade dos sistemas fotovoltaicos varia consoante a localização do sistema e segundo a literatura, atualmente, está entre os 0,72 €/kWh (China) e os 0,91 €/kWh (Japão). Em 2020, o LCOE de uma central fotovoltaica num local com valores elevados de radiação solar será inferior ao custo associado à maior parte das fontes convencionais. Na vertente ambiental, analisou-se a poluição gerada por este tipo de energia, bem como o consumo de recursos, onde foram admitidos pressupostos para uma leitura mais fácil dos dados de estudos de análise de ciclo de vida. É indispensável o uso desta ferramenta para determinar o potencial fotovoltaico e a sua evolução sustentável. Em relação às matérias-primas, o silício é abundante, apesar de ter custos energéticos avultados, enquanto que outros materiais como o índio e o telúrio são escassos, sendo necessário fazer uma extracção eficiente e otimizada. A literatura refere que o CdTe é das tecnologias fotovoltaicas que apresenta menos impactes, usa menos energia e, apesar de ser constituída por um metal pesado, as suas emissões são referidas como residuais. Relativamente a Portugal, apesar de ser um país com potencial, o investimento em sistemas fotovoltaicos, sobretudo residenciais, ainda não é vantajoso. Acontece atualmente uma situação caricata, na qual os sistemas sob regime geral são mais benéficos para o investidor que o sistemas com regime bonificado. O regime geral é mais rentável, se se considera uma tarifa de 0,140 €/kWh. Se considerarmos que num sistema de auto-consumo se remunera a energia produzida e consumida, este classifica-se como o melhor regime para se investir.

Energia fotovoltaica em edifício unifamiliar – análise custo benefício

Com o crescimento populacional tem-se verificado um aumento exagerado no consumo energético global, no qual Portugal é também um exemplo. O recurso à utilização de combustíveis fósseis como fonte para satisfazer as necessidades adicionais de energia, tem vindo a contribuir para uma aceleração do fenómeno das alterações climáticas, que promovem efeitos negativos sobre o planeta, onde uma das suas mais sentidas consequências é o aquecimento global. O sector dos edifícios, desde a construção à utilização, apresenta um elevado consumo de energia final, do qual metade corresponde ao sub-sector residencial. Este facto torna importante que se equacionem alternativas, e que sejam adoptadas medidas que possam contribuir para alcançar uma melhoria da eficiência e do desempenho energético dos edifícios. Os edifícios habitacionais, por terem o seu desempenho energético na fase de utilização muito dependente do comportamento dos utilizadores, são aqueles que maior consumo energético apresentam. Neste contexto, torna-se importante que sejam desenvolvidas iniciativas que visem melhorar o seu desempenho e que possam ver adoptadas medidas de reabilitação energéticas de modo passivo e activo. A procura por um balanço próximo do zero, entre necessidade de consumo, e potencial de produção local de energia, permite que se possam adoptar soluções alternativas de produção de energia, focadas em fontes renováveis. Contudo, é importante que as medidas a implementar, tanto nos novos como nos edifícios já existentes, tenham sempre como principal finalidade a melhoria das condições de conforto no seu interior e um elevado nível de desempenho energético. A introdução de soluções passíveis de reforço de isolamento, devem decorrer da introdução de soluções que podem ter auxílio na ferramenta da certificação energética como suporte. Porém, as soluções de complemento para o equilíbrio do balanço entre consumo e produção podem ser auxiliadas pela introdução de sistemas activos de produção de energia, impondo-se, no entanto, que ocorra um claro benefício económico da análise custo-benefício dos investimentos associados. A presente investigação procura, estudar o nível do contributo que pode resultar da introdução de um sistema solar fotovoltaico, num edifício de habitação unifamiliar e determinar o correspondente resultado para o equilíbrio do seu desempenho energético e nível de eficiência energética.

Utilização da tecnologia de separação por membranas na reabilitação de sistemas de tratamento de água

Os sistemas de tratamento de água, existentes e de futuro, deverão ter em consideração diversos aspectos multidisciplinares, tais como o fenómeno de sobrepopulação, a escassez de água, a deterioração da qualidade das águas superficiais, o aumento das exigências legais e o aumento dos custos de energia. Neste sentido, os processos de separação por membranas (PSM), foram estudados para aferir acerca da sua aplicação na produção de água de elevada qualidade para consumo humano, independentemente das variações de qualidade na origem. Neste trabalho avaliou-se a qualidade da água da Albufeira de Monte Novo, concluindo-se que esta se encontra eutrofizada e com parâmetros indicadores da qualidade da água classificados com nível >A3. A linha de tratamento convencional, instalada na ETA de Monte Novo, foi avaliada perante um cenário de deterioração da qualidade da água bruta e de novos objectivos definidos para a qualidade final da água tratada. Sem a existência de uma nova etapa final de afinação, não é garantida a completa remoção de parâmetros microbiológicos (microrganismos potencialmente patogénicos, vírus, cianotoxinas) e de subprodutos da desinfecção. Foi proposta uma solução de reabilitação da linha de tratamento, que inclui um processo integrado de UF, complementado pela linha de tratamento existente, que actua como pré-tratamento. Esta solução foi analisada em termos de custos operacionais, comparativamente à solução actualmente instalada. Em comparação, o consumo energético anual da solução ETA-UF, tanto em época baixa, como em época alta, foi mais elevado, e o consumo de reagentes foi mais reduzido. Globalmente, a poupança obtida através das menores dosagens de reagentes, permitiu à solução ETA-UF diluir o efeito de um maior consumo energético, obtendo-se uma redução de 11% nos custos anuais operacionais e um custo de 0,08 €/m3 de água tratada. Tendo em conta o elevado investimento inicial na solução ETA-UF, o período de retorno foi de 6 anos, para um horizonte de projecto de 16 anos.

Produção de eletricidade a partir de energia solar fotovoltaica de larga escala PV e CPV na zona rural do município de Évora: área disponível e potencial técnico

No sentido de diminuir a dependência externa de energia nomeadamente de combustíveis fósseis, combater as alterações climáticas e colmatar o défice potencial de energia associada à dependência de energia hídrica, Portugal necessita aumentar o investimento noutras fontes de energia renovável (FER) para produção de eletricidade, nomeadamente na energia solar. Sendo uma das zonas com maior radiação solar da Europa (1 900 kWh/m2), Portugal não aproveita este recurso como poderia. O presente estudo avalia o potencial técnico de produção de energia solar fotovoltaica centralizado de larga escala (> 1 MW), no Concelho de Évora. Recorrendo ao sistema de informação geográfica ArcGIS, foram estimadas as áreas disponíveis e as áreas úteis potenciais para implementação de projetos de aproveitamento de energia solar fotovoltaica, por forma a calcular o potencial de potência instalada (MW) e de produção de energia elétrica (GWh/ano). Foram considerados diferentes cenários relativos ao uso do solo, no contexto do Plano Diretor Municipal, e ao tipo de projeto, tendo sido consideradas as tecnologias de sistema fotovoltaico sem concentração (PV) e de sistema fotovoltaico concentrado (CPV). No cenário mais restritivo sobre a ocupação do solo foi estimada uma área útil de 4 978 ha (cerca de 4% da área total do Município) que corresponde a um potencial técnico de produção de energia de 2 357 GWh/ano, se se considerar um sistema CPV com 1 MW de potência instalada. Para efeitos de comparação, esta produção corresponde a 9 vezes o valor do consumo de eletricidade anual do Concelho de Évora e a cerca de 5% do consumo anual de eletricidade em Portugal continental em 2012. O potencial muito significativo de produção de eletricidade solar é justificada pela disponibilidade de ocupação do solo, pelo declive suave do terreno e pelo excelente nível de radiação solar incidente. Da análise dos diversos cenários avaliados, concluiu-se que o sistema mais vantajoso, em termos de produção de energia por unidade de área, independentemente do cenário de ocupação do solo, é o sistema CPV de larga escala (20 a 30 MW) que apresenta valores de produção da ordem de 0,64 GWh/ha.

Limitações dos sistemas de transmissão AC quando aplicados a parques eólicos offshore

De modo a garantir as metas propostas pela União Europeia de diminuição de emissão de gases poluentes, alguns países membros apostaram na tecnologia eólica offshore. Com a evolução tecnológica, estes países pretendem aumentar as potências instaladas nos parques eólicos offshore, garantindo a sua otimização ao estarem em águas profundas, tendo assim um maior aproveitamento do potencial eólico. Com esta dissertação, realizou-se um estudo para analisar, sob o ponto de vista de modelos, as limitações dos sistemas de transmissão em HVAC (High Voltage Alternating Current) quando estabelecidos em cabos submarinos. Os mecanismos dos sistemas de alimentação em HVAC, na forma tradicional (linhas aérea), são confrontados com condicionalismos. Este tipo de infraestrutura submarina impõe restrições, pelo simples facto dos parâmetros de capacidade e indutância serem bastante significativos, que para uma situação de trânsito de energia, inviabilizam o transporte de energia, devido ao elevado consumo de potência reativa, bem como os seus custos extremamente elevados. Assim, os sistemas de alimentação em HVAC quando aplicados a parques eólicos offshore apresentam limitações. O recurso à tecnologia HVDC (High Voltage Direct Current), poderá ser a solução que se revela mais adequada para os sistemas de transmissão de energia associados aos parques eólicos offshore. Para além dos fatores técnicos é fundamental considerar os custos associados à construção e exploração do parque eólico, sendo fundamental analisar todos os dados relacionados com o projeto.

Sistemas geotérmicos de baixa entalpia estudos de caracterização térmica

A crescente atenção revelada pelas sociedades nos últimos anos, no que respeita à sustentabilidade energética do planeta, tornou-se o principal impulsionador para o desenvolvimento de formas de exploração de energia que contribuem para a redução dos gases com efeito de estufa. A energia geotérmica de baixa entalpia (Shallow Geothermal Energy–SGE) é um dos tipos de energia verde utilizados para aquecimento e arrefecimento de edifícios. Nas últimas décadas, tem vindo a demonstrar uma elevada eficácia energética e aplicabilidade em diversos países em todo o mundo. Aos sistemas convencionais de exploração abertos e fechados, seguiram-se os sistemas com estruturas de fundações termoactivas. A Suíça e Áustria foram os países pioneiros onde se iniciou a exploração utilizando este tipo de estruturas, primeiro com recurso a lajes de fundo e depois, em 1984, através de estacas. A utilização generalizada de fundações de forma bi-funcional poderá resultar numa compensação sustentável dos seus custos de implementação. No entanto, é necessário conhecer de forma sólida o comportamento geotécnico dos solos face à imposição das diferentes acções térmicas provocadas pelos Sistemas Geotérmicos de Baixa Entalpia. A eficácia dos Ground Energy Systems (GES) está directamente associada à capacidade que os solos apresentam para fornecer ou dissipar calor. O desempenho dos GES e a sua eficiência está ainda por avaliar relativamente às condições existentes em Portugal. As propriedades térmicas dos solos são um desses aspectos, sendo da maior relevância na avaliação do seu desempenho. Nesta dissertação são abordados os diferentes mecanismos de transferência de calor nos solos bem como propriedades térmicas necessárias para a sua caracterização. Apresenta-se também um caso prático, para o qual foi realizada caracterização térmica e posterior modelação numérica de uma estrutura termoactiva, determinando-se os campos de temperaturas máximos e mínimos e os fluxos térmicos provocados pelo seu funcionamento.

Previsão de consumo de energia de curto-prazo (dia seguinte) com recurso a wavelets

A actividade de produção de energia eléctrica, bem como o seu transporte e distri-buição até aos consumidores finais iniciou-se no final do século XIX e, desde essa altura, o sector tem conhecido muitas transformações aos mais variados níveis. Mais recentemente, nas últimas décadas, o sector eléctrico tem enfrentado muitos desafios que têm contribuí-do bastante para o seu desenvolvimento e inovação. A previsão de consumos de energia eléctrica é tradicionalmente importante para o equilíbrio entre a oferta e a procura, bem como para uma rigorosa gestão e planeamento das redes eléctricas de transporte e distribuição. A sua importância é ainda reforçada, ac-tualmente, com a liberalização dos mercados energéticos, na medida que os comercializa-dores pretendem dispor de ferramentas que lhes permita estimar com precisão a curva de procura agregada de consumidores com quem contratualizam. Os sistemas de previsão de carga podem ser classificados de acordo com o horizonte temporal, sendo regularmente divididos em três categorias: previsão a longo prazo; pre-visão a médio prazo; previsão a curto prazo. Neste trabalho de dissertação, pretende-se desenvolver um sistema de previsão de consumo de energia para o dia seguinte (hora a hora) com o recurso a Wavelets, capaz de apresentar o consumo associado a cada período horário ao longo do dia. Para tal, foram desenvolvidos dois métodos que diferem entre si na forma como o conceito de Wavelets é aplicado na decomposição dos dados.

Gestão do ambiente e energia no sector dos serviços: caso estudo Logica

Num mundo globalizado, a competitividade entre organizações está a aumentar e tal como a Teoria de Darwin apenas sobrevivem os mais aptos, aqueles que se diferenciam pela inovação e sustentabilidade. Neste âmbito, a certificação pela norma ISO 14001 é encarada como uma norma de qualidade ambiental que permite diferenciar a organização pelas suas práticas. Este trabalho insere-se no protocolo de colaboração entre a FCT-UNL e a Logica TI Portugal e tem como objectivo principal a realização de uma auditoria ambiental a esta última. A auditoria consistiu no diagnóstico ambiental da organização e análise da distância à ISO 14001. Os resultados do diagnóstico indicam que os domínios ambientais significativos da organização são o consumo de energia eléctrica, a produção de resíduos, emissões atmosféricas e o consumo de papel e toners. Em relação ao cumprimento da ISO 14001, a organização já possui requisitos implementados pois é certificada pela ISO 9001 – Sistemas de Gestão da Qualidade que contem requisitos comuns. Uma vez que existe uma Política de Ambiente do grupo definida falta implementar processos que a realizem. Os resultados obtidos no diagnóstico ambiental permitiram apresentar recomendações para melhorar o desempenho ambiental da organização. Por outro lado, os resultados da distância à ISO 14001 permitiram elaborar tópicos para a implementação futura de um Sistema de Gestão Ambiental com base nos requisitos desta norma

Previsão de produção de energia eléctrica através de fontes de energia renováveis

Com o passar do tempo, a aposta em energias renováveis tem vindo a aumentar. De forma a prever o que se irá produzir com os sistemas de energias renováveis, é necessário desenvolver modelos preditivos, específicos para cada situação. No Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) encontra-se um sistema fotovoltaico e um sistema eólico em funcionamento, e assim de forma a ter uma estimativa da produção de energia de ambos os sistemas, propôs-se nesta dissertação desenvolver um modelo de previsão de produção de energia eléctrica para os sistemas fotovoltaico e eólico. Para desenvolver o modelo preditivo pretendido, em primeiro lugar recolheram-se os dados meteorológicos e de produção de energia no ano 2013 e realizou-se um processamento desses mesmos dados, com a linguagem de programação Java, uma vez que não se encontravam na melhor forma para serem analisados e utilizados para construção do modelo. Após realizado o processamento, como os dados do ano de 2014 existentes não eram suficientes para testar o modelo depois de ser desenvolvido, geraram-se dados meteorológicos para 2014 tendo em consideração os dados de 2013. Para os dados de energia produzida, criaram-se superfícies de aproximação a partir dos dados de 2013, e utilizando os dados meteorológicos gerados para 2014 obteve-se uma aproximação da energia produzida. Tendo todos os dados necessários para a construção do modelo e posteriormente para o testar, iniciouse o pré-processamento dos dados com recurso a filtros e à Análise em Componentes Principais. Por fim, construíram-se duas estruturas diferentes de Redes Neuronais Artificiais de modo a verificar qual se adequa melhor aos sistemas existentes. Para validar o modelo construído com base em redes neuronais testou-se o modelo com os dados de 2014, diferentes dos utilizados na sua construção. Com os resultados obtidos concluiu-se que o filtro mais adequado para o pré-processamento é o filtro Savitzky-Golay e a estrutura do modelo mais indicada para o pretendido será a Rede Neuronal Artificial (RNA) com apenas uma camada intermédia.