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

Controlo de conversores de eletrónica de potência para integração com SMES na melhoria da qualidade de energia elétrica

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

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

Contributo para a avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido em digestores anaeróbios a frio para a produção de energia elétrica

Numa sociedade com elevado consumo energético a escassez de combustíveis fósseis é cada vez mais preocupante, assim como a poluição atmosférica resultante da sua utilização, há portanto uma necessidade crescente de recorrer a energias renováveis. A digestão anaeróbia de lamas é um processo de estabilização de lamas, que é vulgarmente utilizado nas ETAR e tem como produtos finais lama digerida e biogás. Dadas as características do biogás é possível ser utilizado para produção de energia. Neste âmbito, a presente dissertação aborda teoricamente a digestão anaeróbia, o biogás e as tecnologias de produção de energia. Tem como primeiro objetivo a avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido nos digestores anaeróbios para produção de energia elétrica em casos de estudo específicos, mais concretamente nas ETAR de Fernão Ferro e Zona Industrial da Autoeuropa, tendo-se concluído que o aproveitamento estudado não se demonstrou viável. Um segundo objetivo é a comparação entre o funcionamento da digestão anaeróbia de lamas das ETAR de Fernão Ferro, Zona Industrial da Autoeuropa, Quinta do Conde, Seixal e Sesimbra (cinco casos de estudo). A proposta de uma folha de cálculo como contributo para avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido em digestores anaeróbios a frio, idêntica à utilizada para a avaliação nas ETAR de Fernão Ferro e Zona Industrial da Autoeuropa, constitui o terceiro objectivo desta dissertação. Pretende-se que esta ferramenta seja abrangente e versátil com um propósito de ser utilizada como guia de cálculo aplicável a qualquer caso de digestão anaeróbia a frio para venda da energia elétrica. A referida folha de cálculo é estruturada por Condições de Exploração, Custos de Investimento, Custos de Operação/Manutenção e Balanço Económico.

Desenvolvimento e aplicação do algoritmo enxame de partículas na determinação da máxima injeção nodal em redes de energia elétrica

O objetivo desta dissertação é a determinação da máxima injeção nodal numa rede de energia elétrica, ou seja, qual o valor total máximo de potência ativa que é possível injetar e qual a sua distribuição pelos diversos nós da rede simultaneamente. Determinámos esta máxima injeção nodal em duas situações distintas: injeção não simultânea, injetando potência em um só nó de cada vez e injeção simultânea, injetando potência em todos os nós da rede simultaneamente. Sendo este um problema de natureza combinatória, utilizámos para esta determinação o algoritmo conhecido como nuvem ou enxame de partículas, adaptando-o ao nosso problema. Desenvolvemos o software na linguagem de programação Python utilizando o ambiente Eclipse. Para resolver o trânsito de energia utilizámos o programa PSSE University.Para os exemplos de aplicação utilizámos duas redes de energia elétrica, uma de 6 e outra de 14 barramentos. Estas redes foram baseadas nas redes IEEE 6 BUS e IEEE 14 BUS respetivamente. Concluímos que o algoritmo nuvem ou enxame de partículas cumpriu o objetivo traçado, obtendo as melhores soluções para cada um dos casos, máxima injeção nodal não simultânea e máxima injeção nodal simultânea. No contexto deste problema, o parâmetro chave do algoritmo, comprovado pelos ensaios feitos, é a velocidade máxima de deslocação das partículas, tomando valores típicos de 7 a 10 para a rede de 6 barramentos e de 20 a 25 para a de 14 barramentos.

Previsão de produção de energia elétrica através de fontes de energia renováveis

A capacidade de prever precisamente a produção de energia renovável é extremamente relevante tanto do ponto de vista económico como para controlo da estabilidade da rede elétrica. Para tal, é necessário realizar uma previsão das condições meteorológicas adjacentes à produção de energia a partir de fontes de energia renovável. Vários modelos de previsão têm sido utilizados para este fim, desde modelos atmosféricos a modelos estatísticos, onde se destacam métodos como Redes Neuronais Artificiais ou a Metodologia de Box & Jenkins. Lidar com dados meteo-rológicos pode revelar algumas complicações devido à possível instabilidade das medições, com-plicando o desenvolvimento de um modelo de previsão adequado. Neste trabalho pretende-se realizar a previsão de produção a partir de uma instalação fotovoltaica e um gerador eólico através do uso da Metodologia de Box & Jenkins para desenvolver um modelo capaz de realizar a previsão das condições meteorológicas para diferentes horizontes temporais medidos no topo do edifício do Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade Nova de Lisboa (UNL), e usando esses valores para calcular a produção de energia. Os resultados obtidos revelaram um bom desempenho quando comparados os resultados previstos com os resultados reais para o mesmo período de tempo, garantindo que podem ser utilizados para calcular a previsão de potência produzida através das instalações presentes no local e encorajando novos estudos no tema.

Contratos bilaterais em mercados de energia elétrica multiagente: protocolo de rede de contratos

O setor elétrico tem assistido a mudanças profundas na sua estrutura e organização, devido à sua liberalização, o que levou a uma maior competitividade nos mercados de energia elétrica. Uma gestão eficiente dos mercados de energia torna-se cada vez mais uma prioridade devido aos riscos que estes podem apresentar, aliado à elevada volatilidade dos preços e volumes nos diferentes períodos horários (incertezas na produção e consumo). A liberalização do setor elétrico levou à criação de simuladores computacionais com o objetivo de representarem os mercados de energia e as entidades nele representados. Estes são uma ferramenta essencial no apoio e compreensão do funcionamento dos mercados. A presente dissertação tem como objetivo principal desenvolver um simulador de apoio à decisão na negociação de contratos bilaterais baseado no protocolo de rede de contratos. O simulador foi analisado e testado com recurso a um caso prático envolvendo quatro comercializadores (retalhistas) e um consumidor industrial real (fábrica KERION Ceramics) do distrito de Aveiro. Foi efetuada uma análise à fábrica com o intuito de identificar e propor mediadas de eficiência energética. Foi também simulada a negociação de um novo contrato, com vista à redução dos custos energéticos da fábrica. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador desenvolvido é uma ferramenta importante no apoio à negociação de contratos bilaterais e, mais importante, que o consumidor industrial KERION Ceramics pode beneficiar com a negociação de um novo contrato.

Projeto de um alternador síncrono em disco para um gerador com energia das ondas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e Computadores

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.

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.

Desenvolvimento de um modelo computacional para simulação de limitadores de corrente supercondutores indutivos

As redes do sistema de energia elétrica formam uma infraestrutura determinante para a qualidade da energia fornecida. À medida que os níveis de falha de corrente aumentam, surge um risco crescente de que tais falhas excedam a capacidade de proteção dos dispositivos energéticos, expondo as redes a danos muito dispendiosos. A tecnologia dos materiais supercondutores de alta temperatura possibilitou a criação de uma nova gama de limitadores de corrente, cujas características são consideravelmente vantajosas face aos dispositivos convencionais. Apesar da necessidade de um sistema criogénico, estes dispositivos operam de forma passiva, limitando eficazmente os picos de corrente e sem a interrupção do fornecimento de energia. Com este trabalho pretende-se desenvolver um modelo computacional, em Simulink, adequado à simulação de limitadores de corrente supercondutores do tipo indutivo (LCSi) de blindagem magnética, que possam ser utilizados na simulação de diferentes tipos de redes (com distintas cargas e fontes).

Estudo de viabilidade da valorização de resíduos da cultura do arroz por co-pirólise e co-gasificação para a produção de energia renovável

Anualmente, milhares de toneladas de resíduos agrícolas são gerados no mundo, sendo a cultura do arroz uma das que mais contribui para a sua produção, especialmente com casca e palha de arroz, além dos plásticos gerados nas etapas de colheita, transporte e transformação do produto. Tradicionalmente estes resíduos são descartados ou aproveitados através de vias pouco eficientes, com consequências negativas para o ambiente. Múltiplas tecnologias têm sido estudadas e desenvolvidas para assim transformar estes resíduos em produtos de interesse: (i) gasificação, (ii) combustão e (iii) pirólise. Na presente dissertação foi avaliada a viabilidade da construção duma central de valorização de resíduos da cultura de arroz, em Portugal, através das tecnologias de co-gasificação e co-pirólise. Considerou-se que o gás de síntese, gerado na co-gasificação, é utilizado para produzir energia elétrica, e que o bio-óleo, gerado na co-pirólise, é utilizado para produzir energia elétrica ou para ser vendido a uma refinaria. A avaliação foi realizada com base no capital total de investimento, nos custos de operação e na renda gerada pela venda (i) de energia elétrica ou (ii) do bio-óleo. Com os indicadores económicos analisados, conclui-se que em Portugal nenhuma das duas tecnologias é viável, principalmente devido (i) às reduzidas quantidades de resíduos originados pela cultura de arroz neste país e (ii) aos elevados custos de transporte da matéria-prima. Caso fosse feito o aproveitamento da quantidade total de plásticos provenientes do fluxo agrícola português (4 782 t.ano-1), a construção duma central de co-pirólise seria rentável, obtendo-se uma taxa interna de rentabilidade de 69% para a venda de energia elétrica e 23,5% para venda de bio-óleo.

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.

Comercialização de energia em mercados em bolsa: simulador multi-agente e análise do impacto da geração variável nos preços diários

O processo de reestruturação do setor elétrico deu origem à criação de diferentes estruturas de mercado, tendo como objetivo o aumento da competitividade e eficiência. Atualmente, a comercialização de energia elétrica pode ser realizada com recurso a mercados em bolsa ou através da celebração de contratos bilaterais. Sendo o mercado em bolsa caraterizado por uma forte volatilidade de preços, e considerando a atribuição de incentivos para o crescimento da geração renovável não controlada, revela-se importante analisar o impacto de níveis elevados de energia eólica sobre os preços do mercado diário. Neste contexto, a presente dissertação tem como principais objetivos estudar e implementar os algoritmos de preço marginal único e preço marginal local, normalmente utilizados no mercado em bolsa, bem como dotar o simuladormultiagente MANREM com um módulo para simular os mercados diário e intradiário, e analisar o impacto de níveis elevados de energia eólica sobre os preços do mercado diário. O estudo detalhado de um caso prático e os resultados obtidos com recurso ao simuladormulti-agente permitiram replicar, em computador, o impacto esperado, sendo possível observar uma redução de preços e uma alteração dos compromissos de produção dos produtores convencionais. O estudo contemplou a simulação do mercado diário com recurso aos algoritmos de preço marginal único e preço marginal local, podendo constatar-se que a ferramenta multi-agente constitui um auxiliar importante à tomada de decisão nos mercados de eletricidade.

Dimensionamento mecânico de um equipamento de aproveitamento de energia das ondas pelo sistema YOYOGEN

Nos últimos anos tem havido um grande investimento nas energias renováveis tendo como principal objetivo a redução das emissões de dióxido de carbono. Em vários ramos das renováveis a tecnologia já atingiu um estado de maturidade, como no caso da energia hídrica, eólica e solar. No entanto o mesmo não se passa com a energia das ondas onde ainda não se encontrou uma solução viável, que juntamente com o ele-vado potencial para a produção de energia elétrica abre o caminho para o estudo de abordagens alternativas a esta fonte de energia. O principal objetivo deste trabalho foi o dimensionamento do sistema mecânico do equipamento de aproveitamento de energia das ondas YOYOGEN, composto por um veio e vários geradores e engrenagens planetárias. Foi utilizado o software SolidWorks® para modelar em 3D todos os componen-tes do sistema mecânico. Nos cálculos para dimensionamento das engrenagens foram utilizadas as normas Britânicas e para os cálculos dos outros componentes as fórmulas da resistência dos materiais. Os resultados obtidos mostram que embora do ponto de vista dinâmico o sistema funcione, os requisitos de projeto para que o sistema funcione submerso durante 20 anos sem manutenção resultaram numa solução com engrenagens de dimensões e peso consideráveis. Estes resultados poderão por em causa a viabilidade do projeto visto que o sistema mecânico tem de se mover dentro de água com uma largura de aproxi-madamente 4 metros e uma massa a rondar as 3 toneladas.