Adapting micro-economy of energy corporations to macroeconomy policies aiming at a sustainable economy

Esta Tesis surgió ante la intensidad y verosimilitud de varias señales o “warnings” asociadas a políticas dirigidas a reducir el peso del petróleo en el sector energético, tanto por razones económicas, como geopolíticas, como ambientales. Como tal Tesis se consolidó al ir incorporando elementos novedosos pero esenciales en el mundo petrolífero, particularmente las “tecnologías habilitantes”, tanto de incidencia directa, como el “fracking” como indirecta, del cual es un gran ejemplo el Vehículo Eléctrico (puro). La Tesis se definió y estructuró para elaborar una serie de indagaciones y disquisiciones, que comportaran un conjunto de conclusiones que fueran útiles para las corporaciones energéticas. También para la comprensión de la propia evolución del sector y de sus prestaciones técnicas y económicas, de cara a dar el servicio que los usuarios finales piden. Dentro de las tareas analíticas y reflexivas de la Tesis, se acuñaron ciertos términos conceptuales para explicar más certeramente la realidad del sector, y tal es el caso del “Investment burden”, que pondera la inversión específica (€/W) requerida por una instalación, con la duración del período de construcción y los riesgos tanto tangibles como regulatorios. Junto a ello la Tesis propone una herramienta de estudio y prognosis, denominada “Market integrated energy efficiency”, especialmente aplicable a dicotomías. Tal es el caso del coche térmico, versus coche eléctrico. El objetivo es optimizar una determinada actividad energética, o la productividad total del sector. Esta Tesis propone varias innovaciones, que se pueden agrupar en dos niveles: el primero dentro del campo de la Energía, y el segundo dentro del campo de las corporaciones, y de manera especial de las corporaciones del sector hidrocarburos. A nivel corporativo, la adaptación a la nueva realidad será función directa de la capacidad de cada corporación para desarrollar y/o comprar las tecnologías que permitan mantener o aumentar cuota de mercado. Las conclusiones de la Tesis apuntan a tres opciones principalmente para un replanteamiento corporativo: - Diversificación energética - Desplazamiento geográfico - Beneficiándose de posibles nuevos nichos tecnológicos, como son: • En upstream: Recuperación estimulada de petróleo mediante uso de energías renovables • En downstream: Aditivos orientados a reducir emisiones • En gestión del cambio: Almacenamiento energético con fines operativos Algunas políticas energéticas siguen la tendencia de crecimiento cero de algunos países de la OCDE. No obstante, la realidad mundial es muy diferente a la de esos países. Por ejemplo, según diversas estimaciones (basadas en bancos de datos solventes, referenciados en la Tesis) el número de vehículos aumentará desde aproximadamente mil millones en la actualidad hasta el doble en 2035; mientras que la producción de petróleo sólo aumentará de 95 a 145 millones de barriles al día. Un aumento del 50% frente a un aumento del 100%. Esto generará un curioso desajuste, que se empezará a sentir en unos pocos años. Las empresas y corporaciones del sector hidrocarburos pueden perder el monopolio que atesoran actualmente en el sector transporte frente a todas las demás fuentes energéticas. Esa pérdida puede quedar compensada por una mejor gestión de todas sus capacidades y una participación más integrada en el mundo de la energía, buscando sinergias donde hasta ahora no había sino distanciamiento. Los productos petrolíferos pueden alimentar cualquier tipo de maquina térmica, como las turbinas Brayton, o alimentar reformadores para la producción masiva de H2 para su posterior uso en pilas combustible. El almacenamiento de productos derivados del petróleo no es ningún reto ni plantea problema alguno; y sin embargo este almacenamiento es la llave para resolver muchos problemas. Es posible que el comercio de petróleo se haga menos volátil debido a los efectos asociados al almacenamiento; pero lo que es seguro es que la eficiencia energética de los usos de ese petróleo será más elevada. La Tesis partía de ciertas amenazas sobre el futuro del petróleo, pero tras el análisis realizado se puede vislumbrar un futuro prometedor en la fusión de políticas medioambientales coercitivas y las nuevas tecnologías emergentes del actual portafolio de oportunidades técnicas. ABSTRACT This Thesis rises from the force and the credibility of a number of warning signs linked to policies aimed at reducing the role of petroleum in the energy industry due to economical, geopolitical and environmental drives. As such Thesis, it grew up based on aggregating new but essentials elements into the petroleum sector. This is the case of “enabling technologies” that have a direct impact on the petroleum industry (such as fracking), or an indirect but deep impact (such as the full electrical vehicle). The Thesis was defined and structured in such a way that could convey useful conclusions for energy corporations through a series of inquiries and treatises. In addition to this, the Thesis also aims at understating la evolution of the energy industry and its capabilities both technical and economical, towards delivering the services required by end users. Within the analytical task performed in the Thesis, new terms were coined. They depict concepts that aid at explaining the facts of the energy industry. This is the case for “Investment burden”, it weights the specific capital investment (€/W) required to build a facility with the time that takes to build it, as well as other tangible risks as those posed by regulation. In addition to this, the Thesis puts forward an application designed for reviewing and predicting: the so called “Market integrated energy efficiency”, especially well-suited for dichotomies, very appealing for the case of the thermal car versus the electric car. The aim is to optimize energy related activity; or even the overall productivity of the system. The innovations proposed in this Thesis can be classified in two tiers. Tier one, within the energy sector; and tier two, related to Energy Corporation in general, but with oil and gas corporations at heart. From a corporate level, the adaptation to new energy era will be linked with the corporation capability to develop or acquire those technologies that will yield to retaining or enhancing market share. The Thesis highlights three options for corporate evolution: - diversification within Energy - geographic displacement - profiting new technologies relevant to important niches of work for the future, as: o Upstream: enhanced oil recovery using renewable energy sources (for upstream companies in the petroleum business) o Downstream: additives for reducing combustion emissions o Management of Change: operational energy storage Some energy policies tend to follow the zero-growth of some OECD countries, but the real thing could be very different. For instance, and according to estimates the number of vehicles in use will grow from 1 billion to more than double this figure 2035; but oil production will only grow from 95 million barrel/day to 145 (a 50% rise of versus an intensification of over a 100%). Hydrocarbon Corporation can lose the monopoly they currently hold over the supply of energy to transportation. This lose can be mitigated through an enhanced used of their capabilities and a higher degree of integration in the world of energy, exploring for synergies in those places were gaps were present. Petroleum products can be used to feed any type of thermal machine, as Brayton turbines, or steam reformers to produce H2 to be exploited in fuel cells. Storing petroleum products does not present any problem, but very many problems can be solved with them. Petroleum trading will likely be less volatile because of the smoothing effects of distributed storage, and indeed the efficiency in petroleum consumption will be much higher. The Thesis kicked off with a menace on the future of petroleum. However, at the end of the analysis, a bright future can be foreseen in the merging between highly demanding environmental policies and the relevant technologies of the currently emerging technical portfolio.

Retratos de la conexión fotovoltaica a la red (XVII) El fotovoltaico y la calidad del ser vicio eléctrico: el asunto de las fluctuaciones de potencia

..el reto...de acomodar en nuestro sistema eléctrico las energías renovables… con una gran variabilidad en su aportación en función de las condiciones climáticas y, por tanto, con menor firmeza a la hora de asegurar el equilibrio instantáneo entre la producción y el consumo, que constituye un principio sagrado de la estabilidad de los sistemas eléctricos”..La frecuencia de un sistema eléctrico convencional, basado en máquinas sincrónicas, resulta del equilibrio entre las potencias activas generada y consumida. Así, partiendo de una situación estable (potencia consumida igual a generada, y frecuencia igual a la de referencia) la frecuencia tiende a subir cuando se produce un superávit de potencia, es decir, cuando la generación crece por encima de la demanda y, viceversa, tiende a bajar cuando se produce un déficit de potencia. El andar de un coche puede servir de símil: si circulamos por una recta a velocidad constante (la potencia del motor es igual a la disipada en rozamiento con el aire y con el asfalto que, a su vez, es proporcional a la velocidad) y llegamos a una cuesta arriba la velocidad tiende a reducirse (ahora, la potencia del motor es igual a la disipada en rozamiento más la de elevación del coche en contra de la gravedad. Esta última hace que, si la potencia del motor se mantiene igual que antes, la disponible para disipar en rozamiento sea forzosamente menor y el coche vaya más despacio) y para compensar este efecto es necesario pisar el acelerador (ahora la potencia del motor crece, permitiendo compensar la de elevación y mantener constante la de rozamiento). El símil se establece equiparando la velocidad a la frecuencia, la potencia del motor a la potencia generada, y la potencia disipada en rozamiento y en elevación a la potencia consumida.

Simulador multi-agente para o mercado eléctrico

Esta dissertação, apresenta um simulador multi-agente para o mercado eléctrico. Neste simulador agentes heterogéneos, racionalmente limitados e com capacidade de aprendizagem, co-evoluem dinamicamente. O modelo de mercado apresentado é inspirado no mercado diário do MIBEL. É um modelo Pool, gerido por uma entidade operadora de mercado, onde compradores e vendedores podem licitar energia. No lado vendedor, empresas produtoras licitam a energia das suas unidades produtoras em pares quantidadepre ço. Por outro lado, uma vez que o cenário simulado é um mercado de venda, o comprador apresenta uma procura xa, i.e., submete apenas quantidades de energia. Todas as entidades do mercado eléctrico são vistas no sistema multi-agente, modelado através da plataforma INGENIAS, como agentes autónomos. Pelos resultados obtidos nas experiências feitas, confere-se que o simulador é uma ferramenta de apoio à tomada de decisão, pois ajuda a compreender o comportamento emergente do mercado e avalia o impacto das acções escolhidas, manualmente, pelo utilizador ou, automaticamente, atrav és da aprendizagem por reforço. A aprendizagem por reforço visa facilitar a tomada de decisão humana na venda de energia, licitando a energia das unidades produtoras de forma a maximizar os lucros.

Desenvolvimento do sistema de tracção de um veículo eléctrico ecológico com travagem regenerativa

Nesta dissertação descreve-se uma metodologia de dimensionamento do sistema de tracção para equipar um veículo eléctrico ecológico (VEECO) com inclusão de um sistema de travagem regenerativa. Apresenta-se uma perspectiva geral de diversas topologias de sistemas de tracção utilizadas nos veículos eléctricos e realiza-se a sua comparação através do estudo e análise dos acionamentos electromecânicos que podem ser utilizados nesses sistemas de tracção eléctrica. Utilizando ferramentas de simulação numérica, estuda-se o modelo matemático de um veículo eléctrico com travagem regenerativa. A partir deste modelo matemático é adoptado uma possível configuração para o seu sistema de tracção eléctrica e são obtidas características teóricas de desempenho do veículo eléctrico, através da análise de testes padrão ao veículo. Em banco de ensaios, constrói-se um sistema de tracção eléctrica que permite a validação experimental do modelo matemático do veículo eléctrico. Para a construção deste banco de ensaios foram concebidos os sistemas de tracção eléctrica, de carga mecânica e de controlo e monitorização do banco de ensaios. A validação experimental realiza-se através dos mesmos testes padrão ao veículo eléctrico, como o teste NEDC (New European Driving Cycle), o teste de aceleração entre 0 e 100km/h e o teste de gradeabilidade. Desenvolve-se o dimensionamento do sistema de tracção eléctrica a equipar o VEECO, através da componente de modelação paramétrica do modelo matemático do veículo eléctrico. Com esta metodologia é adoptado um conjunto de variáveis paramétricas relacionadas com os elementos que constituem o sistema de tracção eléctrica do VEECO. Estuda-se a influência destas variáveis paramétricas nas características de desempenho pretendidas para o VEECO. Como resultado da análise de modelação paramétrica é apresentada uma solução para o sistema de tracção eléctrica do VEECO que cumpre a execução do NEDC, apresenta um tempo de aceleração entre 0 e 100km/h inferior a 10 segundos, supera uma gradeabilidade de 10% e uma autonomia de 200 km. O sistema de tracção do VEECO também permite realizar a travagem regenerativa com rendimento até 33%. Possui controlo de tracção e anti bloqueio da roda motora, através de uma unidade de controlo que permite reduzir a potência transmitida ao veio, quando a velocidade da roda de tracção difere do valor de referência da velocidade do veículo. Os conhecimentos adquiridos através do processo de investigação e desenvolvimento, para a realização da presente dissertação permitem apresentar perspectivas de desenvolvimento futuro com aplicação nos sistemas de tracção de veículos eléctricos rodoviários.

Determinação dinâmica da autonomia de um veículo eléctrico

As crescentes preocupações com as questões ambientais e os efeitos negativos das emissões gasosas de veículos com motor de combustão interna, têm incentivado o desenvolvimento de soluções alternativas, amigas do ambiente, para a mobilidade das pessoas e bens. Entre estas soluções estão os veículos elétricos, dos quais surgem a motivação deste trabalho. Tendo em conta que os veículos elétricos continuam a apresentar limitações relacionadas com a autonomia, torna-se necessário permitir aos condutores um planeamento rigoroso da utilização diária do veículo. Neste contexto surgem como opção os sistemas de recomendação, tendo em conta vários casos de sucesso associados à aplicação dos mesmos para filtrar a informação que é realmente útil no contexto de um determinado problema. A obtenção de informação em tempo real sobre o VE (Veículo Elétrico), tais como a autonomia, localização e reserva dos postos de carregamento é um fator importante na aceitação dos VE pelos consumidores (condutores). Esta informação, tendo em conta os progressos recentes e a proliferação dos dispositivos móveis, sistemas de informação geográfica e de georreferenciação e dos processos de comunicação podem ser integrados, originando informação em tempo real para os condutores, permitindo a mitigação dos problemas referidos e, consequentemente, uma melhor utilização do VE. Neste trabalho é apresentado um sistema de informação que pretende auxiliar o condutor na utilização diária do seu veículo elétrico, maximizando a qualidade das suas decisões num determinado contexto, minimizando o problema da ansiedade de alcance através do controlo contínuo da autonomia do veículo, através da implementação de um cálculo de predição da autonomia e distância possíveis de percorrer a partir de um determinado ponto. Este sistema também permite visualizar de forma atempada a informação relevante sobre os pontos de interesse e de carregamento disponíveis no seu raio de alcance, bem como um conjunto de rotas possíveis para os mesmos.

Modelação e concepção da carroçaria do veículo eléctrico ecológico (VEECO)

Neste trabalho aborda-se o desenvolvimento da carroçaria do Veículo Eléctrico Ecológico – VEECO recorrendo a tecnologias assistidas por computador. Devido à impossibilidade de abranger toda a temática das tecnologias assistidas por computador, associadas ao desenvolvimento de uma carroçaria automóvel, o foco deste trabalho assenta no processo de obtenção de um modelo digital válido e no estudo do desempenho aerodinâmico da carroçaria. A existência de um modelo digital válido é a base de qualquer processo de desenvolvimento associado a tecnologias assistidas por computador. Neste sentido, numa primeira etapa, foram aplicadas e desenvolvidas técnicas e metodologias que permitem o desenvolvimento de uma carroçaria desde a sua fase de “design” até à obtenção de um modelo digital CAD. Estas abrangem a conversão e importação de dados, a realização de engenharia inversa, a construção/reconstrução CAD em CATIA V5 e a preparação/correcção de modelos CAD para a análise numérica. Numa segunda etapa realizou-se o estudo da aerodinâmica exterior da carroçaria, recorrendo à ferramenta de análise computacional de fluidos (CFD) Flow Simulation da CosmosFloworks integrado no programa SolidWorks 2010. Associado à temática do estudo aerodinâmico e devido à elevada importância da validação dos resultados numéricos por meio de dados experimentais, foi realizado o estudo de análise dimensional que permite a realização de ensaios experimentais à escala, bem como a análise dos resultados experimentais obtidos.

Extinção das tarifas reguladas no sector eléctrico

O sector eléctrico foi, historicamente, um sector de monopólio natural, controlado por uma única entidade a qual assegurava as diversas actividades relacionadas com o fornecimento da energia eléctrica, desde a sua produção, transporte e distribuição até ao abastecimento ao consumidor final. Esta é uma realidade que tem vindo a ser radicalmente alterada nas últimas décadas. Após longos anos de actuação em regime de monopólio (público, privado ou misto) verticalmente integrado, verificaram-se em diversos países, em diferentes latitudes, várias experiências que resultaram em processos de desverticalização do sector com separação das suas actividades. O primeiro destes exemplos ocorreu no Chile no final da década de 70 do século XX, tendo as alterações consistido, basicamente, no fim dos monopólios da energia eléctrica e na introdução duma lógica de concorrência no mercado da electricidade. Esta passou a verificar-se na produção e na comercialização, mantendo-se como monopólios as actividades ligadas a infra-estruturas de rede como são o transporte e a distribuição.

Modelização de equivalente eléctrico para rede de nervuras de folhas vegetais

A tese tem como objectivo principal a criação de um modelo equivalente eléctrico da rede de nervuras de algumas folhas vegetais e analisar o seu comportamento a estímulos eléctricos, analisando-se também a respectiva resposta em frequência. A motivação desta tese passa pela observação dos sistemas existentes na natureza. Neste caso, as folhas vegetais e analisar se são sistemas de ordem fraccionária ou não. Para a sua elaboração, fez-se uma breve abordagem à estrutura das plantas, sob o ponto de vista da botânica e elaborou-se um método de fotografia das amostras, mapeamento da rede de nervuras e medição dos segmentos que compõem essa mesma rede. A tese termina com um capítulo de resultados experimentais.

Análise do mercado de serviços de regulação de frequência secundária e terciária no sistema eléctrico português

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Energia

Electrical ageing studies of polymeric insulation for power cables (estudo do envelhecimento eléctrico do isolante polimérico de cabos eléctricos

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física - Física Aplicada pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Integração de veículos eléctricos no sistema eléctrico nacional

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Avaliação do potencial de difusão do veículo eléctrico na área metropolitana de Lisboa

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

Armazenamento de energia eléctrica: cenários para o sistema eléctrico Português

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentável

Optimização do despacho e reserva girante em sistemas eléctricos híbridos. Estudo de caso: sistema eléctrico da Ilha de Santiago em Cabo Verde

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Indicadores de desempenho ambiental do sector eléctrico em Portugal

O sector da energia, e em particular, da energia eléctrica representa um papel na sociedade que dificilmente se equipara a qualquer outro. O crescimento populacional e o aumento da procura energética em prol da evolução tecnológica levaram à expansão dos sistemas de fornecimento de energia eléctrica, com graves consequências ambientais. A presente dissertação tem como principal objectivo a análise do desempenho ambiental do Sector Eléctrico em Portugal. Neste trabalho foram comparadas as seis principais tecnologias (carvão, gás natural, gasóleo, hídrica, eólica e fotovoltaica) que constituem o mix de produção nacional segundo uma abordagem de análise de ciclo de vida e foram avaliados os impactes ambientais segundo os seis indicadores do método Ecoblok (extracção de água (WA), extracção de recursos (RE), uso do solo (LU), emissão de gases com efeito de estufa (GHG), poluição do ar (PA) e poluição da água e solo (PWL)). Os resultados obtidos foram divididos segundo a produção de uma unidade funcional (kWh, MWh ou GWh) e segundo uma perspectiva nacional. Em termos globais e como era esperado, a tecnologia térmica-carvão revelou os maiores impactes na maioria dos indicadores, nomeadamente nos indicadores RE, WA, GHG e PWL. No indicador WA, o consumo de água da componente térmica deve-se ao arrefecimento dos grupos de geradores da central, enquanto que na componente hídrica é referente à evaporação que foi considerada como consumo. Dada a área que ocupam, os aproveitamentos hidroeléctricos registaram impactes muito significativos ao nível do indicador LU, nomeadamente a barragem do Alqueva. Surpreendentemente, na emissão de poluentes para o ar, foi concluído que a energia eólica, devido às emissões nos processos de produção e processamento metalúrgico dos vários materiais, regista os valores mais elevados. Os resultados obtidos revelam a utilidade e importância de uma abordagem de ciclo de vida na análise a sistemas energéticos.