Escalonamento de geradores térmicos com integração de produção eólica: uma abordagem baseada em programação inteira mista

A alta e crescente participação da energia eólica na matriz da produção traz grandes desafios aos operadores do sistema na gestão da rede e planeamento da produção. A incerteza associada à produção eólica condiciona os processos de escalonamento e despacho económico dos geradores térmicos, uma vez que a produção eólica efetiva pode ser muito diferente da produção prevista. O presente trabalho propõe duas metodologias de otimização do escalonamento de geradores térmicos baseadas em Programação Inteira Mista. Pretende-se encontrar soluções de escalonamento que minimizem as influências negativas da integração de energia eólica no sistema elétrico. Inicialmente o problema de escalonamento de geradores é formulado sem considerar a integração da energia eólica. Posteriormente foi considerada a penetração da energia eólica no sistema elétrico. No primeiro modelo proposto, o problema é formulado como um problema de otimização estocástico. Nesta formulação todos os cenários de produção eólica são levados em consideração no processo de otimização. No segundo modelo, o problema é formulado como um problema de otimização determinística. Nesta formulação, o escalonamento é feito para cada cenário de produção eólica e no fim determina-se a melhor solução por meio de indicadores de avaliação. Foram feitas simulações para diferentes níveis de reserva girante e os resultados obtidos mostraram que a alta participação da energia eólica na matriz da produção põe em causa a segurança e garantia de produção devido às características volátil e intermitente da produção eólica e para manter os mesmos níveis de segurança é preciso dispor no sistema de capacidade reserva girante suficiente capaz de compensar os erros de previsão.

Projeto de um conversor eletrónico para utilização num sistema eólico de produção de energia

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica no Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Deteção de avarias na caixa de engrenagens de aerogeradores

Ao longo dos últimos anos tem-se assistido a um forte desenvolvimento e crescimento do número de parques eólicos instalados no mundo, o que leva a que seja necessário o incremento de ferramentas que permitam aperfeiçoar os sistemas de monitorização e controlo atualmente existentes. Por outro lado, não se deve deixar de ter em conta os custos elevados de operação e manutenção dos sistemas eólicos bem como o facto de os aerogeradores estarem localizadas em locais remotos ou offshore, o que faz aumentar os custos associados à sua exploração. A dissertação nasce da intenção clara do mercado em apostar na supervisão e previsão de avarias graves, de forma a minimizar os encargos subjacentes. Este trabalho de dissertação visa a utilização de redes neuronais para criar uma ferramenta informática de previsão de avarias em caixas de engrenagens em aerogeradores. As redes neuronais são ferramentas informáticas ideais para trabalhar com muita informação, sendo que a sua aplicação depende da qualidade e quantidade dos dados. Para tal irá ser efetuado um estudo em um parque eólico, no qual se analisará as principais avarias detetadas bem como as grandezas que deverão integrar a construção desta rede neuronal. Assim sendo, a informação relativa às diversas máquinas existentes num parque, é de enorme importância para a definição e otimização da rede neuronal a construir. Os resultados obtidos neste trabalho com a aplicação de redes neuronais para a previsão de avarias em caixas de engrenagens do parque eólico de estudo, provam que é possível realizar uma deteção da avaria bem como uma constatação de que a reparação possa ter sido bem efetuada ou mal sucedida, podendo assim ser ajustados os programas de manutenção a efetuar e uma verificação das ações de reparação para sua validação.

Desenvolvimento de apoio à decisão operacional – previsão de curto prazo de geração distribuída de tecnologia eólica ligada à RND

No contexto da penetração de energias renováveis no sistema elétrico, Portugal ocupa uma posição de destaque a nível mundial, muito devido à produção de eólica. Com um sistema elétrico com forte presença de fontes de energia renováveis, novos desafios surgem, nomeadamente no caso da energia eólica pela sua imprevisibilidade e volatilidade. O recurso eólico embora seja ilimitado não é armazenável, surgindo assim a necessidade da procura de modelos de previsão de produção de energia elétrica dos parques eólicos de modo a permitir uma boa gestão do sistema. Nesta dissertação apresentam-se as contribuições resultantes de um trabalho de pesquisa e investigação sobre modelos de previsão da potência elétrica com base em valores de previsões meteorológicas, nomeadamente, valores previstos da intensidade e direção do vento. Consideraram-se dois tipos de modelos: paramétricos e não paramétricos. Os primeiros são funções polinomiais de vários graus e a função sigmoide, os segundos são redes neuronais artificiais. Para a estimação dos modelos e respetiva validação, são usados dados recolhidos ao longo de dois anos e três meses no parque eólico do Pico Alto de potência instalada de 6 MW. De forma a otimizar os resultados da previsão, consideram-se diferentes classes de perfis de produção, definidas com base em quatro e oito direções do vento, e ajustam-se os modelos propostos em cada uma das classes. São apresentados e discutidos resultados de uma análise comparativa do desempenho dos diferentes modelos propostos para a previsão da potência.

Influência dos Ciclos Térmicos na Soldadura do Aço GRAU 91- SA213 T91 / SA 335 P91

A indústria metalomecânica nacional possui uma larga tradição no fabrico de equipamentos de elevada qualidade nas mais diversas vertentes. Seja em moldes, colunas de geradores de energia eólica, torres de telecomunicações, equipamento para a agropecuária, básculas de camiões ou simplesmente em silos, a indústria metalomecânica portuguesa é reconhecida internacionalmente pela sua competitividade e qualidade. Sectores como o da maquinagem, estampagem e soldadura mantêm viva a economia nacional, exportando produtos e serviços de engenharia que são largamente reconhecidos pelas empresas estrangeiras, tanto na Europa como em África e na América. O sector da construção soldada teve sempre uma forte tradição no nosso país, conhecendo um novo impulso com o fabrico de estruturas metálicas para geradores de energia eólica e torres de telecomunicações. Atualmente esta indústria mantém viva a sua atividade devido a um forte ’know-how’ nesta matéria e a uma qualidade invejável. Apesar do forte ‘know-how’ já existente, esta indústria está constantemente a ser solicitada para novos desafios, passando pela necessidade da aplicação de novos materiais os quais trazem sempre requisitos específicos aos processos, necessitando ser estudados com pormenor. Este estudo baseia-se na necessidade de uma empresa industrial portuguesa precisar de realizar equipamentos em construção soldada com base em aço do tipo Cr-Mo, grau 91, cuja soldadura é tradicionalmente bastante complicada. A realização dos adequados tratamentos ao material, quer antes, quer depois da soldadura, são a garantia de que a qualidade final do produto atinge os níveis exigidos pelos clientes. Assim, o presente estudo, com uma forte componente experimental, permitiu determinar com sucesso quais as melhores condições para o ciclo térmico na soldadura que podem ser aplicadas a esta liga, para que os resultados obtidos possam exibir a qualidade desejada.

EL PAISAJE Y LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA: COMPARANDO EL SURGIMIENTO DE PAISAJES DE ENERGÍA EÓLICA EN FRANCIA, ALEMANIA Y PORTUGAL

Due to the global acceptance of the reality of global warming, ever more countries are in the process of implementing alternative energies such as wind power. In this article, we focus on the transformation of space as a consequence of these newly established alternative energy policies. Landscapes are the level at which political visions and policy decisions endorse (or not) their very materiality. We analyze the deployment of wind power in three European countries, France, Germany and Portugal through the lens of ethnographic landscape studies. We argue that the successful implementation of low carbon futures is highly dependent on the respective national cultures of administration as well as on local practices, initiatives and perceptions of space at the local level. In each of the countries under scrutiny, we analyze the way in which wind power and landscape issues are framed, we point at potential tensions and explore how these are overcome (or not) at the local level so as to give way for the emergence of (new) wind power landscapes. We compare the role played by landscape cultures, institutions or practices in the development and resolution of tensions over the deployment of wind energy.

ENERGÍA EÓLICA Y PAISAJES PROTEGIDOS: CONTROVERSIAS EN EL PARQUE NATURAL DE MONTESINHO

As one of the case studies developed under the international project “Eoliennes et paysage” we could follow the controversial issue of wind power and protected areas in the Montesinho Natural Park, Northeast Portugal, where the local populations demand the setting up of a wind farm in unproductive communal lands, aspiring to benefi t economically from it, while the preservationist claims against wind power within the protected area are sensed by them as an external and illegitimate interference in the communitarian management of a local heritage. Although wind power installation in Montesinho mountains is yet only a virtual possibility (facing hard administrative and technical barriers), this case study contributed to shed light into the kind of negotiations that are being promoted at local and regional levels, and how the present banning of wind power in the region due to conservation restrictions is reactivating ancient antagonisms.

Portugal

In 2014, the wind energy sector achieved a maturity status within the Portuguese power system. While it still experienced some additional capacity deployment (222 MW), after 15 years of intense deployment Portugal reached 4, 953 MW of installed wind power capacity by the end of 2014. Wind power represents 25% (considering only mainland Portugal) of the total operational capacity and 42% of renewable energy capacity in the country. In 2014, Portuguese wind parks produced 12.1 TWh maintaining a wind energy contribution of 24% of the annually electricity consumption. This high wind penetration was influenced by the favorable wind conditions observed in the first three months of the year over central and northern regions of mainland Portugal that also correspond to the largest concentration of installed wind capacity.

Renewable energy system for an isolated micro grid

This paper presents the development of the power electronics needed for the interaction between the electrical generator of a wind turbine and an isolated ac micro grid. In this system there are basically two types of receptors for the energy produced by the wind turbine, which are the loads connected to the isolated micro grid and the batteries used to store energy. There are basically two states in which the system will work. One of the states is when there is enough wind power to supply the loads and the extra energy is used to charge the batteries. The other state is when there is low wind power and the batteries have to compensate the lack of power, so that the isolated micro grid has enough power to supply at least the priority loads. In this paper are presented the hardware and the control algorithm for the developed system. The topology was previously tested in computer simulations, using the software PSIM 9.0, and then validated with the implementation of a laboratory prototype.

Strategic planning of electricity systems: Integrating renewable energies

Tese de Doutoramento - Programa Doutoral em Engenharia Industrial e Sistemas (PDEIS)

Overcoming the supply inconsistencies of tidal current energy conversion devices

The adoption of a sustainable approach to meeting the energy needs of society has recently taken on a more central and urgent place in the minds of many people. There are many reasons for this including ecological, environmental and economic concerns. One particular area where a sustainable approach has become very relevant is in the production of electricity. The contribution of renewable sources to the energy mix supplying the electricity grid is nothing new, but the focus has begun to move away from the more conventional renewable sources such as wind and hydro. The necessity of exploring new and innovative sources of renewable energy is now seen as imperative as the older forms (i.e. hydro) reach the saturation point of their possible exploitation. One such innovative source of energy currently beginning to be utilised in this regard is tidal energy. The purpose of this thesis is to isolate one specific drawback to tidal energy, which could be considered a roadblock to this energy source being a major contributor to the Irish national grid. This drawback presents itself in the inconsistent nature in which a tidal device generates energy over the course of a 24 hour period. This inconsistency of supply can result in the cycling of conventional power plants in order to even out the supply, subsequently leading to additional costs. The thesis includes a review of literature relevant to the area of tidal and other marine energy sources with an emphasis on the state of the art devices currently in development or production. The research carried out included tidal data analysis and manipulation into a model of the power generating potential at specific sites. A solution is then proposed to the drawback of inconsistency of supply, which involves the positioning of various tidal generation installations at specifically selected locations around the Irish coast. The temporal shift achieved in the power supply profiles of the individual sites by locating the installations in the correct locations, successfully produced an overall power supply profile with the smoother curve and a consistent base load energy supply. Some limitations to the method employed were also outlined, and suggestions for further improvements to the method were made.

Investigation into the feasibility of a West of Ireland Pumped Storage System

Ireland’s remote position on the tip of Europe ensures that the country is vulnerable to uncertainty of supply. The reliance on conventional sources of electricity has ensured that escalated prices and high carbon emissions have been witnessed whilst opportunities that inherent resources provide, such as the wind, have not been capitalised upon. The intermittent nature of the wind make it difficult to maximise its potential as in many cases the highest wind speeds are highest when demand is low. The West of Ireland’s combination of wind speeds and unique topography makes it suitable for and innovative wind powered pumped storage system, which can essentially regulate the wind generated electricity and integrate further penetration of renewable energy. In addition, its location along the Atlantic Ocean provides further scope for innovation as seawater can be integrated into the system design. The construction of such an unprecedented project in combination with increased interconnectors has the potential to make Ireland a rechargeable battery for Europe. However, such ambitious plans are at the very early stages and are in direct contrast to current events in the Irish energy market. This study focuses on the feasibility of West of Ireland pumped storage systems. Entailed within this is an extensive desk study, a detailed site selection process and a feasibility study of grid connection. To increase opportunities to identify the best possible site, the feasibility study was focused on the Galway and Mayo areas solely.

Localització de les zones òptimes del litoral català per la instal•lació d’un parc eòlic marí

Anàlisi territorial del litoral català mitjançant una sèrie de variables tractades amb sistemes d’informació geogràfica (recurs eòlic, perfil batimètric, zones incloses en Xarxa Natura 2000, subestacions elèctriques vora la costa) per tal de localitzar les zones òptimes d’implantació d’un parc eòlic marí

Obtenció d'un model de predicció de les afectacions dels parcs eòlics sobre els serveis de televisió

L'objectiu principal del projecte és l'obtenció d'un model que faci possible la predicció de les afectacionsdels parcs eòlics sobre els serveis de televisió tant analògica com digital. Perquè això sigui possible elpresent projecte pretén assolir els punts següents: 1. Estudi de les diferents fonts d'interferència que poden ocasionar els aerogeneradors, principalmentsobre els elements encarregats de la difusió del senyal de televisió. Aquest estudi es centraen l'anàlisi i detecció dels problemes en recepció de televisió analògica i digital. 2. Desenvolupament d'una metodologia que faci possible la predicció de les afectacions dels parcseòlics sobre els serveis de televisió analògica i digital i l'estudi de la seva viabilitat mitjançantmesures sobre el terreny on es té coneixement d'afectacions provocades per parcs eòlics. 3. Estudi tecno-econòmic dels costos aproximats d'implantació de les diferents solucions per reduirles afectacions i comparació econòmica entre la implantació de solucions prèvies i posteriors a laconstrucció del parc.

Plan de seguridad y salud para el suministro y montaje del Parque Eólico Rancho Viejo en el T.M. de Medina-Sidonia (Cádiz)

No hace más de 3 años se podía leer en las revistas especializadas que España había pasado a ocupar el tercer puesto en el ranking mundial por potencia eólica instalada. La industria eólica española a su vez ha pasado a ocupar el tercer puesto en la fabricación e instalación de aerogeneradores, con una cuota de mercado del 13%, siendo así un sector con gran capacidad de exportación. Por otra parte, tras diez años de promulgación de la Ley 31/95, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales, y después su desarrollo reglamentario, es un hecho incontestable que, pese a todo, y a los ingentes esfuerzos realizados por los distintos actores implicados en la prevención de riesgos laborales (Estado, Comunidades Autónomas, Agentes Sociales, Entidades especializadas, etcetera), existe un sector como el de la construcción que, constituyendo uno de los ejes del crecimiento económico de nuestro país, está sometido a unos riesgos especiales y continúa registrando una siniestralidad laboral muy notoria por sus cifras y gravedad. La legislación de prevención, los manuales sobre las distintas disciplinas preventivas, los libros especializados, los expertos... han abordado ya, con mayor o menor acierto, muchas de las cuestiones generales y específicas que afectan a la seguridad y salud: la evaluación de riesgos, las medidas higiénicas, los equipos de trabajo y equipos de protección individual, la planificación, la formación, los servicios de prevención , los sistemas de gestión de la prevención, las auditorías ... forman parte de los contenidos que se han ido creando en torno a este tema. No obstante, resulta de gran interés la elaboración de un estudio de Seguridad y Salud, en el que partiendo de un desarrollo técnico concreto, pero sobre todo integral, es decir, que comprenda todas las fases para el suministrp e instalación de aerogeneradores para un parque eólico, vayamos desgranando cada uno de los puntos desarrollados en su construcción. Entre las conclusiones más destacadas de este trabajo, se encuentra la definición de las condiciones relativas a la prevención de accidentes y enfermedades laborales durante la ejecución de los trabajos de suministro e instalación de un parque eólico y la gestión de su prevención, las características de las instalaciones preceptivas para higiene y bienestar de los trabajadores, así como directrices básicas mínimas, que deben reflejarse y desarrollarse en el Plan de Seguridad y Salud que las empresas contratistas deberán presentar para su aprobación por el director de obra, antes del comienzo de los trabajos, de forma que sea posible la disminución de accidentes laborales así como evitar las posibles sanciones administrativas y/o penales.