Energy Sharing for Multiple Sensor Nodes With Finite Buffers

We consider the problem of finding optimal energy sharing policies that maximize the network performance of a system comprising of multiple sensor nodes and a single energy harvesting (EH) source. Sensor nodes periodically sense the random field and generate data, which is stored in the corresponding data queues. The EH source harnesses energy from ambient energy sources and the generated energy is stored in an energy buffer. Sensor nodes receive energy for data transmission from the EH source. The EH source has to efficiently share the stored energy among the nodes to minimize the long-run average delay in data transmission. We formulate the problem of energy sharing between the nodes in the framework of average cost infinite-horizon Markov decision processes (MDPs). We develop efficient energy sharing algorithms, namely Q-learning algorithm with exploration mechanisms based on the epsilon-greedy method as well as upper confidence bound (UCB). We extend these algorithms by incorporating state and action space aggregation to tackle state-action space explosion in the MDP. We also develop a cross entropy based method that incorporates policy parameterization to find near optimal energy sharing policies. Through simulations, we show that our algorithms yield energy sharing policies that outperform the heuristic greedy method.

Object oriented simulation of hybrid renewable energy systems focused on supervisor control

EFTA 2009

Divergences in the Long Run Trends in the Price of Energy and of Energy Services

32 p.

The Slow Search for Solutions: Lessons from Historical Energy Transitions by Sector and Service

28 p.

The Sustainability of `Sustainable´ Energy Use: Historical Evidence on the Relationship between Economic Growth and Renewable Energy

20 p.

Long Run Demand for Energy Services: the Role of Economic and Technological Development

36 p.

O Protocolo de Kyoto e o mercado de crédito de carbono: estudo de caso das emissões de gases de efeito estufa da fábrica de combustível nuclear pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil no ano de 2008

A presente dissertação discute as questões relacionadas à intensificação das mudanças climáticas por causas antrópicas conforme a evolução no uso dos recursos naturais, inovações nos processos produtivos, transformações econômicas, sociais, culturais, políticas e, especialmente ambientais. Aborda a comercialização dos créditos de carbono através de projetos de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), um dos mecanismos de flexibilização criados pelo Protocolo de Kyoto. No contexto de mudanças climáticas, uma matriz energética que utilize fontes de energia que não emitam gases causadores do efeito estufa (GEE) se mostra uma importante estratégia de desenvolvimento sustentável. Sob essa perspectiva, a energia nucleoelétrica é apresentada como uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, considerando que esta é uma energia limpa e compatível com a perspectiva de desenvolvimento sustentável. A Fábrica de Combustível Nuclear (FCN), localizada em Resende (Rio de Janeiro), pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil (INB), é um conjunto de sofisticadas fábricas nas quais se processam etapas importantes do ciclo do combustível nuclear. Na FCN, o Centro Zoobotânico realiza a gestão das atividades voltadas para a conservação da natureza tais como o Programa de Recuperação de Mata Ciliar, Reflorestamento e Fauna. O Relatório de inventário das emissões diretas e indiretas de GEE da FCN, elaborado pela INB para o ano de 2008, permite a auto-avaliação da empresa, retratando a preocupação corporativa com as questões relativas às mudanças climáticas. Segundo este Relatório, o total de emissões de GEE quantificado corresponde a 12,14% da capacidade total de sequestro de dióxido de carbono, no período de Janeiro a Dezembro de 2008. A proteção de florestas e a plantação de árvores são componentes essenciais de qualquer estratégia global para mitigação da mudança climática, e a participação da INB no mercado de crédito de carbono pode proporcionar externalidades positivas, tais como ganhos de imagem, adequação a padrões ambientais e melhoria do relacionamento com a sociedade.

Reutilización de escoria negra de acería como soporte en biofiltros para la eliminación de H2S del biogás.

[EN]Due to the limitations associated with fossil fuels it is necessary to promote energy sources that are renewable as well as eco-friendly, such as biogas generated in anaerobic digesters. The biogas, composed principally of methane and CO2, is the result of the biodegradation of organic matter under anaerobic conditions. Its use as fuel is limited by the presence of minority compounds such as hydrogen sulphide (H2S); therefore, its pre-treatment is necessary. Currently there are various technologies for the removal of H2S from a gas stream, but most of them are based on physic-chemical treatments which have a number of drawbacks as reactive consumption, generation of secondary flows, etc. Biofiltration has been used as an efficient and low cost alternative to conventional purification processes, and excellent results for the degradation of H2S have been obtained. However process can be limited due to the progressive ageing of the support material, along with the loss of nutrients and other specific characteristics necessary for the good development of biomass. The purpose of this project is to develop a mixed support consisting of a mixture of an organic material and an inorganic support for its application in the removal of the H2S from biogas. This support material helps to optimize the characteristics of the bed and extend its lifespan. The development of such material will contribute to the implementation of biofiltration for treating biogas from anaerobic digesters for its use as biofuel. The inorganic material used is electric arc furnace (EAF) black slag, a by-product generated in large quantities in the production of steel in the Basque Country. Although traditionally the slag has been used in civil engineering, its physicochemical characteristics make it suitable for reuse as a filter medium in biofiltration. The main conclusion drawn from the experimental results is that EAF black slag is a suitable co-packing material in organic biofilters treating H2S-polluted gaseous streams. High pollutant removal rates have been achieved during the whole experimental period. The removal capacity recorded in biofilters with less inorganic material was higher than in those with higher slag portion. Nevertheless, all the biofilters have shown a satisfactory response even at high inlet loads (48 g·m-3·h-1), where the RE has not decreased over 82%.

Avaliação de catalisadores à base de estanho visando à produção de biodiesel

Atualmente, existe um crescente interesse por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis. O biodiesel é uma fonte alternativa de combustível bastante atrativa em relação ao diesel em decorrência de seus benefícios ambientais. A obtenção de biodiesel é geralmente realizada através de reações de transesterificação de óleos vegetais com álcool de cadeia curta. Entretanto, também se pode produzi-lo através da esterificação de ácidos graxos livres utilizando-se matérias-primas de baixa qualidade como rejeitos industriais, domésticos ou gorduras animais. O estudo de catalisadores que melhorem os resultados destas reações tem importante papel no desenvolvimento da produção de biodiesel. Normalmente, utilizam-se catalisadores básicos como o NaOH, nas reações de transesterificação. No entanto, o uso destes catalisadores causa impactos ambientais, além de promover a reação de saponificação quando a matéria-prima apresenta teores significativos de acidez, reduzindo o rendimento e dificultando a separação de fases. Este trabalho apresenta o estudo de catalisadores ácidos, à base de estanho, com ênfase especial no sulfato de estanho II, voltados para utilização na reação de esterificação de cargas contendo elevados teores em ácidos graxos. Avaliou-se a influência das variáveis: temperatura, concentração do catalisador, tipo de sistema reacional, quantidade de etanol, tipo de álcool, acidez, natureza dos ácidos graxos e temperatura de calcinação. Uma comparação entre os catalisadores, a questão da reutilização do catalisador e das mudanças proporcionadas pelo tratamento térmico ao qual foram submetidos também foram analisadas. Dentre os catalisadores estudados, os de sulfato de estanho mostraram maior atividade catalítica frente à reação estudada, os mais promissores sendo os calcinados até a temperatura de 500C. O principal motivo para os altos rendimentos encontrados foi associado ao comportamento pseudo-homogêneo do SnSO4, que se solubiliza, acidificando o meio reacional durante as reações de esterificação

Energy retrofits in social housing. Analysis of its thermal behaviour.

468 p.

Estudo do Controle das Emissões de poluentes em Caldeira Aquatubular de alta pressão com Queimadores Convencionais, Abordagem da Eficiência Versus Custo do Dano.

As emissões atmosféricas têm sido consideradas por especialistas, poder público, iniciativa privada e organizações ambientalistas, um dos maiores impactos ambientais que o planeta vem enfrentando. Neste contexto estão tanto as fontes estacionárias quanto as fontes móveis. Ao mesmo tempo em que se lançam na atmosfera milhões de toneladas de poluentes a cada ano através da indústria, o homem procura soluções alternativas através de fontes de energia limpa. Adicionalmente, procura-se ao diminuir as emissões das fontes fixas exercer melhor controle e tratamento. Apresenta-se nesse trabalho, a possibilidade da implementação de ações que visem minimizar o impacto causado pelas caldeiras geradoras de energia, em especial as que operam com queimadores convencionais. Experimentou-se um procedimento capaz de ser utilizado de imediato pelas indústrias, antes mesmo de se implementar inovações tecnológicas, que demandam tempo e recursos. Desta forma, pode-se reduzir, de maneira imediata, o volume de poluentes lançados diariamente na atmosfera, em especial o monóxido de carbono, CO, os óxidos de nitrogênio, NOx, e o material particulado, MP. Objetivou-se atingir um nível de emissões capaz de minimizar o custo do dano, sem perder a eficiência da combustão. Apresenta-se ainda a base metodológica de um modelo, utilizando-se a lógica difusa, como forma de se obter um controle e confiabilidade na gestão das emissões.

Wind climate trends in the Pacific Northwest and the implications to renewable energy supply

EXTRACT (SEE PDF FOR FULL ABSTRACT): This paper examines the influence of wind climate variations on new Pacific Northwest renewable energy sources. Wind represents a potentially valuable supplemental source of energy in the region. ... The recent period of weaker winds may be associated with a stronger North Pacific Low in the last decade. This would result in winter storms more often being deflected farther north, to Canada. Also, in the last dozen years, lower SOI values were common. Other investigators have found low SOI to be associated with drier conditions in the Pacific Northwest.

A probabilistic energy model for non-domestic building sectors applied to analysis of school buildings in greater London

The diversity of non-domestic buildings at urban scale poses a number of difficulties to develop models for large scale analysis of the stock. This research proposes a probabilistic, engineering-based, bottom-up model to address these issues. In a recent study we classified London's non-domestic buildings based on the service they provide, such as offices, retail premise, and schools, and proposed the creation of one probabilistic representational model per building type. This paper investigates techniques for the development of such models. The representational model is a statistical surrogate of a dynamic energy simulation (ES) model. We first identify the main parameters affecting energy consumption in a particular building sector/type by using sampling-based global sensitivity analysis methods, and then generate statistical surrogate models of the dynamic ES model within the dominant model parameters. Given a sample of actual energy consumption for that sector, we use the surrogate model to infer the distribution of model parameters by inverse analysis. The inferred distributions of input parameters are able to quantify the relative benefits of alternative energy saving measures on an entire building sector with requisite quantification of uncertainties. Secondary school buildings are used for illustrating the application of this probabilistic method. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Roadmapping an emerging energy technology: An ex-ante examination of dimethyl ether development in China

Technology roadmapping has been used to strategise the development of energy technologies. However, there have been limited roadmapping applications that analyse the emergence of a new energy technology that then forms a new industry and propels broad-based low-carbon economic growth. This paper, therefore, attempts to develop a roadmapping framework by integrating the lifecycle analysis tool, in order to strategise the emergence of dimethyl ether, an alternative energy based on advanced engineering technologies such as carbon capture and storage. This paper compares two scenarios of dimethyl ether vs. diesel and finds that the superiority of dimethyl ether will not arise until 2030, when the complementary engineering technologies become available. This proposed framework can also be generalised to other clean energy industries, and we anticipate our paper will spark inspiration for roadmapping and strategising the 'right' technologies for the growth of Chinese energy industries. Copyright © 2012 Inderscience Enterprises Ltd.

A hybrid power system for remote areas in Jordan

This paper presents a techno-economic assessment for a unique Isolated Hybrid Power System (IHPS) design for remote areas isolated from the grid which also has the capability of being operated as a smart μ-grid. The share of renewable energy sources in resource poor developing countries is low. In these countries an increase in the share of alternative energy (wind, water and sun) delivered with inexpensive operationally robust generation and delivery systems is seen to the way forward. In our design also incorporates a novel storage system to increase the effectiveness of the Isolated IHPSs previously reported in the literature. The configuration reported is a system consisting of, the wind and sun powered generation complemented with batteries, fuel cell unit and a diesel generator. The modelling design and simulations were based on Simulations conducted using MATLAB/SIMULINK, and HOMER Energy Planning and Design software tools. The design and simulation of a new storage approach incorporating Hydrogen Peroxide (H2O2) fuel cell (increasing the efficiency of the fuel cell from 35% to 65%) and a single board computer (Raspberry Pi) used for the energy management and control the system are the novel features of our design. The novel control strategy implemented also includes a synchronization capability that facilitates IHPS to IHPS or IHPS to Main-Grid connection. In the paper after briefly but comprehensively detailing the design and simulations we will present the results on which we conclude that smart independent systems that can utilize indigenous renewable energy with a capability of being able to synchronize with the grid or each other are the most optimal way of electrifying resource poor developing countries in a sustainable way with minimum impact on the environment and also achieve reductions in Green House Gases.