Road traffic information platform for energy and emissions savings

Apesar das recentes inovações tecnológicas, o setor dos transportes continua a exercer impactes significativos sobre a economia e o ambiente. Com efeito, o sucesso na redução das emissões neste setor tem sido inferior ao desejável. Isto deve-se a diferentes fatores como a dispersão urbana e a existência de diversos obstáculos à penetração no mercado de tecnologias mais limpas. Consequentemente, a estratégia “Europa 2020” evidencia a necessidade de melhorar a eficiência no uso das atuais infraestruturas rodoviárias. Neste contexto, surge como principal objetivo deste trabalho, a melhoria da compreensão de como uma escolha de rota adequada pode contribuir para a redução de emissões sob diferentes circunstâncias espaciais e temporais. Simultaneamente, pretende-se avaliar diferentes estratégias de gestão de tráfego, nomeadamente o seu potencial ao nível do desempenho e da eficiência energética e ambiental. A integração de métodos empíricos e analíticos para avaliação do impacto de diferentes estratégias de otimização de tráfego nas emissões de CO2 e de poluentes locais constitui uma das principais contribuições deste trabalho. Esta tese divide-se em duas componentes principais. A primeira, predominantemente empírica, baseou-se na utilização de veículos equipados com um dispositivo GPS data logger para recolha de dados de dinâmica de circulação necessários ao cálculo de emissões. Foram percorridos aproximadamente 13200 km em várias rotas com escalas e características distintas: área urbana (Aveiro), área metropolitana (Hampton Roads, VA) e um corredor interurbano (Porto-Aveiro). A segunda parte, predominantemente analítica, baseou-se na aplicação de uma plataforma integrada de simulação de tráfego e emissões. Com base nesta plataforma, foram desenvolvidas funções de desempenho associadas a vários segmentos das redes estudadas, que por sua vez foram aplicadas em modelos de alocação de tráfego. Os resultados de ambas as perspetivas demonstraram que o consumo de combustível e emissões podem ser significativamente minimizados através de escolhas apropriadas de rota e sistemas avançados de gestão de tráfego. Empiricamente demonstrou-se que a seleção de uma rota adequada pode contribuir para uma redução significativa de emissões. Foram identificadas reduções potenciais de emissões de CO2 até 25% e de poluentes locais até 60%. Através da aplicação de modelos de tráfego demonstrou-se que é possível reduzir significativamente os custos ambientais relacionados com o tráfego (até 30%), através da alteração da distribuição dos fluxos ao longo de um corredor com quatro rotas alternativas. Contudo, apesar dos resultados positivos relativamente ao potencial para a redução de emissões com base em seleções de rotas adequadas, foram identificadas algumas situações de compromisso e/ou condicionantes que devem ser consideradas em futuros sistemas de eco navegação. Entre essas condicionantes importa salientar que: i) a minimização de diferentes poluentes pode implicar diferentes estratégias de navegação, ii) a minimização da emissão de poluentes, frequentemente envolve a escolha de rotas urbanas (em áreas densamente povoadas), iii) para níveis mais elevados de penetração de dispositivos de eco-navegação, os impactos ambientais em todo o sistema podem ser maiores do que se os condutores fossem orientados por dispositivos tradicionais focados na minimização do tempo de viagem. Com este trabalho demonstrou-se que as estratégias de gestão de tráfego com o intuito da minimização das emissões de CO2 são compatíveis com a minimização do tempo de viagem. Por outro lado, a minimização de poluentes locais pode levar a um aumento considerável do tempo de viagem. No entanto, dada a tendência de redução nos fatores de emissão dos poluentes locais, é expectável que estes objetivos contraditórios tendam a ser minimizados a médio prazo. Afigura-se um elevado potencial de aplicação da metodologia desenvolvida, seja através da utilização de dispositivos móveis, sistemas de comunicação entre infraestruturas e veículos e outros sistemas avançados de gestão de tráfego.

CO2 reduction and efficiency in road freight traffic: measures, baseline and potential

The objective of our research was to analyse the relevant logistic factors influencing energy efficiency in road freight transport, while quantifying the potential for CO2 reduction. We carried out a survey and linked fuel consumption to transport performance parameters in 50 German haulage companies during 2003. Efficiency ranges from 0.8 tkm to 26 tkm for 1 kg CO2 emissions. The results show a high potential for improvements, given a low level of efficiency in vehicle usage and load factor, scarce use of lightweight vehicle design, incorrectly selected vehicle class and a high proportion of empty runs. Efficiency measures are poorly applied.

Electric vehicles in urban areas: test cases using a scenario simulator

Electric vehicles introduction will affect cities environment and urban mobility policies. Network system operators will have to consider the electric vehicles in planning and operation activities due to electric vehicles’ dependency on the electricity grid. The present paper presents test cases using an Electric Vehicle Scenario Simulator (EVeSSi) being developed by the authors. The test cases include two scenarios considering a 33 bus network with up to 2000 electric vehicles in the urban area. The scenarios consider a penetration of 10% of electric vehicles (200 of 2000), 30% (600) and 100% (2000). The first scenario will evaluate network impacts and the second scenario will evaluate CO2 emissions and fuel consumption.

Eficiência Energética na Iluminação Pública

A utilização pouco eficiente da energia representa um elevado encargo para qualquer país, seja do ponto de vista económico, social ou ambiental. Em Portugal a iluminação pública tem um importante peso nas despesas correntes dos municípios. Deste modo, torna-se imperativo agir de modo a aumentar a sustentabilidade energética e diminuir os gastos com a iluminação pública. Os municípios precisam de encontrar soluções que permitam reduzir os consumos, mantendo níveis de segurança e conforto necessários às populações. Neste sentido, este trabalho propõe-se estudar esta problemática, apresentando soluções, de modo a obter-se uma maior eficiência energética desta para as instalações e, consequentemente, conduzir a uma diminuição das emissões de CO2 durante o período de utilização das mesmas.

Esclonamento de máquinas de cogeração utilzando programação inteira mista

As centrais termoelétricas convencionais convertem apenas parte do combustível consumido na produção de energia elétrica, sendo que outra parte resulta em perdas sob a forma de calor. Neste sentido, surgiram as unidades de cogeração, ou Combined Heat and Power (CHP), que permitem reaproveitar a energia dissipada sob a forma de energia térmica e disponibilizá-la, em conjunto com a energia elétrica gerada, para consumo doméstico ou industrial, tornando-as mais eficientes que as unidades convencionais Os custos de produção de energia elétrica e de calor das unidades CHP são representados por uma função não-linear e apresentam uma região de operação admissível que pode ser convexa ou não-convexa, dependendo das caraterísticas de cada unidade. Por estas razões, a modelação de unidades CHP no âmbito do escalonamento de geradores elétricos (na literatura inglesa Unit Commitment Problem (UCP)) tem especial relevância para as empresas que possuem, também, este tipo de unidades. Estas empresas têm como objetivo definir, entre as unidades CHP e as unidades que apenas geram energia elétrica ou calor, quais devem ser ligadas e os respetivos níveis de produção para satisfazer a procura de energia elétrica e de calor a um custo mínimo. Neste documento são propostos dois modelos de programação inteira mista para o UCP com inclusão de unidades de cogeração: um modelo não-linear que inclui a função real de custo de produção das unidades CHP e um modelo que propõe uma linearização da referida função baseada na combinação convexa de um número pré-definido de pontos extremos. Em ambos os modelos a região de operação admissível não-convexa é modelada através da divisão desta àrea em duas àreas convexas distintas. Testes computacionais efetuados com ambos os modelos para várias instâncias permitiram verificar a eficiência do modelo linear proposto. Este modelo permitiu obter as soluções ótimas do modelo não-linear com tempos computationais significativamente menores. Para além disso, ambos os modelos foram testados com e sem a inclusão de restrições de tomada e deslastre de carga, permitindo concluir que este tipo de restrições aumenta a complexidade do problema sendo que o tempo computacional exigido para a resolução do mesmo cresce significativamente.

An Open Source BI Approach: Concept Proof Tracking Fleet

É possível assistir nos dias de hoje, a um processo tecnológico evolutivo acentuado por toda a parte do globo. No caso das empresas, quer as pequenas, médias ou de grandes dimensões, estão cada vez mais dependentes dos sistemas informatizados para realizar os seus processos de negócio, e consequentemente à geração de informação referente aos negócios e onde, muitas das vezes, os dados não têm qualquer relacionamento entre si. A maioria dos sistemas convencionais informáticos não são projetados para gerir e armazenar informações estratégicas, impossibilitando assim que esta sirva de apoio como recurso estratégico. Portanto, as decisões são tomadas com base na experiência dos administradores, quando poderiam serem baseadas em factos históricos armazenados pelos diversos sistemas. Genericamente, as organizações possuem muitos dados, mas na maioria dos casos extraem pouca informação, o que é um problema em termos de mercados competitivos. Como as organizações procuram evoluir e superar a concorrência nas tomadas de decisão, surge neste contexto o termo Business Intelligence(BI). A GisGeo Information Systems é uma empresa que desenvolve software baseado em SIG (sistemas de informação geográfica) recorrendo a uma filosofia de ferramentas open-source. O seu principal produto baseia-se na localização geográfica dos vários tipos de viaturas, na recolha de dados, e consequentemente a sua análise (quilómetros percorridos, duração de uma viagem entre dois pontos definidos, consumo de combustível, etc.). Neste âmbito surge o tema deste projeto que tem objetivo de dar uma perspetiva diferente aos dados existentes, cruzando os conceitos BI com o sistema implementado na empresa de acordo com a sua filosofia. Neste projeto são abordados alguns dos conceitos mais importantes adjacentes a BI como, por exemplo, modelo dimensional, data Warehouse, o processo ETL e OLAP, seguindo a metodologia de Ralph Kimball. São também estudadas algumas das principais ferramentas open-source existentes no mercado, assim como quais as suas vantagens/desvantagens relativamente entre elas. Em conclusão, é então apresentada a solução desenvolvida de acordo com os critérios enumerados pela empresa como prova de conceito da aplicabilidade da área Business Intelligence ao ramo de Sistemas de informação Geográfica (SIG), recorrendo a uma ferramenta open-source que suporte visualização dos dados através de dashboards.

Secondary effects of catalytic diesel particulate filters: copper-induced formation of PCDD/Fs.

Potential risks of a secondary formation of polychlorinated dibenzodioxins/furans (PCDD/Fs) were assessed for two cordierite-based, wall-through diesel particulate filters (DPFs) for which soot combustion was either catalyzed with an iron- or a copper-based fuel additive. A heavy duty diesel engine was used as test platform, applying the eight-stage ISO 8178/4 C1 cycle. DPF applications neither affected the engine performance, nor did they increase NO, NO2, CO, and CO2 emissions. The latter is a metric for fuel consumption. THC emissions decreased by about 40% when deploying DPFs. PCDD/F emissions, with a focus on tetra- to octachlorinated congeners, were compared under standard and worst case conditions (enhanced chlorine uptake). The iron-catalyzed DPF neither increased PCDD/F emissions, nor did it change the congener pattern, even when traces of chlorine became available. In case of copper, PCDD/F emissions increased by up to 3 orders of magnitude from 22 to 200 to 12 700 pg I-TEQ/L with fuels of < 2, 14, and 110 microg/g chlorine, respectively. Mainly lower chlorinated DD/Fs were formed. Based on these substantial effects on PCDD/F emissions, the copper-catalyzed DPF system was not approved for workplace applications, whereas the iron system fulfilled all the specifications of the Swiss procedures for DPF approval (VERT).

Antiobesity and antidiabetic activity of P. balsamifera, its active Salicortin, and L. laricina, medicinal plants from the traditional pharmacopoeia of the James Bay Cree

La prévalence de l’obésité, du diabète de type 2, et du syndrome métabolique, sont à la hausse chez les Cris d’Eeyou Istchee (CEI-Nord du Québec). Ces problèmes sont aggravés par leur diète non traditionnelle, leur sédentarité, ainsi que par une résistance culturelle aux produits pharmaceutiques. Afin de développer des traitements antidiabétiques culturellement adaptés, notre équipe a effectué une enquête ethnobotanique qui a identifié 17 plantes provenant de la pharmacopée traditionnelle des CEI. À partir des études de criblage effectuées in vitro, deux plantes parmi les 17 ont attiré notre attention. Populus balsamifera L. (Salicaceae) pour ses propriétés anti-obésité et Larix laricina K. Koch (Pinaceae) pour ses propriétés antidiabétiques. P. balsamifera et son composé actif salicortin ont inhibé l’accumulation de triglycérides durant l’adipogénèse dans les adipocytes 3T3-L1. L. laricina a augmenté le transport de glucose et l’activation de l’AMPK dans les cellules musculaires C2C12, l’adipogénèse dans les 3T3-L1 et a démontré un fort potentiel découpleur (propriété anti-obésité). Les objectifs de cette thèse sont d'évaluer les potentiels anti-obésité et antidiabétique et d’élucider les mécanismes d'action de P. balsamifera, salicortin, et L. laricina chez la souris C57BL/6 rendue obèse par une diète riche en gras (HFD). Les souris ont été soumises pendant huit (étude préventive) ou seize semaines (étude traitement) à une HFD, ou à une HFD dans laquelle P. balsamifera, salicortin, ou L. laricina a été incorporé soit dès le départ (prévention), ou dans les 8 dernières des 16 semaines d'administration de HFD (traitement). iv Les résultats démontrent que P. balsamifera (dans les deux études) et salicortin (évalué dans l’étude traitement) diminuent: le poids corporel, le gras rétropéritonéal, la sévérité de la stéatose et l’accumulation de triglycérides hépatique (ERK impliqué), les niveaux de glycémie et d'insuline, et le ratio leptine/adiponectine. Dans les deux études, P. balsamifera a significativement réduit la consommation de nourriture mais cet effet coupe-faim nécessite d’être approfondi. Dans l'étude préventive, P. balsamifera a augmenté la dépense énergétique (hausse de la température à la surface de la peau et de l’activation de la protéine découplante-1; UCP-1). Les voies de signalisation activées par P. balsamifera et par salicortin (de façon plus modeste) sont impliquées dans: la production de glucose hépatique (Akt), l’expression de Glut4 dans le muscle squelettique, la captation du glucose et du métabolisme des lipides (Akt dans le tissu adipeux), la différenciation des adipocytes (ERK et PPARg), l’inflammation dans le foie (IKKαβ), et l'oxydation des acides gras dans le muscle, le foie, ou le tissu adipeux (PPARa et CPT-1). D’autre part, L. laricina a également diminué les niveaux de glycémie et d’insuline, le ratio leptine/adiponectine, le gras rétropéritonéal et le poids corporel. Ces effets ont été observés en conjonction avec une augmentation de la dépense énergétique: hausse de température à la surface de la peau (prévention) et amélioration de la fonction mitochondriale et de la synthèse d'ATP (traitement). En conclusion, l’utilisation de P. balsamifera, salicortin et L. laricina comme des traitements alternatifs et culturellement adaptés aux CEI représente une contribution importante dans la prévention et le traitement de l’obésité et du diabète.

Energy optimisation studies in trawling operations along the Kerala coast

This study mainly deals with the structure of the motorised and mechanised trawl fishing fleet of Kerala, and assess the availability of resources and its extent of exploitation. The study is conducted by observing the performance of small motorised boats operating trawl nets from selected centers along the Kerala coast. The Study also deals with the type and material of construction of the propellers used in selected crafts and the efficiency of the propeller. The fuel consumption pattern of selected medium sized trawlers economics of operation of selected fishing crafts are analyzed through this study. The thesis also Suggest methods for reducing fuel consumption in trawling

Strength Predictions of Hat Stiffened Plate

Hat Stiffened Plates are used in composite ships and are gaining popularity in metallic ship construction due to its high strength-to-weight ratio. Light weight structures will result in greater payload, higher speeds, reduced fuel consumption and environmental emissions. Numerical Investigations have been carried out using the commercial Finite Element software ANSYS 12 to substantiate the high strength-to-weight ratio of Hat Stiffened Plates over other open section stiffeners which are commonly used in ship building. Analysis of stiffened plate has always been a matter of concern for the structural engineers since it has been rather difficult to quantify the actual load sharing between stiffeners and plating. Finite Element Method has been accepted as an efficient tool for the analysis of stiffened plated structure. Best results using the Finite Element Method for the analysis of thin plated structures are obtained when both the stiffeners and the plate are modeled using thin plate elements having six degrees of freedom per node. However, one serious problem encountered with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is time consuming and laborious. In order to overcome these difficulties two different methods viz., Orthotropic Plate Model and Superelement for Hat Stiffened Plate have been suggested in the present work. In the Orthotropic Plate Model geometric orthotropy is converted to material orthotropy i.e., the stiffeners are smeared and they vanish from the field of analysis and the structure can be analysed using any commercial Finite Element software which has orthotropic elements in its element library. The Orthotropic Plate Model developed has predicted deflection, stress and linear buckling load with sufficiently good accuracy in the case of all four edges simply supported boundary condition. Whereas, in the case of two edges fixed and other two edges simply supported boundary condition even though the stress has been predicted with good accuracy there has been large variation in the deflection predicted. This variation in the deflection predicted is because, for the Orthotropic Plate Model the rigidity is uniform throughout the plate whereas in the actual Hat Stiffened Plate the rigidity along the line of attachment of the stiffeners to the plate is large as compared to the unsupported portion of the plate. The Superelement technique is a method of treating a portion of the structure as if it were a single element even though it is made up of many individual elements. The Superelement has predicted the deflection and in-plane stress of Hat Stiffened Plate with sufficiently good accuracy for different boundary conditions. Formulation of Superelement for composite Hat Stiffened Plate has also been presented in the thesis. The capability of Orthotropic Plate Model and Superelement to handle typical boundary conditions and characteristic loads in a ship structure has been demonstrated through numerical investigations.

Transport impacts on atmosphere and climate: shipping

Emissions of exhaust gases and particles from oceangoing ships are a significant and growing contributor to the total emissions from the transportation sector. We present an assessment of the contribution of gaseous and particulate emissions from oceangoing shipping to anthropogenic emissions and air quality. We also assess the degradation in human health and climate change created by these emissions. Regulating ship emissions requires comprehensive knowledge of current fuel consumption and emissions, understanding of their impact on atmospheric composition and climate, and projections of potential future evolutions and mitigation options. Nearly 70% of ship emissions occur within 400 km of coastlines, causing air quality problems through the formation of ground-level ozone, sulphur emissions and particulate matter in coastal areas and harbours with heavy traffic. Furthermore, ozone and aerosol precursor emissions as well as their derivative species from ships may be transported in the atmosphere over several hundreds of kilometres, and thus contribute to air quality problems further inland, even though they are emitted at sea. In addition, ship emissions impact climate. Recent studies indicate that the cooling due to altered clouds far outweighs the warming effects from greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2) or ozone from shipping, overall causing a negative present-day radiative forcing (RF). Current efforts to reduce sulphur and other pollutants from shipping may modify this. However, given the short residence time of sulphate compared to CO2, the climate response from sulphate is of the order decades while that of CO2 is centuries. The climatic trade-off between positive and negative radiative forcing is still a topic of scientific research, but from what is currently known, a simple cancellation of global mean forcing components is potentially inappropriate and a more comprehensive assessment metric is required. The CO2 equivalent emissions using the global temperature change potential (GTP) metric indicate that after 50 years the net global mean effect of current emissions is close to zero through cancellation of warming by CO2 and cooling by sulphate and nitrogen oxides.

Intensification of winter transatlantic aviation turbulence in response to climate change

Atmospheric turbulence causes most weather-related aircraft incidents1. Commercial aircraft encounter moderate-or-greater turbulence tens of thousands of times each year worldwide, injuring probably hundreds of passengers (occasionally fatally), costing airlines tens of millions of dollars and causing structural damage to planes1, 2, 3. Clear-air turbulence is especially difficult to avoid, because it cannot be seen by pilots or detected by satellites or on-board radar4, 5. Clear-air turbulence is linked to atmospheric jet streams6, 7, which are projected to be strengthened by anthropogenic climate change8. However, the response of clear-air turbulence to projected climate change has not previously been studied. Here we show using climate model simulations that clear-air turbulence changes significantly within the transatlantic flight corridor when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere is doubled. At cruise altitudes within 50–75° N and 10–60° W in winter, most clear-air turbulence measures show a 10–40% increase in the median strength of turbulence and a 40–170% increase in the frequency of occurrence of moderate-or-greater turbulence. Our results suggest that climate change will lead to bumpier transatlantic flights by the middle of this century. Journey times may lengthen and fuel consumption and emissions may increase. Aviation is partly responsible for changing the climate9, but our findings show for the first time how climate change could affect aviation.

Power analysis and simulation of a vehicle under combined loads

This paper presents an analytical model of fuel consumption (AMFC) to coordinate the driving power and manage the overall fuel consumption for an internal combustion engine vehicle. The model calculates the different loads applied on the vehicle including road-slope, road-friction, wind-drag, accessories, and mechanical losses. Also, it solves the combustion equation of the engine under different working conditions including various fuel compositions, excess airs and air inlet temperatures. Then it determines the contribution of each load to signify the energy distribution and power flows of the vehicle. Unlike the conventional models in which the vehicle speed needs to be given as an input, the developed model can predict the vehicle speed and acceleration under different working conditions by allowing the speed to vary within a predefined range only. Furthermore, the model indicates the ways to minimises the vehicles' fuel consumption under various driving conditions. The results show that the model has the potential to assist in the vehicle energy management.

An intelligent energy management model for a parallel hybrid vehicle under combined loads

To exploit the benefits offered by parallel HEVs, an intelligent energy management model is developed and evaluated in this paper. Despite most existing works, the developed model incorporates combined wind/drag, slope, rolling, and accessories loads to minimise the fuel consumption under varying driving conditions. A slope prediction unit is also employed. The engine and the electric motor can output power simultaneously under a heavy-load or a slopped road condition. Two simulation were conducted namely slopped-windy-prediction and slopped-windy-prediction-hybrid. The results indicate that the vehicle speed and acceleration is smoother where the hybrid component was included. The average fuel consumption for the first and second simulations were 7.94 and 7.46 liter/100 km, respectively.

A rule-based intelligent energy management system for an internal combustion engine vehicle

An intelligent energy management system (IEMS) is developed to improve fuel efficiency of an internal combustion engine vehicle. It helps determine the best approach to run the engine system through dynamically analysing various factors relating to vehicle. The energy balance technique is implemented and utilised. The simulation outcome of the IEMS is compared against that of a conventional system under the same driving factors. The results show that the IEMS reduces the fuel consumption around 5.6% for the tested conditions.