Estratégias de Comercialização de Potência como Medida de Eficiência Energética

A presente dissertação insere-se no âmbito da unidade curricular “ Dissertação” do 2º ano do mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. Com o aumento crescente do número de consumidores de energia, é cada vez mais imperioso a adoção de medidas de racionalização e gestão dos consumos da energia elétrica. Existem diferentes tipos de dificuldades no planeamento e implementação de novas centrais produtoras de energia renovável, pelo que também por este motivo é cada vez mais importante adoção de medidas de gestão de consumos, quer ao nível dos clientes alimentados em média tensão como de baixa tensão. Desta forma será mais acessível a criação de padrões de eficiência energética elevados em toda a rede de distribuição de energia elétrica. Também a economia é afetada por uma fraca gestão dos consumos por parte dos clientes. Elevados desperdícios energéticos levam a que mais energia tenha que ser produzida, energia essa que contribui ainda mais para a elevada taxa de dependência energética em Portugal, e para o degradar da economia nacional. Coloca-se assim a necessidade de implementar planos e métodos que promovam a eficiência energética e a gestão racional de consumos de energia elétrica. Apresenta-se nesta dissertação várias propostas, algumas na forma de projetos já em execução, que visam sensibilizar o consumidor para a importância da utilização eficiente de energia e, ao mesmo tempo, disponibilizam as ferramentas tecnológicas adequadas para auxiliar a implementação dos métodos propostos. Embora os planos apresentados, sobejamente conhecidos, tenham imensa importância, a implementação nos vários consumidores de sistemas capazes de efetivamente reduzir consumos tem um papel fundamental. Equipamentos de gestão de consumos, que são apresentados nesta dissertação, permitem ao consumidor aceder diretamente ao seu consumo. Podem aceder não apenas ao consumo global da instalação mas também ao consumo específico por equipamento, permitindo perceber onde se verifica a situação mais desfavorável. Funcionalidades de programação de perfis tipo, com limitações de potência em vários períodos horários, bem como possibilidades de controlo remoto com recurso a aplicações para Smartphones permitem a redução de consumos ao nível da rede de distribuição e, desta forma, contribuir para a redução dos desperdícios e da dependência energética em Portugal. No âmbito do trabalho de dissertação é desenvolvida uma metodologia de comercialização de potência, que é apresentada nesta tese. Esta metodologia propõem que o consumidor, em função dos seus consumos, pague apenas a quantidade de potência que efetivamente necessita num certo período de tempo. Assim, o consumidor deixa de pagar uma tarifa mensal fixa associada á sua potência contratada, e passará a pagar um valor correspondente apenas à potência que efetivamente solicitou em todas as horas durante o mês. Nesta metodologia que é apresentada, o consumidor poderá também fazer uma análise do seu diagrama de cargas e simular uma alteração da sua tarifa, tarifa esta que varia entre tarifa simples, bi-horária semanal, bi-horária diária, tri-horária semanal ou tri-horária diária, de forma a perceber em qual destas pagará um menor valor pela mesma energia. De forma a que o consumidor possa perceber se haverá vantagem de uma alteração para uma potência contratada flexível, ou para uma outra tarifa associada á energia, tem ao seu dispor uma ferramenta, que em função dos seus consumos, permite retirar conclusões sobre o preço final a pagar na fatura, após cada tipo de alteração. Esta ferramenta foi validada com recurso a várias simulações, para diferentes perfis de consumidores. Desta forma, o utilizador fica a perceber que realmente pode poupar com uma potência contratada flexível, ao mesmo tempo que pode identificar-se com um perfil de simulação e, mais facilmente, perceber para que alteração tarifária pode usufruir de uma maior poupança.

Particle swarm optimization for two-connected networks with bounded rings

The Two-Connected Network with Bounded Ring (2CNBR) problem is a network design problem addressing the connection of servers to create a survivable network with limited redirections in the event of failures. Particle Swarm Optimization (PSO) is a stochastic population-based optimization technique modeled on the social behaviour of flocking birds or schooling fish. This thesis applies PSO to the 2CNBR problem. As PSO is originally designed to handle a continuous solution space, modification of the algorithm was necessary in order to adapt it for such a highly constrained discrete combinatorial optimization problem. Presented are an indirect transcription scheme for applying PSO to such discrete optimization problems and an oscillating mechanism for averting stagnation.

Déstabilisation d'un réseau criminel pratiquant le trafic de stupéfiants

Le présent mémoire s’intéresse à la déstabilisation d’un réseau de distribution de stupéfiants. Il est basé sur l’étude d’une enquête policière réalisée dans une grande ville canadienne. L’objectif principal de cette enquête était le démantèlement d’un réseau criminel perçu comme étant hiérarchisé. Différentes stratégies ont été mises en œuvre par les enquêteurs afin de déstabiliser le réseau. Cinq de ces stratégies sont étudiées dans cette recherche. Des analyses de réseaux et l’évaluation de l’évolution des opérations de distribution de stupéfiants démontrent que, parmi les stratégies déstabilisatrices, le retrait sélectif (arrestation) et l’ajout (infiltration) de participants dans le réseau sont les plus efficaces. Les résultats détaillés montrent l’importance de préparer des enquêtes systématiques et réfléchies en vue de déstabiliser un réseau. Bien que les rafles massives de participants soient intéressantes, il est essentiel d’en soulever les limites. Le fait de se concentrer sur des enquêtes planifiées permettra non seulement de répondre aux objectifs de l’enquête en cours, mais également de comprendre et développer des pratiques de déstabilisation à long terme au niveau du marché criminel en général (méta-réseau).

Tarification logit dans un réseau

Le problème de tarification qui nous intéresse ici consiste à maximiser le revenu généré par les usagers d'un réseau de transport. Pour se rendre à leurs destinations, les usagers font un choix de route et utilisent des arcs sur lesquels nous imposons des tarifs. Chaque route est caractérisée (aux yeux de l'usager) par sa "désutilité", une mesure de longueur généralisée tenant compte à la fois des tarifs et des autres coûts associés à son utilisation. Ce problème a surtout été abordé sous une modélisation déterministe de la demande selon laquelle seules des routes de désutilité minimale se voient attribuer une mesure positive de flot. Le modèle déterministe se prête bien à une résolution globale, mais pèche par manque de réalisme. Nous considérons ici une extension probabiliste de ce modèle, selon laquelle les usagers d'un réseau sont alloués aux routes d'après un modèle de choix discret logit. Bien que le problème de tarification qui en résulte est non linéaire et non convexe, il conserve néanmoins une forte composante combinatoire que nous exploitons à des fins algorithmiques. Notre contribution se répartit en trois articles. Dans le premier, nous abordons le problème d'un point de vue théorique pour le cas avec une paire origine-destination. Nous développons une analyse de premier ordre qui exploite les propriétés analytiques de l'affectation logit et démontrons la validité de règles de simplification de la topologie du réseau qui permettent de réduire la dimension du problème sans en modifier la solution. Nous établissons ensuite l'unimodalité du problème pour une vaste gamme de topologies et nous généralisons certains de nos résultats au problème de la tarification d'une ligne de produits. Dans le deuxième article, nous abordons le problème d'un point de vue numérique pour le cas avec plusieurs paires origine-destination. Nous développons des algorithmes qui exploitent l'information locale et la parenté des formulations probabilistes et déterministes. Un des résultats de notre analyse est l'obtention de bornes sur l'erreur commise par les modèles combinatoires dans l'approximation du revenu logit. Nos essais numériques montrent qu'une approximation combinatoire rudimentaire permet souvent d'identifier des solutions quasi-optimales. Dans le troisième article, nous considérons l'extension du problème à une demande hétérogène. L'affectation de la demande y est donnée par un modèle de choix discret logit mixte où la sensibilité au prix d'un usager est aléatoire. Sous cette modélisation, l'expression du revenu n'est pas analytique et ne peut être évaluée de façon exacte. Cependant, nous démontrons que l'utilisation d'approximations non linéaires et combinatoires permet d'identifier des solutions quasi-optimales. Finalement, nous en profitons pour illustrer la richesse du modèle, par le biais d'une interprétation économique, et examinons plus particulièrement la contribution au revenu des différents groupes d'usagers.

Développement d’un algorithme de branch-and-price-and-cut pour le problème de conception de réseau avec coûts fixes et capacités

De nombreux problèmes en transport et en logistique peuvent être formulés comme des modèles de conception de réseau. Ils requièrent généralement de transporter des produits, des passagers ou encore des données dans un réseau afin de satisfaire une certaine demande tout en minimisant les coûts. Dans ce mémoire, nous nous intéressons au problème de conception de réseau avec coûts fixes et capacités. Ce problème consiste à ouvrir un sous-ensemble des liens dans un réseau afin de satisfaire la demande, tout en respectant les contraintes de capacités sur les liens. L'objectif est de minimiser les coûts fixes associés à l'ouverture des liens et les coûts de transport des produits. Nous présentons une méthode exacte pour résoudre ce problème basée sur des techniques utilisées en programmation linéaire en nombres entiers. Notre méthode est une variante de l'algorithme de branch-and-bound, appelée branch-and-price-and-cut, dans laquelle nous exploitons à la fois la génération de colonnes et de coupes pour la résolution d'instances de grande taille, en particulier, celles ayant un grand nombre de produits. En nous comparant à CPLEX, actuellement l'un des meilleurs logiciels d'optimisation mathématique, notre méthode est compétitive sur les instances de taille moyenne et supérieure sur les instances de grande taille ayant un grand nombre de produits, et ce, même si elle n'utilise qu'un seul type d'inégalités valides.

Méthode de génération de colonnes pour les problèmes de conception de réseaux avec coûts d’ajout de capacité

Les problèmes de conception de réseaux ont reçu un intérêt particulier et ont été largement étudiés de par leurs nombreuses applications dans différents domaines, tels que les transports et les télécommunications. Nous nous intéressons dans ce mémoire au problème de conception de réseaux avec coûts d’ajout de capacité. Il s’agit d’installer un ensemble d’équipements sur un réseau en vue de satisfaire la demande, tout en respectant les contraintes de capacité, chaque arc pouvant admettre plusieurs équipements. L’objectif est de minimiser les coûts variables de transport des produits et les coûts fixes d’installation ou d’augmentation de capacité des équipements. La méthode que nous envisageons pour résoudre ce problème est basée sur les techniques utilisées en programmation linéaire en nombres entiers, notamment celles de génération de colonnes et de coupes. Ces méthodes sont introduites dans un algorithme général de branch-and-bound basé sur la relaxation linéaire. Nous avons testé notre méthode sur quatre groupes d’instances de tailles différentes, et nous l’avons comparée à CPLEX, qui constitue un des meilleurs solveurs permettant de résoudre des problèmes d’optimisation, ainsi qu’à une méthode existante dans la littérature combinant des méthodes exactes et heuristiques. Notre méthode a été plus performante que ces deux méthodes, notamment pour les instances de très grandes tailles.

La spécialisation du travail artisanal dans la civilisation de l'Indus

La civilisation de l’Indus marque les esprits par une apparente uniformité de la culture matérielle sur la totalité de son territoire (environ 1 million de km carré) durant sa période d’apogée (2600-1900 av. J.-C.). Cette étude cherche à tester deux hypothèses qui pourraient expliquer cette homogénéité : 1) Un pouvoir centralisateur contrôlant la production artisanale; et 2) Un vaste réseau d’échanges et de distribution de la production. Dans ce but, la grande majorité des publications accessibles portant sur la production artisanale d’objets en céramique, en pierres semi-précieuses, en coquillage et en métal ont été inventoriées et analysées. Axée sur la spécialisation du travail artisanal, l’étude a identifié quelques objets dits de prestige (perles classiques harappéennes, bracelets en grès cérame) très probablement liés à une élite. La nature de cette élite est ensuite examinée et un nouveau modèle d’organisation sociopolitique de cette civilisation est proposé.

L'algorithme de Branch and Price and Cut pour le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité

Le problème de conception de réseaux est un problème qui a été beaucoup étudié dans le domaine de la recherche opérationnelle pour ses caractéristiques, et ses applications dans des nombreux domaines tels que le transport, les communications, et la logistique. Nous nous intéressons en particulier dans ce mémoire à résoudre le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité, en satisfaisant les demandes de tous les produits tout en minimisant la somme des coûts de transport de ces produits et des coûts fixes de conception du réseau. Ce problème se modélise généralement sous la forme d’un programme linéaire en nombres entiers incluant des variables continues. Pour le résoudre, nous avons appliqué la méthode exacte de Branch-and-Bound basée sur une relaxation linéaire du problème avec un critère d’arrêt, tout en exploitant les méthodes de génération de colonnes et de génération de coupes. Nous avons testé la méthode de Branch-and-Price-and-Cut sur 156 instances divisées en cinq groupes de différentes tailles, et nous l’avons comparée à Cplex, l’un des meilleurs solveurs d’optimisation mathématique, ainsi qu’à la méthode de Branch-and- Cut. Notre méthode est compétitive et plus performante sur les instances de grande taille ayant un grand nombre de produits.

Characterization of Probability Distributions Using the Residual Entropy Function

The present study on the characterization of probability distributions using the residual entropy function. The concept of entropy is extensively used in literature as a quantitative measure of uncertainty associated with a random phenomenon. The commonly used life time models in reliability Theory are exponential distribution, Pareto distribution, Beta distribution, Weibull distribution and gamma distribution. Several characterization theorems are obtained for the above models using reliability concepts such as failure rate, mean residual life function, vitality function, variance residual life function etc. Most of the works on characterization of distributions in the reliability context centers around the failure rate or the residual life function. The important aspect of interest in the study of entropy is that of locating distributions for which the shannon’s entropy is maximum subject to certain restrictions on the underlying random variable. The geometric vitality function and examine its properties. It is established that the geometric vitality function determines the distribution uniquely. The problem of averaging the residual entropy function is examined, and also the truncated form version of entropies of higher order are defined. In this study it is established that the residual entropy function determines the distribution uniquely and that the constancy of the same is characteristics to the geometric distribution

Descripción de la cultura organizacional en OSP International Cala Ltda.

Con la investigación realizada a OSP International Cala Ltda., empresa dedicada a la generación de valor agregado en operadores de servicios a través de sus redes de distribución mediante el desarrollo de hardware y software, se logró identificar la cultura organizacional que caracteriza a esta empresa, a través de la Metodología desarrollado por el Autor Carlos Eduardo Méndez, donde por medio de los cuatro instrumentos; encuestas de Hombre, Estructura, Sistema e IMCOC (instrumento para medir el clima de las organizaciones), se identificaron los rasgos menos arraigados, arraigados y altamente arraigados. Con los últimos se logró la caracterización de la cultura organizacional de la empresa, puesto que con estos se identificaron las Categorías de Análisis, Tendencias y Macrotendencias, para poder describir, interpretar y analizar la Cultura Organizacional que caracteriza a esta compañía (Alternativa Humanitaria). Concluyendo la evidencia del arduo trabajo que realiza diariamente OSP International Cala Ltda., en la integración de cada una de sus áreas como parte de un todo, para lograr los objetivos y metas propuestas por esta.

Can microgrids make a major contribution to UK energy supply?

Almost all the electricity currently produced in the UK is generated as part of a centralised power system designed around large fossil fuel or nuclear power stations. This power system is robust and reliable but the efficiency of power generation is low, resulting in large quantities of waste heat. The principal aim of this paper is to investigate an alternative concept: the energy production by small scale generators in close proximity to the energy users, integrated into microgrids. Microgrids—de-centralised electricity generation combined with on-site production of heat—bear the promise of substantial environmental benefits, brought about by a higher energy efficiency and by facilitating the integration of renewable sources such as photovoltaic arrays or wind turbines. By virtue of good match between generation and load, microgrids have a low impact on the electricity network, despite a potentially significant level of generation by intermittent energy sources. The paper discusses the technical and economic issues associated with this novel concept, giving an overview of the generator technologies, the current regulatory framework in the UK, and the barriers that have to be overcome if microgrids are to make a major contribution to the UK energy supply. The focus of this study is a microgrid of domestic users powered by small Combined Heat and Power generators and photovoltaics. Focusing on the energy balance between the generation and load, it is found that the optimum combination of the generators in the microgrid- consisting of around 1.4 kWp PV array per household and 45% household ownership of micro-CHP generators- will maintain energy balance on a yearly basis if supplemented by energy storage of 2.7 kWh per household. We find that there is no fundamental technological reason why microgrids cannot contribute an appreciable part of the UK energy demand. Indeed, an estimate of cost indicates that the microgrids considered in this study would supply electricity at a cost comparable with the present electricity supply if the current support mechanisms for photovoltaics were maintained. Combining photovoltaics and micro-CHP and a small battery requirement gives a microgrid that is independent of the national electricity network. In the short term, this has particular benefits for remote communities but more wide-ranging possibilities open up in the medium to long term. Microgrids could meet the need to replace current generation nuclear and coal fired power stations, greatly reducing the demand on the transmission and distribution network.

A new error measure for forecasts of household-level, high resolution electrical energy consumption

As low carbon technologies become more pervasive, distribution network operators are looking to support the expected changes in the demands on the low voltage networks through the smarter control of storage devices. Accurate forecasts of demand at the single household-level, or of small aggregations of households, can improve the peak demand reduction brought about through such devices by helping to plan the appropriate charging and discharging cycles. However, before such methods can be developed, validation measures are required which can assess the accuracy and usefulness of forecasts of volatile and noisy household-level demand. In this paper we introduce a new forecast verification error measure that reduces the so called “double penalty” effect, incurred by forecasts whose features are displaced in space or time, compared to traditional point-wise metrics, such as Mean Absolute Error and p-norms in general. The measure that we propose is based on finding a restricted permutation of the original forecast that minimises the point wise error, according to a given metric. We illustrate the advantages of our error measure using half-hourly domestic household electrical energy usage data recorded by smart meters and discuss the effect of the permutation restriction.

Financial implications for companies running standby generators in support of a smart grid

Integrating renewable energy into built environments requires additional attention to the balancing of supply and demand due to their intermittent nature. Demand Side Response (DSR) has the potential to make money for organisations as well as support the System Operator as the generation mix changes. There is an opportunity to increase the use of existing technologies in order to manage demand. Company-owned standby generators are a rarely used resource; their maintenance schedule often accounts for a majority of their running hours. DSR encompasses a range of technologies and organisations; Sustainability First (2012) suggest that the System Operator (SO), energy supply companies, Distribution Network Operators (DNOs), Aggregators and Customers all stand to benefit from DSR. It is therefore important to consider impact of DSR measures to each of these stakeholders. This paper assesses the financial implications of organisations using existing standby generation equipment for DSR in order to avoid peak electricity charges. It concludes that under the current GB electricity pricing structure, there are several regions where running diesel generators at peak times is financially beneficial to organisations. Issues such as fuel costs, Carbon Reduction Commitment (CRC) charges, maintenance costs and electricity prices are discussed.

An evaluation of the theoretical potential and practical opportunity for using greywater for domestic purposes in Ghana

Assessments concerning the effects of climate change, water resource availability and water deprivation in West Africa have not frequently considered the positive contribution to be derived from collecting and reusing water for domestic purposes. Where the originating water is taken from a clean water source and has been used the first time for washing or bathing, this water is commonly called “greywater”. Greywater is a prolific resource that is generated wherever people live. Treated greywater can be used for domestic cleaning, for flushing toilets where appropriate, for washing cars, sometimes for watering kitchen gardens, and for clothes washing prior to rinsing. Therefore, a large theoretical potential exists to increase total water resource availability if greywater were to be widely reused. Locally treated greywater reduces the distribution network requirement, lower construction effort and cost and, wherever possible, minimising the associated carbon footprint. Such locally treated greywater offers significant practical opportunities for increasing the total available water resources at a local level. The reuse of treated greywater is one important action that will help to mitigate the reducing availability of clean water supplies in some areas, and the expected mitigation required in future aligns well with WHO/UNICEF (2012) aspirations. The evaluation of potential opportunities for prioritising greywater systems to support water reuse takes into account the availability of water resources, water use indicators and published estimates in order to understand typical patterns of water demand. The approach supports knowledge acquisition regarding local conditions for enabling capacity building for greywater reuse, the understanding of systems that are most likely to encourage greywater reuse, and practices and future actions to stimulate greywater infrastructure planning, design and implementation. Although reuse might be considered to increase the uncertainty of achieving a specified quality of the water supply, robust methods and technologies are available for local treatment. Resource strategies for greywater reuse have the potential to consistently improve water efficiency and availability in water impoverished and water stressed regions of Ghana and West Africa. Untreated greywater is referred to as “greywater”; treated greywater is referred to as “treated greywater” in this paper.

Analysis and clustering of residential customers energy behavioral demand using smart meter data

Clustering methods are increasingly being applied to residential smart meter data, providing a number of important opportunities for distribution network operators (DNOs) to manage and plan the low voltage networks. Clustering has a number of potential advantages for DNOs including, identifying suitable candidates for demand response and improving energy profile modelling. However, due to the high stochasticity and irregularity of household level demand, detailed analytics are required to define appropriate attributes to cluster. In this paper we present in-depth analysis of customer smart meter data to better understand peak demand and major sources of variability in their behaviour. We find four key time periods in which the data should be analysed and use this to form relevant attributes for our clustering. We present a finite mixture model based clustering where we discover 10 distinct behaviour groups describing customers based on their demand and their variability. Finally, using an existing bootstrapping technique we show that the clustering is reliable. To the authors knowledge this is the first time in the power systems literature that the sample robustness of the clustering has been tested.