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.

Effect of shear rupture on aggregate scale formation in sea ice

A discrete element model is used to study shear rupture of sea ice under convergent wind stresses. The model includes compressive, tensile, and shear rupture of viscous elastic joints connecting floes that move under the action of the wind stresses. The adopted shear rupture is governed by Coulomb’s criterion. The ice pack is a 400 km long square domain consisting of 4 km size floes. In the standard case with tensile strength 10 times smaller than the compressive strength, under uniaxial compression the failure regime is mainly shear rupture with the most probable scenario corresponding to that with the minimum failure work. The orientation of cracks delineating formed aggregates is bimodal with the peaks around the angles given by the wing crack theory determining diamond-shaped blocks. The ice block (floe aggregate) size decreases as the wind stress gradient increases since the elastic strain energy grows faster leading to a higher speed of crack propagation. As the tensile strength grows, shear rupture becomes harder to attain and compressive failure becomes equally important leading to elongation of blocks perpendicular to the compression direction and the blocks grow larger. In the standard case, as the wind stress confinement ratio increases the failure mode changes at a confinement ratio within 0.2–0.4, which corresponds to the analytical critical confinement ratio of 0.32. Below this value, the cracks are bimodal delineating diamond shape aggregates, while above this value failure becomes isotropic and is determined by small-scale stress anomalies due to irregularities in floe shape.

Global to city scale urban anthropogenic heat flux: model and variability

The large scale urban consumption of energy (LUCY) model simulates all components of anthropogenic heat flux (QF) from the global to individual city scale at 2.5 × 2.5 arc-minute resolution. This includes a database of different working patterns and public holidays, vehicle use and energy consumption in each country. The databases can be edited to include specific diurnal and seasonal vehicle and energy consumption patterns, local holidays and flows of people within a city. If better information about individual cities is available within this (open-source) database, then the accuracy of this model can only improve, to provide the community data from global-scale climate modelling or the individual city scale in the future. The results show that QF varied widely through the year, through the day, between countries and urban areas. An assessment of the heat emissions estimated revealed that they are reasonably close to those produced by a global model and a number of small-scale city models, so results from LUCY can be used with a degree of confidence. From LUCY, the global mean urban QF has a diurnal range of 0.7–3.6 W m−2, and is greater on weekdays than weekends. The heat release from building is the largest contributor (89–96%), to heat emissions globally. Differences between months are greatest in the middle of the day (up to 1 W m−2 at 1 pm). December to February, the coldest months in the Northern Hemisphere, have the highest heat emissions. July and August are at the higher end. The least QF is emitted in May. The highest individual grid cell heat fluxes in urban areas were located in New York (577), Paris (261.5), Tokyo (178), San Francisco (173.6), Vancouver (119) and London (106.7). Copyright © 2010 Royal Meteorological Society

A thermoporometry and small-angle x-ray scattering study of wet silica sonogels as the pore volume fraction is varied

Silica sonogels with different porosities were prepared by acid sono-hydrolysis of tetraethoxysilane. Wet sonogels were studied using small-angle x-ray scattering (SAXS) and differential scanning calorimetry (DSC). The DSC shows a broad thermal peak below the normal water melting point associated with the melting of confined ice nanocrystals, or nanoporosity. The nanopore size distribution was determined from the Gibbs-Thomson equation. As the porosity is increased, a second sharp DSC thermal peak with onset temperature at the water melting point is apparent, which was associated with the melting of ice macrocrystals, or macroporosity. The DSC result could be causing misinterpretation of the macroporosity because water may not be exactly confined in very feeble silica network regions in sonogels with high porosity. The structure of the wet gels can be described fairly well as mutually self-similar mass fractal structures with characteristic length. increasing from similar to 1.8 to similar to 5.4 nm and mass fractal dimension D diminishing discretely from similar to 2.6 to similar to 2.3 as the porosity increases in the range studied. More specifically, such a structure could be described using a two-parameter correlation function gamma(r) similar to r(D-3) exp(-r/xi), which is limited at larger scale by the cut-off distance xi but without a well-defined small scale cut-off distance, at least up to the maximum angular domain probed using SAXS in the present study.

Metodologia experimental para avaliação de custos de produção e utilização de biodiesel: estudo de caso de quatro ésteres metílicos e óleo diesel comercial

Considerando que o Brasil detém uma vasta gama de matérias-primas para produção de biodiesel, e também que há a possibilidade de produção em pequena escala, prima-se por estudos de cunho econômico a partir de metodologias de fácil execução. O objetivo do trabalho foi demonstrar uma metodologia e sua aplicação para avaliação dos custos inseridos dentro do processo produtivo e de utilização do biodiesel. A metodologia foi aplicada a biodieseis originários de óleo de soja, girassol, frango e sebo bovino, dos quais se avaliaram economicamente os custos fixos e variáveis para conversão química dos óleos e gorduras em ésteres metílicos, em uma planta de produção experimental. Os custos de produção para cada uma das quatro citadas são distintos em função do valor inicial por litro de cada uma. Também fora avaliado o custo específico e o consumo específico de cada um dos biodieseis, a fim de determinar a diferença em relação ao óleo diesel comercial. No estudo de caso, os resultados mostraram vantagens para o óleo diesel, tanto no custo quanto no consumo. Comparando-se os biodieseis, o de sebo bovino apresentou-se com o menor custo de produção e o menor consumo.

Training and the small enterprises of Latin America

Includes bibliography

Problema integrado de dimensionamento de lotes e corte de estoque na indústria moveleira

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo químico e biológico de fungos endofíticos isolados das folhas de Styrax camporum Pohl (Styracaceace)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Projeto e avaliação experimental de uma estratégia baseada em análise intervalar aplicada ao projeto de estabilizador de sistemas de potência robusto implementado em um sistema de geração de 10KVA

Neste trabalho, são apresentados a metodologia de projeto e resultados de testes experimentais de um estabilizador de sistema de potência (ESP), implementado em um sistema de geração em escala reduzida de 10 kVA, localizado no Laboratório de Controle e Sistema de Potência (LACSPOT) da Universidade Federal do Pará (UFPA). O projeto do ESP é baseado em uma estratégia de controle robusto com ênfase em incertezas paramétricas estruturadas, as quais são tratadas com ferramentas da teoria de análise intervalar. Estas incertezas são decorrentes de mudanças do ponto de operação do sistema, que provocam variações nos parâmetros de um modelo matemático linearizado referente ao comportamento dinâmico do sistema elétrico de potência no referido ponto de operação. Para o projeto do ESP robusto intervalar, são realizados uma serie de ensaios experimentais com o propósito de estimar os parâmetros de modelos linearizados da planta, representando satisfatoriamente a dinâmica dos modos poucos amortecidos do sistema de geração interligado. O método de identificação é baseado em técnica de identificação paramétrica, baseado em mínimos quadrados. A partir de um conjunto de dados de entrada e saída, para cada ponto de operação, um modelo linear, do tipo auto-regressivo com entrada exógenos (ARX), estimado para fim de uso do projeto do ESP. Por fim, uma série de testes experimentais é realizada no sistema de geração interligado a rede elétrica local, com o propósito de verificar a efetividade da técnica de controle robusto intervalar proposta para a sintonia do ESP. A partir da análise da função custo do sinal de erro de desvio de potência elétrica na saída do gerador síncrono e a função custo do sinal de controle do ESP comprova-se experimentalmente o bom desempenho obtido pela técnica de controle proposta em comparação com uma técnica de controle clássica.

Relações entre raios e chuvas na Amazônia Oriental

O objetivo desse estudo foi analisar a relação entre descargas elétricas, associadas à precipitação dentro de áreas selecionadas no leste da Amazônia no período de setembro de 2008 a dezembro de 2010. Os estudos foram realizados dentro de um raio de 100 km centralizados em pluviômetros instalados das localidades de Belém, Caxiuanã e Santarém. Essas áreas foram escolhidas por encontrarem-se aproximadamente na mesma latitude, e vão se distanciando do Oceano Atlântico, buscando observar a sazonalidade dos sistemas precipitantes causadores de raios e sua penetração no continente, observando as características climatológica distintas de cada área. Os dados de chuvas foram obtidos através do banco de dados da ANA, RPCH, INMET e através do Projeto LBA. Os sistemas meteorológicos de grande escala acompanhados de sistemas de escala menores, parecem atuar primeiramente em Belém e vão adentrando o continente atingindo as outras áreas de estudo. Em Belém, também foram observadas as maiores ocorrências de raios comparados com Caxiuanã e Santarém, sendo que nessas localidades, os raios antecedem as chuvas em quase todas as observações. Foram observadas as defasagens dos máximos de ocorrências de raios e chuvas de aproximadamente dois meses acompanhando principalmente o sentido norte sul de deslocamento da ZCIT e seu acoplamento com outros sistemas de escala local ou de meso escala. Foi feito um estudo de caso em Belém e Santarém onde observou-se que a ZCIT não segue o mesmo padrão de deslocamento para as duas localidades , ou seja, ela atinge primeiramente Belém e aproximadamente três dias depois o sistema atingiu a cidade de Santarém. Mesmo com essa defasagem de tempo foi visto que nas duas localidades as ocorrências de raios antecederam as chuvas. Também foi realizado um estudo pioneiro dentro das bacias do Tocantins e Xingu sobre a relação entre raios e chuva, na tentativa de se desenvolver uma alternativa de método auxiliar para prognostico dos períodos de cheias e secas dentro dessas bacias através das ocorrências de raios sobre essas áreas. Os estudos mais detalhados foram realizados nas áreas a montante das barragens de Tocantins onde se encontra a usina hidroelétrica de Tucuruí, e dentro da área da bacia do Xingu onde está sendo construída a barragem de Belo Monte. Foram utilizados dados de precipitação pluviométrica das bacias do Tocantins e Xingu obtidos através da HIDROWEB-ANA operados pela CPRM dentro de cada área de estudo. Usando filtros de médias móveis foram observados que as melhores correlações entre raios e chuvas, se encontravam dentro da bacia do Tocantins, provavelmente pela influencia da presença da barragem na bacia do Tocantins onde possibilitou respostas positivas entre a relação da cota do rio com os raios. Considerando o fato de que o período de dois anos de dados não possuem peso estatístico suficiente para estabelecer relações definitivas entre raios e precipitação, os resultados apresentados devem ser considerados como preliminares. No entanto essa metodologia pode ser aplicada para subsidiar modelos de estimativas de precipitação em localidades selecionadas e aplicações no modelamento hidrológico de bacias hidrográficas, onde dados pluviométricos ainda são escassos no leste da Amazônia.

Bioprospecção dos fungos endofíticos associados à espécie vegetal Eugenia jambolana e utilização de modificador epigenético no cultivo do fungo Lecythophora sp

Pós-graduação em Química - IQ

The contribution of multiple use forest management to small farmers' annual incomes in the Eastern Amazon

Small-scale farmers in the Brazilian Amazon collectively hold tenure over more than 12 million ha of permanent forest reserves, as required by the Forest Code. The trade-off between forest conservation and other land uses entails opportunity costs for them and for the country, which have not been sufficiently studied. We assessed the potential income generated by multiple use forest management for farmers and compared it to the income potentially derived from six other agricultural land uses. Income from the forest was from (i) logging, carried out by a logging company in partnership with farmers' associations; and (ii) harvesting the seeds of Carapa guianensis (local name andiroba) for the production of oil. We then compared the income generated by multiple-use forest management with the income from different types of agrarian systems. According to our calculations in this study, the mean annual economic benefits from multiple forest use are the same as the least productive agrarian system, but only 25% of the annual income generated by the most productive system. Although the income generated by logging may be considered low when calculated on an annual basis and compared to incomes generated by agriculture, the one-time payment after logging is significant (US$5,800 to US$33,508) and could be used to implement more intensive and productive cropping systems such as planting black pepper. The income from forest management could also be used to establish permanent fields in deforested areas for highly productive annual crops using conservation agriculture techniques. These techniques are alternatives to the traditional land use based on periodic clearing of the forest. Nevertheless, the shift in current practices towards adoption of more sustainable conservation agriculture techniques will also require the technical and legal support of the State to help small farmers apply these alternatives, which aim to integrate forest management in sustainable agricultural production systems.

Bioprospecção de fungos endofílicos Camarops sp., Periconia atropurpurea e Pseudofusicoccum stromaticum e avaliação epigenética de Phoma sp

Pós-graduação em Química - IQ

Estudo da produção metabólica de Saccharicola sp., um fungo endofítico de Eugenia jambolana Lam. (Myrtaceae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Microbial biomass and soil chemical properties under different land use systems in Northeastern Pará

O aumento da produção agrícola na Amazônia brasileira tem ocorrido devido, em grande parte, à expansão da fronteira agrícola, utilizando áreas já antropizadas ou avançando sobre a vegetação primária. Ao mesmo tempo, os sistemas agrícolas, na pequena produção, continuam utilizando o fogo no preparo da área, o que leva à perda da capacidade produtiva dos solos em curto espaço de tempo, forçando a abertura de novas áreas. Este trabalho avaliou o efeito de métodos de preparo do solo e tempo de pousio que envolvem queima e trituração da vegetação, com permanência na superfície ou incorporada ao solo, com ou sem adubação mineral, em duas épocas do ano sobre os atributos químicos e biológicos do solo. O experimento foi instalado em 1995 em um Latossolo Amarelo do campo experimental da Embrapa Amazônia Oriental, no nordeste do Estado do Pará. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, arranjados em esquema fatorial 2 x 6, sendo dois sistemas de manejo e seis tratamentos, estudados em duas épocas de coleta. Os sistemas de manejo envolveram as culturas de arroz (Oriza sativa), seguido de feijão-caupi (Vigna unguiculata) e mandioca (Manihot esculenta). Um sistema constou de dois ciclos de cultivo seguidos, deixando em pousio por três anos; e o outro, de um ciclo de cultivo, deixando em pousio por três anos. Os tratamentos foram: corte e queima da vegetação, com adubação NPK (Q+NPK); corte e queima da vegetação, sem adubação NPK (Q-NPK); corte e trituração da vegetação, deixando-a na superfície do solo, com adubação NPK (C+NPK); corte e trituração da vegetação, deixando-a na superfície do solo, sem adubação NPK (C-NPK); corte e trituração da vegetação, com incorporação e com adubação NPK (I+NPK); e corte e trituração da vegetação, com incorporação e sem adubação NPK (I-NPK). As coletas de solo foram realizadas na estação mais chuvosa (abril de 2006) e na menos chuvosa (setembro de 2006), na profundidade de 0,0-0,1 m. Em cada parcela, foram coletadas 10 amostras simples para compor uma amostra composta. O sistema de manejo mais intensivo apresentou maiores teores de C microbiano (Cmic) e N microbiano (Nmic), ao passo que o sistema menos intensivo mostrou maio teor de C orgânico. Os tratamentos que apresentaram maior teor de Cmic e Nmic foram aqueles em que houve corte, trituração e deposição da biomassa na superfície do solo. Os atributos químicos nos dois sistemas de manejo encontram-se em faixas que enquadram os solos como de baixa fertilidade; no entanto, P e K (no período chuvoso) foram mais elevados no sistema de manejo menos intensivo.