884 resultados para Energy resources
Resumo:
As one of the most successfully commercialized distributed energy resources, the long-term effects of microturbines (MTs) on the distribution network has not been fully investigated due to the complex thermo-fluid-mechanical energy conversion processes. This is further complicated by the fact that the parameter and internal data of MTs are not always available to the electric utility, due to different ownerships and confidentiality concerns. To address this issue, a general modeling approach for MTs is proposed in this paper, which allows for the long-term simulation of the distribution network with multiple MTs. First, the feasibility of deriving a simplified MT model for long-term dynamic analysis of the distribution network is discussed, based on the physical understanding of dynamic processes that occurred within MTs. Then a three-stage identification method is developed in order to obtain a piecewise MT model and predict electro-mechanical system behaviors with saturation. Next, assisted with the electric power flow calculation tool, a fast simulation methodology is proposed to evaluate the long-term impact of multiple MTs on the distribution network. Finally, the model is verified by using Capstone C30 microturbine experiments, and further applied to the dynamic simulation of a modified IEEE 37-node test feeder with promising results.
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Microturbines are among the most successfully commercialized distributed energy resources, especially when they are used for combined heat and power generation. However, the interrelated thermal and electrical system dynamic behaviors have not been fully investigated. This is technically challenging due to the complex thermo-fluid-mechanical energy conversion processes which introduce multiple time-scale dynamics and strong nonlinearity into the analysis. To tackle this problem, this paper proposes a simplified model which can predict the coupled thermal and electric output dynamics of microturbines. Considering the time-scale difference of various dynamic processes occuring within microturbines, the electromechanical subsystem is treated as a fast quasi-linear process while the thermo-mechanical subsystem is treated as a slow process with high nonlinearity. A three-stage subspace identification method is utilized to capture the dominant dynamics and predict the electric power output. For the thermo-mechanical process, a radial basis function model trained by the particle swarm optimization method is employed to handle the strong nonlinear characteristics. Experimental tests on a Capstone C30 microturbine show that the proposed modeling method can well capture the system dynamics and produce a good prediction of the coupled thermal and electric outputs in various operating modes.
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Face à la diminution des ressources énergétiques et à l’augmentation de la pollution des énergies fossiles, de très nombreuses recherches sont actuellement menées pour produire de l’énergie propre et durable et pour réduire l’utilisation des sources d’énergies fossiles caractérisées par leur production intrinsèque des gaz à effet de serre. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une technologie qui prend de plus en plus d’ampleur pour produire l’énergie qui s’inscrit dans un contexte de développement durable. La PEMFC est un dispositif électrochimique qui fonctionne selon le principe inverse de l’électrolyse de l’eau. Elle convertit l’énergie de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène (ou l’air) en puissance électrique, chaleur et eau; son seul rejet dans l’atmosphère est de la vapeur d’eau. Une pile de type PEMFC est constituée d’un empilement Électrode-Membrane-Électrode (EME) où la membrane consiste en un électrolyte polymère solide séparant les deux électrodes (l’anode et la cathode). Cet ensemble est intégré entre deux plaques bipolaires (BP) qui permettent de collecter le courant électrique et de distribuer les gaz grâce à des chemins de circulation gravés sur chacune de ses deux faces. La plupart des recherches focalisent sur la PEMFC afin d’améliorer ses performances électriques et sa durabilité et aussi de réduire son coût de production. Ces recherches portent sur le développement et la caractérisation des divers éléments de ce type de pile; y compris les éléments les plus coûteux et les plus massifs, tels que les plaques bipolaires. La conception de ces plaques doit tenir compte de plusieurs paramètres : elles doivent posséder une bonne perméabilité aux gaz et doivent combiner les propriétés de résistance mécanique, de stabilité chimique et thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée. Elles doivent aussi permettre d’évacuer adéquatement la chaleur générée dans le cœur de la cellule. Les plaques bipolaires métalliques sont pénalisées par leur faible résistance à la corrosion et celles en graphite sont fragiles et leur coût de fabrication est élevé (dû aux phases d’usinage des canaux de cheminement des gaz). C’est pourquoi de nombreuses recherches sont orientées vers le développement d’un nouveau concept de plaques bipolaires. La voie la plus prometteuse est de remplacer les matériaux métalliques et le graphite par des composites à matrice polymère. Les plaques bipolaires composites apparaissent attrayantes en raison de leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût de production mais nécessitent une amélioration de leurs propriétés électriques et mécaniques, d’où l’objectif principal de cette thèse dans laquelle on propose: i) un matériau nanocomposite développé par extrusion bi-vis qui est à base de polymères chargés d’additifs solides conducteurs, incluant des nanotubes de carbone. ii) fabriquer un prototype de plaque bipolaire à partir de ces matériaux en utilisant le procédé de compression à chaud avec un refroidissement contrôlé. Dans ce projet, deux polymères thermoplastiques ont été utilisés, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les charges électriquement conductrices sélectionnées sont: le noir de carbone, le graphite et les nanotubes de carbones. La combinaison de ces charges conductrices a été aussi étudiée visant à obtenir des formulations optimisées. La conductivité électrique à travers l’épaisseur des échantillons développés ainsi que leurs propriétés mécaniques ont été soigneusement caractérisées. Les résultats ont montré que non seulement la combinaison entre les charges conductrices influence les propriétés électriques et mécaniques des prototypes développés, mais aussi la distribution de ces charges (qui de son côté dépend de leur nature, leur taille et leurs propriétés de surface), avait aidé à améliorer les propriétés visées. Il a été observé que le traitement de surface des nanotubes de carbone avait aidé à l’amélioration de la conductivité électrique et la résistance mécanique des prototypes. Le taux de cristallinité généré durant le procédé de moulage par compression des prototypes de plaques bipolaires ainsi que la cinétique de cristallisation jouent un rôle important pour l’optimisation des propriétés électriques et mécaniques visées.
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Nos dias de hoje a sociedade exige níveis qualitativos de vida cada vez mais elevados, o que torna prioritária a conceção de sistemas eficientes, não poluidores, económicos e diversificados que permitam uma gestão integrada e racionalizada de recursos tão escasso como é o da água e da energia. Em sistemas de abastecimento de água, o uso de válvulas redutoras de pressão (VRP) visa a uniformização e controlo de pressões, promovendo uma perda de carga localizada que dissipa a energia hidráulica presente através da redução dos valores de pressão a jusante. Estas são fundamentais no controlo e redução de pressão. A utilização de microturbinas é uma alternativa sustentável para o controle de pressão e, simultaneamente, para a produção de energia elétrica. Trata-se de um método de mitigação para controlar as perdas referidas convergindo no âmbito da eficiência energética. Na perspetiva de promover um aproveitamento de energia nas redes de abastecimento de água, o presente trabalho sugere a substituição de válvulas redutoras de pressão (VRP) por microturbinas. Desse modo, apresenta-se um método automático de seleção de (i) local para implementação e (ii) projeto de microturbinas para sistemas de abastecimento de água. Para a modelação do funcionamento dos sistemas hidráulicos recorre-se ao simulador hidráulico EPANET. Esta ferramenta possibilita avaliação de caudais e pressões em todos os pontos da rede durante um determinado intervalo de tempo. A metodologia desenvolvida permite selecionar o local ideal no sistema hidráulico através de uma análise de cada secção conduta-nó escolhendo-se a melhor opção baseada na produção de energia. Depois da localização procede-se à seleção do tipo de turbina (Kaplan, Francis, Pelton e Cross-flow) que vai depender das características do sistema hidráulico. Na etapa seguinte apresenta-se os resultados obtidos pela turbina nomeadamente a produção de energia elétrica anual, o investimento necessário, o tempo de retorno e a rentabilização ao final de um período de 25 anos. Na última etapa da metodologia, de forma avaliar o comportamento do sistema final, realiza-se uma nova simulação da rede mas tendo em conta a introdução da microturbina no local. Apresentam-se alguns casos de estudo que validam a ferramenta desenvolvida. A metodologia desenvolvida é comparada com um caso de estudo real. Em ambos os exemplos simulados a metodologia aplicada permite obter soluções com ganhos energéticos significativos associados ao sistema. Apenas num dos exemplos se observaram que a implementação da microturbina no sistema hidráulico não seria economicamente rentável.
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The publication draws up a balance sheet about the natural marine assets of New Caledonia by distinguishing the coast and the intertidal zones, the coral reefs and lagoons, the open sea or "deep blue". A set of assets relative to the living and mineral natural resources, to the characteristics of the shallow and deep marine biodiversity, to the potential marine energy resources are discussed. This publication, edited in a Consumer directed free magazine, draws up a set of perspectives relative to a blue economy to be built in a country still very centred on its ground resources, essentially the nickel mining industry.
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Durante os últimos anos, a procura mundial de recursos energéticos renováveis tem sofrido um grande aumento. Neste grupo insere-se a biomassa, cuja conversão termoquímica, principalmente através de tecnologias de combustão e gasificação, é utilizada para a produção de energia térmica e elétrica. No processo de gasificação de biomassa é possível obter um combustível gasoso secundário com variadas aplicações, podendo inclusive servir como substituto do gás natural. No entanto, ao contrário da combustão, esta tecnologia aplicada à biomassa ainda está em fase de demonstração a nível industrial, apresentando algumas limitações em alguns aspetos tecnológicos, entre os quais a qualidade do gás produzido. Neste contexto, e com o objetivo de contribuir para o conhecimento da aplicabilidade desta tecnologia, surge o presente trabalho, onde a caracterização e definição das condições de operação de um gasificador de biomassa, bem como a caracterização do gás produzido foram objeto de estudo. Foi realizado um conjunto de experiências de gasificação direta, num reator de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, com dois tipos de biomassa tipicamente encontrados em Portugal, e para diferentes condições de operação do gasificador, nomeadamente no que diz respeito à razão de equivalência. A biomassa utilizada consistiu em pellets comerciais de madeira e estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro (Pinus pinaster), e resultante de operações florestais em Portugal. Na gama de temperatura do leito aplicada, tipicamente entre 800ºC e 875ºC, o reator funcionou em condições auto térmicas, isto é, sem a necessidade de recorrer a uma fonte de calor auxiliar externa. Em relação à composição do gás seco durante o processo de gasificação, os gases presentes em maior percentagem (em volume), para as experiências com ambos os tipos de biomassa, são o CO2 e o CO, com o primeiro a registar valores médios entre os 13.4% e os 16%, e o segundo entre 11.3% e 16.3%. Por ordem decrescente de concentração encontra-se o H2, na gama de 5.8% a 12.7%, o CH4 com valores médios entre 2.8% e 4.5%, e o C2H4 com concentrações médias entre 1.0% e 2.2%. Importa referir ainda a ausência de O2 no gás produzido. Verificou-se na concentração de H2, a principal diferença na composição do gás seco relativamente à gasificação dos dois combustíveis utilizados, com valores de concentração inferiores durante a operação com estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro. Nas várias experiências realizadas, e para as condições operatórias utilizadas, observou-se que a razão de equivalência (RE) exerce um efeito significativo na composição do gás, verificando-se, genericamente, que com o aumento da RE a concentração de gases combustíveis diminui. Os valores de Poder Calorífico Inferior (PCI) obtidos para o gás seco produzido encontram-se na gama 3.4-5.6 MJ/Nm3, sendo que os valores mais elevados foram registados no decorrer dos ensaios de gasificação com pellets de madeira. Para ambos os combustíveis, o PCI do gás seco diminui com o aumento da RE.
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The linked concepts of 'microbial loop' and 'protozoan trophic link' have been very well documented in filter-feeding microzooplankton such as copepods, but have not been applied to energy transfer to benthic suspension-feeding macrofauna, with the exception of the recent demonstration of heterotrophic flagellate assimilation by mussels. The oyster Crassostrea gigas obtains energy resources by filtering microalgae (similar to 5 to 100 mu m). However, in turbid estuaries, light-limited phytoplanktonic production cannot entirely account for oyster energy requirements. Conversely, picoplankters (<2 mu m), which are main effecters of coastal energy flow and matter cycling, are not efficiently retained by oyster filtration. Ciliate protozoal as both micro-sized cells (similar to 5 to 100 run) and bacteria grazers, may represent a major intermediary in trophic transfer between picoplankton and metazoa. The ciliate Uronema was intensely cultured and labelled, using the cyanobacteria Synechococcus as an auto-fluorescent biomarker. The labelled ciliates were offered as potential prey to oysters. We report here the first experimental evidence of a significant retention and ingestion of ciliates by oysters, supporting the role of protozoa as a realistic trophic link between picoplankters and filter-feeding bivalves and thus enhancing their potential importance in estuarine microbial food webs.
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The French research EMACOP project aims at characterising wave power nearby onshore structures. This paper presents the application of the non-hydrostatic wave-flow model SWASH to wave propagation and transformation on two hot spots in Brittany. The numerical simulations were performed for dominant wave conditions and three tide levels. The results of wave simulations allow us to characterise wave energy resources and define Wave Energy Converters (WEC)'s promising positions on both sites.
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El sector eléctrico está experimentando cambios importantes tanto a nivel de gestión como a nivel de mercado. Una de las claves que están acelerando este cambio es la penetración cada vez mayor de los Sistemas de Generación Distribuida (DER), que están dando un mayor protagonismo al usuario a la hora de plantear la gestión del sistema eléctrico. La complejidad del escenario que se prevé en un futuro próximo, exige que los equipos de la red tenga la capacidad de interactuar en un sistema mucho más dinámico que en el presente, donde la interfaz de conexión deberá estar dotada de la inteligencia necesaria y capacidad de comunicación para que todo el sistema pueda ser gestionado en su conjunto de manera eficaz. En la actualidad estamos siendo testigos de la transición desde el modelo de sistema eléctrico tradicional hacia un nuevo sistema, activo e inteligente, que se conoce como Smart Grid. En esta tesis se presenta el estudio de un Dispositivo Electrónico Inteligente (IED) orientado a aportar soluciones para las necesidades que la evolución del sistema eléctrico requiere, que sea capaz de integrase en el equipamiento actual y futuro de la red, aportando funcionalidades y por tanto valor añadido a estos sistemas. Para situar las necesidades de estos IED se ha llevado a cabo un amplio estudio de antecedentes, comenzando por analizar la evolución histórica de estos sistemas, las características de la interconexión eléctrica que han de controlar, las diversas funciones y soluciones que deben aportar, llegando finalmente a una revisión del estado del arte actual. Dentro de estos antecedentes, también se lleva a cabo una revisión normativa, a nivel internacional y nacional, necesaria para situarse desde el punto de vista de los distintos requerimientos que deben cumplir estos dispositivos. A continuación se exponen las especificaciones y consideraciones necesarias para su diseño, así como su arquitectura multifuncional. En este punto del trabajo, se proponen algunos enfoques originales en el diseño, relacionados con la arquitectura del IED y cómo deben sincronizarse los datos, dependiendo de la naturaleza de los eventos y las distintas funcionalidades. El desarrollo del sistema continua con el diseño de los diferentes subsistemas que lo componen, donde se presentan algunos algoritmos novedosos, como el enfoque del sistema anti-islanding con detección múltiple ponderada. Diseñada la arquitectura y funciones del IED, se expone el desarrollo de un prototipo basado en una plataforma hardware. Para ello se analizan los requisitos necesarios que debe tener, y se justifica la elección de una plataforma embebida de altas prestaciones que incluye un procesador y una FPGA. El prototipo desarrollado se somete a un protocolo de pruebas de Clase A, según las normas IEC 61000-4-30 e IEC 62586-2, para comprobar la monitorización de parámetros. También se presentan diversas pruebas en las que se han estimado los retardos implicados en los algoritmos relacionados con las protecciones. Finalmente se comenta un escenario de prueba real, dentro del contexto de un proyecto del Plan Nacional de Investigación, donde este prototipo ha sido integrado en un inversor dotándole de la inteligencia necesaria para un futuro contexto Smart Grid.
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Dissertação de mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2011
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Two key solutions to reduce the greenhouse gas emissions and increase the overall energy efficiency are to maximize the utilization of renewable energy resources (RERs) to generate energy for load consumption and to shift to low or zero emission plug-in electric vehicles (PEVs) for transportation. The present U.S. aging and overburdened power grid infrastructure is under a tremendous pressure to handle the issues involved in penetration of RERS and PEVs. The future power grid should be designed with for the effective utilization of distributed RERs and distributed generations to intelligently respond to varying customer demand including PEVs with high level of security, stability and reliability. This dissertation develops and verifies such a hybrid AC-DC power system. The system will operate in a distributed manner incorporating multiple components in both AC and DC styles and work in both grid-connected and islanding modes. ^ The verification was performed on a laboratory-based hybrid AC-DC power system testbed as hardware/software platform. In this system, RERs emulators together with their maximum power point tracking technology and power electronics converters were designed to test different energy harvesting algorithms. The Energy storage devices including lithium-ion batteries and ultra-capacitors were used to optimize the performance of the hybrid power system. A lithium-ion battery smart energy management system with thermal and state of charge self-balancing was proposed to protect the energy storage system. A grid connected DC PEVs parking garage emulator, with five lithium-ion batteries was also designed with the smart charging functions that can emulate the future vehicle-to-grid (V2G), vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-house (V2H) services. This includes grid voltage and frequency regulations, spinning reserves, micro grid islanding detection and energy resource support. ^ The results show successful integration of the developed techniques for control and energy management of future hybrid AC-DC power systems with high penetration of RERs and PEVs.^
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Power system policies are broadly on track to escalate the use of renewable energy resources in electric power generation. Integration of dispersed generation to the utility network not only intensifies the benefits of renewable generation but also introduces further advantages such as power quality enhancement and freedom of power generation for the consumers. However, issues arise from the integration of distributed generators to the existing utility grid are as significant as its benefits. The issues are aggravated as the number of grid-connected distributed generators increases. Therefore, power quality demands become stricter to ensure a safe and proper advancement towards the emerging smart grid. In this regard, system protection is the area that is highly affected as the grid-connected distributed generation share in electricity generation increases. Islanding detection, amongst all protection issues, is the most important concern for a power system with high penetration of distributed sources. Islanding occurs when a portion of the distribution network which includes one or more distributed generation units and local loads is disconnected from the remaining portion of the grid. Upon formation of a power island, it remains energized due to the presence of one or more distributed sources. This thesis introduces a new islanding detection technique based on an enhanced multi-layer scheme that shows superior performance over the existing techniques. It provides improved solutions for safety and protection of power systems and distributed sources that are capable of operating in grid-connected mode. The proposed active method offers negligible non-detection zone. It is applicable to micro-grids with a number of distributed generation sources without sacrificing the dynamic response of the system. In addition, the information obtained from the proposed scheme allows for smooth transition to stand-alone operation if required. The proposed technique paves the path towards a comprehensive protection solution for future power networks. The proposed method is converter-resident and all power conversion systems that are operating based on power electronics converters can benefit from this method. The theoretical analysis is presented, and extensive simulation results confirm the validity of the analytical work.
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The Department of Natural Resources’ mission of “Leading Iowans in caring for our natural resources” provides the framework within which the Iowa State Park Recycling Research Study was conducted. Recycling at home and in places of business is becoming common for most Iowans but recycling is not available in any form at most Iowa State Parks. The Iowa State Park Recycling Research Study was undertaken to determine the amount of solid waste generated, primarily by campground guests, and how much of this waste is locally recyclable. The study also looked at existing solid waste hauling contracts and the location of area recycling centers. Based on data collected, recommendations are made regarding the economic and operational viability of implementing recycling in the eight (8) state parks participating in the study.
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Tradicionalmente, la consolidación de la seguridad energética en Estados Unidos se ha mostrado como un asunto de seguridad nacional. En especial, la escasez de recursos energéticos ha sido vista como un problema existencial que requiere de medidas de emergencia en el marco de un proceso de securitización. Sin embargo, esta investigación surgiere que el tema ha sido mayoritariamente politizado a inicios del siglo XXI. Quizá este proceso de securitización tan solo fue implícitamente planteado con ocasión de la invasión a Irak en 2003, en la medida en que dicha intervención pudo haberse inspirado por la necesidad de derrocar a un régimen que había impedido el acceso estadounidense a recursos petroleros iraquíes. En este orden de ideas, la investigación analiza las políticas de seguridad energética de los gobiernos de George W. Bush y Barack H. Obama con el propósito de entender el grado en el que estas estuvieron vinculadas a sus respectivas agendas de seguridad nacional.
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Since black carbon concentrations are useful to reveal changes in anthropogenic activities, measurements taken from 2007 to 2015 in a Portuguese city are used to assess to which extent the ambient air was impacted by the economic crisis. The average black carbon concentrations are representative of an urban area of small size (1.3 ± 1.3 μg m−3). The highest concentrations are observed in the heating season, being biomass combustion one of the causes for the high values. The daily cycle of black carbon concentrations presents both morning and evening peaks, mainly due to road traffic and, in the heating season, to domestic heating as well. The yearly averaged black carbon mass concentrations decreased 33 % from 2007 to 2015, possibly due to a combination of the economic recession and environmental legislation. The reduction in road traffic led to a decrease in the daily morning peak from 2007 to 2015. This reduction was not followed by a decrease in the evening peak, explained by an increase in biomass burning. Biomass is the cheapest heating fuel in Portugal, and its consumption increased in the aftermath of the economic crisis. The use of bioenergy is an alternative to fossil fuels and presents many advantages. However, energy policies should discourage inefficient biomass burning and promote better ways of exploiting the available energy resources and emission air pollution mitigation strategies.