Análise do regime de produção distribuída fotovoltaica para autoconsumo

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

A MICROGERAÇÃO FOTOVOLTAICA NO FUTURO DO AUTOCONSUMO

De acordo com proposta de 23 de Janeiro de 2008, relativa aos esforços a realizar pelos Estados-Membros da CE, o Conselho Europeu fixou dois objectivos principais ”reduzir, até 2020, as emissões de gases com efeito de estufa em pelo menos 20%” e “elevar para 20% a parte das energias renováveis no consumo energético da UE até 2020”. Enquadrando estes objectivos na actual legislação Portuguesa para as energias renováveis, em particular para as Unidades de Produção para Autoconsumo (UPAC) e considerando a energia solar que temos disponível ser completamente gratuita, resulta no objetivo deste trabalho, que se propõem contribuir para atualizar, consciencializar e reforçar o compromisso que temos para atingir estas metas assim como assegurar o futuro do nosso Planeta. Estes objectivos traçados pelo Conselho Europeu e legislado pelo governo Português, originou uma elevada procura por licenças de exploração de microprodução, devido às elevadas tarifas de incentivo para venda de eletricidade e o rápido retorno do capital investido. Neste contexto e nomeadamente com a tecnologia solar fotovoltaica, as consecutivas alterações na legislação desta matéria, foram convergindo para o seu autoconsumo através de novas soluções de produção de energia descentralizada e de inovação tecnológica, permitindo ainda a existência de ligação à rede elétrica de serviço público (RESP). Apesar da anterior legislação de Microprodução estabelecida e atualizada pelo Decreto-Lei n.º 363/2007, de 2 de Novembro [1], alterado pelo Decreto-Lei n.º 118-A/2010, de 25 de Outubro, [2] e pelo Decreto-Lei n.º 25/2013, de 19 de Fevereiro, [3] referir que o distribuidor era obrigado a comprar toda a energia produzida pelo consumidor, com o atual regime, a pequena produção passa a beneficiar de um enquadramento legal único, de acordo com o Decreto-Lei n.º 153/2014 de 20 de outubro, em que incentiva o autoconsumo da energia necessária para o seu consumo diário, sendo a restante não utilizada, possível de ser injetada na rede eléctrica (RESP).

Análise económica e financeira da reabilitação na construção

O setor da construção tem evoluído ao longo dos anos, quer em termos de processos construtivos, quer em termos de materiais aplicados, tendo sempre em conta a relação custo/prazo/qualidade. Atualmente existe uma grande quantidade de edifícios cujo tempo de vida útil está a chegar ao fim e cujas estruturas e materiais se vêm a degradar progressivamente. É então necessário proceder à sua demolição e posterior construção de uma edificação nova ou então recorrer a processos de reabilitação, que visam conservar o património arquitetónico e procurar corresponder às solicitações e exigências regulamentares requeridas. Isto leva a outro ponto, que é a análise do investimento e a verificação da rentabilidade do projeto. A presente dissertação, inserida no Mestrado em Conservação e Reabilitação do Edificado, tem como objetivos fazer uma análise económica e financeira a vários edifícios intervencionados, verificando a viabilidade do projeto e determinando o período de retorno do investimento. O caso de estudo é um conjunto de quatro edifícios de custos controlados que foram reabilitados pelo exterior com o objetivo de melhorar o comportamento térmico, bem como as condições interiores das habitações, a nível de instalações e acústica. Por sua vez, os objetivos da presente dissertação incidem especificamente no isolamento térmico dos edifícios, na substituição das caixilharias e das janelas, das caixas de estore e dos estores. Foram realizadas medições de temperatura e humidade relativa antes, durante e após a reabilitação, através de um aparelho medidor Hygropalm, da Rotronic. Foram também registados os consumos energéticos (eletricidade, água e gás) antes e após a reabilitação. Posteriormente procedeu-se à análise e comparação de resultados em termos de custos para os moradores, bem como a análise de investimento para o dono dos edifícios. Foram também registadas as rendas que os moradores poderão pagar, estando divididas em três tipos: renda mínima, renda média e renda máxima e depois procedeu-se a uma análise financeira para cada uma delas. Considerando o investimento feito na reabilitação e analisando quatro cenários diferentes e sua receita respectiva (lucros expectáveis), sendo a receita correspondente à poupança energética e a cada tipo de renda, verificou-se que o investimento tinha retorno passados muitos anos.

Projeto na área do turismo

A implementação do projeto vai ter como base um estudo de viabilidade para seis anos, período que é necessário para considerar os condicionalismos económico-financeiros, para que a empresa se possa tornar conhecida e consolidar a sua posição no mercado. Passado este período, será necessário fazer uma nova análise da situação do mercado alvo, atender às novas tendências, bem como às novas necessidades para o turismo rural, através da criação de novas ofertas. Os custos variáveis operacionais incluídos no estudo de viabilidade resumem-se aos alimentos para o pequeno-almoço e fornecimento de serviços externos pouco significativos (eletricidade, combustível, seguros, produtos de limpeza), face a esta estrutura diminuta de custos variáveis o projeto apresenta nos anos de estudo, entre 2016 a 2021 uma margem bruta de contribuição positiva. O projeto terá uma duração de seis anos e apresenta um VAL de 16 008€, o que mostra que o projeto tem viabilidade económico-financeira.

Impostos Especiais Sobre o Consumo: A Exrtrafiscalidade e a Saúde

Os Impostos Especiais sobre o Consumo, além da sua componente primordial e tradicional, enquanto fonte de receita, revestem-se de uma vertente extrafiscal, que visa condicionar o consumo dos bens sobre os quais incidem, por estes terem efeitos nocivos para a saúde e para o ambiente, através da fiscalidade. A apresentação deste trabalho, numa perspetiva extrafiscal, pretende determinar a interação entre a variação das taxas de imposto, as receitas geradas, o consumo e as doenças e inconvenientes associados aos consumos dos bens em causa. Em termos práticos, a avaliação elaborada incide sobre os impostos especiais sobre o consumo, harmonizados, em vigor em Portugal, com a exceção do imposto sobre a eletricidade, pela sua recente aplicação. O período temporal de referência, considerado para o efeito, é desde a publicação do D.L. 566/99 de 22 de Dezembro, com vigência em 01/01/2000, até 31/12/2010, sendo um dos objetivos desta tese realizar um balanço da aplicação dos primeiros 10 anos dos impostos especiais sobre o consumo, harmonizados e depois em que medida é que as variações nos impostos tiveram impacto na saúde.

International capital and new frontiers of biofuel production in brazilian midwest

v. 18, n.1, jan./mar. 2016.

Energy systems analysis of transboundary river basins in a nexus approach: the Sava river basin study case

Resource management policies are frequently designed and planned to target specific needs of particular sectors, without taking into account the interests of other sectors who share the same resources. In a climate of resource depletion, population growth, increase in energy demand and climate change awareness, it is of great importance to promote the assessment of intersectoral linkages and, by doing so, understand their effects and implications. This need is further augmented when common use of resources might not be solely relevant at national level, but also when the distribution of resources ranges over different nations. This dissertation focuses on the study of the energy systems of five south eastern European countries, which share the Sava River Basin, using a water-food(agriculture)-energy nexus approach. In the case of the electricity generation sector, the use of water is essential for the integrity of the energy systems, as the electricity production in the riparian countries relies on two major technologies dependent on water resources: hydro and thermal power plants. For example, in 2012, an average of 37% of the electricity production in the SRB countries was generated by hydropower and 61% in thermal power plants. Focusing on the SRB, in terms of existing installed capacities, the basin accommodates close to a tenth of all hydropower capacity while providing water for cooling to 42% of the net capacity of thermal power currently in operation in the basin. This energy-oriented nexus study explores the dependency on the basin’s water resources of the energy systems in the region for the period between 2015 and 2030. To do so, a multi-country electricity model was developed to provide a quantification ground to the analysis, using the open-source software modelling tool OSeMOSYS. Three main areas are subject to analysis: first, the impact of energy efficiency and renewable energy strategies in the electricity generation mix; secondly, the potential impacts of climate change under a moderate climate change projection scenario; and finally, deriving from the latter point, the cumulative impact of an increase in water demand in the agriculture sector, for irrigation. Additionally, electricity trade dynamics are compared across the different scenarios under scrutiny, as an effort to investigate the implications of the aforementioned factors in the electricity markets in the region.

Exergetic, energetic, economic and environmental evaluation of concentrated solar power plants in Libya

The PhD project addresses the potential of using concentrating solar power (CSP) plants as a viable alternative energy producing system in Libya. Exergetic, energetic, economic and environmental analyses are carried out for a particular type of CSP plants. The study, although it aims a particular type of CSP plant – 50 MW parabolic trough-CSP plant, it is sufficiently general to be applied to other configurations. The novelty of the study, in addition to modeling and analyzing the selected configuration, lies in the use of a state-of-the-art exergetic analysis combined with the Life Cycle Assessment (LCA). The modeling and simulation of the plant is carried out in chapter three and they are conducted into two parts, namely: power cycle and solar field. The computer model developed for the analysis of the plant is based on algebraic equations describing the power cycle and the solar field. The model was solved using the Engineering Equation Solver (EES) software; and is designed to define the properties at each state point of the plant and then, sequentially, to determine energy, efficiency and irreversibility for each component. The developed model has the potential of using in the preliminary design of CSPs and, in particular, for the configuration of the solar field based on existing commercial plants. Moreover, it has the ability of analyzing the energetic, economic and environmental feasibility of using CSPs in different regions of the world, which is illustrated for the Libyan region in this study. The overall feasibility scenario is completed through an hourly analysis on an annual basis in chapter Four. This analysis allows the comparison of different systems and, eventually, a particular selection, and it includes both the economic and energetic components using the “greenius” software. The analysis also examined the impact of project financing and incentives on the cost of energy. The main technological finding of this analysis is higher performance and lower levelized cost of electricity (LCE) for Libya as compared to Southern Europe (Spain). Therefore, Libya has the potential of becoming attractive for the establishment of CSPs in its territory and, in this way, to facilitate the target of several European initiatives that aim to import electricity generated by renewable sources from North African and Middle East countries. The analysis is presented a brief review of the current cost of energy and the potential of reducing the cost from parabolic trough- CSP plant. Exergetic and environmental life cycle assessment analyses are conducted for the selected plant in chapter Five; the objectives are 1) to assess the environmental impact and cost, in terms of exergy of the life cycle of the plant; 2) to find out the points of weakness in terms of irreversibility of the process; and 3) to verify whether solar power plants can reduce environmental impact and the cost of electricity generation by comparing them with fossil fuel plants, in particular, Natural Gas Combined Cycle (NGCC) plant and oil thermal power plant. The analysis also targets a thermoeconomic analysis using the specific exergy costing (SPECO) method to evaluate the level of the cost caused by exergy destruction. The main technological findings are that the most important contribution impact lies with the solar field, which reports a value of 79%; and the materials with the vi highest impact are: steel (47%), molten salt (25%) and synthetic oil (21%). The “Human Health” damage category presents the highest impact (69%) followed by the “Resource” damage category (24%). In addition, the highest exergy demand is linked to the steel (47%); and there is a considerable exergetic demand related to the molten salt and synthetic oil with values of 25% and 19%, respectively. Finally, in the comparison with fossil fuel power plants (NGCC and Oil), the CSP plant presents the lowest environmental impact, while the worst environmental performance is reported to the oil power plant followed by NGCC plant. The solar field presents the largest value of cost rate, where the boiler is a component with the highest cost rate among the power cycle components. The thermal storage allows the CSP plants to overcome solar irradiation transients, to respond to electricity demand independent of weather conditions, and to extend electricity production beyond the availability of daylight. Numerical analysis of the thermal transient response of a thermocline storage tank is carried out for the charging phase. The system of equations describing the numerical model is solved by using time-implicit and space-backward finite differences and which encoded within the Matlab environment. The analysis presented the following findings: the predictions agree well with the experiments for the time evolution of the thermocline region, particularly for the regions away from the top-inlet. The deviations observed in the near-region of the inlet are most likely due to the high-level of turbulence in this region due to the localized level of mixing resulting; a simple analytical model to take into consideration this increased turbulence level was developed and it leads to some improvement of the predictions; this approach requires practically no additional computational effort and it relates the effective thermal diffusivity to the mean effective velocity of the fluid at each particular height of the system. Altogether the study indicates that the selected parabolic trough-CSP plant has the edge over alternative competing technologies for locations where DNI is high and where land usage is not an issue, such as the shoreline of Libya.

Iluminação em ambientes fabris: otimização e análise técnica-e-económica

Esta Dissertação aborda a temática da eficiência energética em sistemas de iluminação fabris. Desde os primórdios da história da humanidade que a iluminação tem representado um papel importante. Não só garante condições de segurança, como começou por ser o intuito primordial das fogueiras pré-históricas, traduzindo-se num elemento de conforto. Atualmente seria impensável conceber as mais diversas atividades económicas e produtivas de um país sem iluminação. Nesse sentido a iluminação representa também um elemento fomentador de produtividade. Não é bem conhecido o impacto que a iluminação tem nos custos operacionais de uma unidade fabril. Principalmente por ser difícil de quantificar separadamente na fatura de eletricidade qual a percentagem correspondente à iluminação. Tipicamente estes custos podem ascender a 20% do orçamento global da autarquia em países desenvolvidos. Por esse motivo, o sector da iluminação tem investido esforço no sentido de promover melhores soluções de iluminação capazes de por um lado de satisfazer os requisitos do espaço a iluminar, e por outro propiciar soluções eficientes do ponto de vista energético. Estas soluções assentam essencialmente no uso de dispositivos mais eficientes (como por exemplo os LED´s ou as lâmpadas compactas fluorescentes) bem como em estratégias de controlo eficientes baseadas em dados sensoriais (como por exemplo deteção de movimento/presença). A combinação destas estratégias permite reduzir os consumos em cerca de 80% quando comparadas com soluções passivas. A empresa Amorim Cork Research Lda. é uma empresa prestadora de serviços ao universo das empresas da Corticeira Amorim, uma das maiores multinacionais de origem portuguesa. Teve origem no negócio da cortiça, em 1870, sendo hoje líder destacada no sector a nível mundial. Dada a dimensão da empresa e a sua subdivisão em várias Unidades Industriais com requisitos individuais, será expectável que a iluminação represente uma parte significativa da fatura de eletricidade. Atualmente, os vários setores encontram-se equipados com soluções de iluminação diferentes, na sua maioria empregando tecnologias passivas, noutros casos com dispositivos eficientes. Há algum interesse em migrar para soluções mais eficientes, em parte suportadas em DALI (com interface de comunicação PLC ou Zigbee).

Minimizar o sobrecusto da redução da capacidade de interligação com recurso ao counter-trading

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de energia

Estudo de viabilidade para a instalação de uma central piloto para geração de energia elétrica a partir de biomassa na ilha do Príncipe (R.D. de S. Tomé e Príncipe)

O referido projeto tem como objetivo principal a avaliação das capacidades técnicas, económicas e ambientais da ilha do Príncipe (República democrática de S. Tomé e Príncipe) para possibilitar a instalação de uma central piloto (500 kW) de produção de energia elétrica a partir de biomassa captada proveniente de la floresta (resíduos florestais) e campos agrícolas(resíduos agrícolas) com intuito de aumentar a potência total instalada na ilha. S. Tomé e Príncipe é um país subdesenvolvido e partilha de um dos maiores problemas dos países dessa categoria, a precária produção e distribuição da energia elétrica a população. Em S. Tomé e Príncipe estes problemas são derivados a fraca potência instalada e dependência de combustíveis fósseis. Especificamente na ilha do Príncipe, a situação é ainda mais complicada, situação prendesse com o facto de que o transporte de combustível da Ilha de S. Tomé para a ilha do Príncipe não se processar num regime contínuo, devido ao aumento do consumo pela população da Ilha do Príncipe conjugado com a fraca potência instalada e a falta de condições ideais de armazenamento de combustível, o que origina muitas falhas na distribuição de eletricidade ou uma racionalidade na sua distribuição. A racionalidade de distribuição de eletricidade na ilha do Príncipe segue o princípio de fornecimento em momentos de maior necessidade, isto é: horários em que as famílias se encontram juntas em suas casas (18 as 24h), períodos de maior produtividade da ilha (8 as 12h), com interregnos de várias horas na distribuição. Este princípio não respeita instituições como os hospitais onde a necessidade de energia elétrica permanente é uma necessidade. Outra motivação para a elaboração deste projeto é o facto de que a ilha do Príncipe a partir de ano 2012 passou a ser uma reserva da Biosfera da UNESCO. Este facto obrigou obviamente a ilha do Príncipe a ter uma maior preocupação com a sustentabilidade ambiental. Perante essas necessidades, surgiu a necessidade de criação de um projeto que tentasse cobrir as lacunas elétricas da Ilha do Príncipe. O projeto é ambicioso, não só para S. Tomé e Príncipe, mas também para todos os países da região e principalmente aqueles com grande potencialidade em biomassa florestal e agrícola.

Uso de la timpanometría en Atención Primaria

Dada la elevada prevalencia de la otitis media en la población infantil y las dificultades que a esta edad presenta la otoscopia para establecer el diagnóstico, la timpanometría aporta información cuantitativa valiosa respecto a la presencia de líquido en el oído medio. Es una exploración habitual en todos los Servicios de Otorrinolaringología (ORL) y pensamos que podría ser de gran utilidad en Atención Primaria. En este trabajo pretendemos aportar el conocimiento teórico necesario para comprender e interpretar las curvas que obtendremos con un timpanómetro portátil, discutiendo las características y beneficios de esta prueba. Con la intención de mejorar la capacidad de seguimiento de la otitis media serosa (OMS) en Atención Primaria, constituimos un equipo de pediatras y ORL de la misma área de salud para ir introduciendo y adaptando un conjunto de procedimientos, entre los que se encuentra la timpanometría. El aparato elegido ha sido el timpanómetro MicroTymp®3 de Welch-Allyn y la exploración es realizada por una enfermera experimentada en esta prueba. Al pediatra le corresponde la interpretación de los hallazgos timpanométricos, que, junto a la historia clínica y la otoscopia neumática, le facilitarán el diagnóstico. Se describen los fundamentos de la timpanometría y la manera de realizar y analizar los timpanogramas. Discutimos las ventajas y limitaciones de esta exploración en el contexto de la otitis media serosa infantil en Atención Primaria. En niños mayores de seis meses, la timpanometría con MicroTymp®3 es una herramienta práctica y eficaz en el diagnóstico de la OMS en Atención Primaria.

Transformada wavelet aplicada a análise automática de oscilografias de curta duração em unidades geradoras

The focus of this work is the automatic analysis of disturbance records for electrical power generating units. The main proposition is a method based on wavelet transform applied to short-term disturbance records (waveform records). The goal of the method is to detect the time instants of recorded disturbances and extract meaningful information that characterize the faults. The result is a set of representative information of the monitored signals in power generators. This information can be further classified by an expert system (or other classification method) in order to classify the faults and other abnormal operating conditions. The large amount of data produced by digital fault recorders during faults justify the research of methods to assist the analysts in their task of analysing the disturbances. The literature review pointed out the state of the art and possible applications for oscillography records. The review of the COMTRADE standard and wavelet transform underlines the choice of the method for solving the problem. The conducted tests lead to the determination of the best mother wavelet for the segmentation process. The application of the proposed method to five case studies with real oscillographic records confirmed the accuracy and efficiency of the proposed scheme. With this research, the post-operation analysis of occurrences is improved and as a direct result is the reduction of the time that generators are offline.

Metodologia de otimização estocástica para coordenação eólico-fotovoltaica

Esta dissertação incide sobre o tema da coordenação entre sistemas eólicos e fotovoltaicos que participam no mercado de eletricidade. A incerteza da potência eólica e fotovoltaica é uma caraterística predominante nesta coordenação, devendo ser considerada no planeamento ótimo de sistemas eólico-fotovoltaicos. A fim de modelizar a incerteza é apresentada uma metodologia de otimização estocástica baseada em programação linear para maximizar o lucro esperado de uma empresa produtora de energia elétrica que participa no mercado diário. A coordenação entre sistemas eólicos e fotovoltaicos visa mitigar os desequilíbrios de energia, resultantes das ofertas horárias submetidas no mercado diário e, consequentemente, reduzir as penalizações financeiras. Os resultados da coordenação entre um sistema eólico e um sistema fotovoltaico são comparados com os resultados obtidos para a operação não coordenada. Estes resultados permitem concluir que a metodologia desenvolvida aplicada à coordenação apresenta um lucro esperado superior ao lucro obtido para a operação não coordenada; Abstract Stochastic Optimization Methodology for Wind-Photovoltaic Coordination This dissertation focuses on the issue of coordination between wind and photovoltaic systems participating in electricity markets. The uncertainty of wind and photovoltaic power is a main characteristic of these systems, which must be included in the optimal scheduling of the coordination of wind with photovoltaic systems. In order to model the uncertainty is presented a stochastic approach based on linear programming to maximize the profit of a wind photovoltaic power producer which participates in electricity markets. The coordination of wind with photovoltaic systems aims to mitigate the energy deviations, as a result of the participation in day-ahead market and therefore reducing economic penalties. The results obtained by the coordination are compared to results obtained by the separated operation of wind and photovoltaic systems. The results allow concluding that the proposed approach applied to the coordination presents an expected profit higher than the expected profit without coordination.

Proposta de uma matriz de decisão em energia hidrelétrica com o uso do método multicritério, para formulação de políticas públicas no estado do Paraná

Brazil is internationally acknowledged for its renewable sources, most notably, hydroelectric power plant projects which correspond to 65% of electricity production supply to the National Interconnected System. The main question behind this research is: what are the weights and the relative importance of the variables which have influence on the decision making process for the expansion of hydroelectric generation projects in Parana? The main objective is to propose a multi-criteria decision procedure, in association with water sources options that take into consideration the weight and relative importance of the alternatives having influence on the decision by enterprises in the generation of electricity in the state of Paraná. As far as the approach to the problem is concerned, this research can be classified as having mixed methodologies, applying Content Analysis, Delphi technique and the Analytic Hierarchy Process. Following Delphi methodology, a group of 21 was selected for data collection, all of those linked to Paranaense hydroelectricity market. And the main result was the construction of a decision tree in which it was possible to identify the importance and relative weight of the elements associated with the four dimensions of energy. In environmental dimension, the highest relative weight was placed on the loading capacity of Parana system; the economic dimension, the amortization of investment; in social dimension, the generation of direct work places and in institutional dimension, the availability of suitable sources of financing. Policy makers and business managers make their decisions based on specific criteria related to the organization segment, market information, economic and political behavior among other indicators that guide them in dealing with the typical tradeoffs of projects in hydropower area. The results obtained in the decision tree show that the economic bias is still the main factor in making investment decisions. However, environmental impacts on the State loading capacity, income generation, providing opportunities for direct as well as indirect jobs. And at an institutional level, the absence of funding sources show that the perception of experts is focused on other issues beyond the logic behind development per se. The order of priority of variables in this study indicates that in the current environment of uncertainty in the Brazilian economy as many variables must be analyzed and compared in order to optimize the scarce resources available to expand local development in relation to Paranaense water matrix.