Desenvolvimento de ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico em ambiente doméstico

Nos últimos anos, tem-se assistido a uma maior preocupação com o meio ambiente, a atual conjuntura mundial está cada vez mais direcionada para a eficiência energética e para a utilização de fontes de energias renováveis. Os principais governos mundiais, incluindo o português, já perceberam a necessidade de enveredar por esse caminho e nesse sentido aplicam medidas que direcionam e consciencializam a população para a eficiência energética e para as energias renováveis. Em Portugal, o setor das energias renováveis assume atualmente uma posição de extrema importância, resultante da expressão que governo português tem vindo a implementar no panorama energético nacional, da qual resulta uma importante contribuição para o desenvolvimento económico, na criação de riqueza e geração de emprego. Neste contexto, e no caso particular da energia fotovoltaica têm sido implementadas medidas que incentivam a aposta nesta tecnologia, prova disso é o Decreto-Lei n.º 153/2014 aprovado em conselho de ministros em Setembro de 2014, que promove essencialmente o autoconsumo. O autoconsumo consiste na utilização de painéis fotovoltaicos para produção de energia elétrica para consumo próprio com ou sem recurso a equipamentos de acumulação. Em termos práticos, este sistema permite que os consumidores produzam a sua própria energia através de uma fonte renovável ao invés de adquirir essa energia na rede elétrica de serviço público. As políticas de incentivo ao autoconsumo proporcionam uma oportunidade para os consumidores interessados em investir na produção da própria energia elétrica, neste sentido e de forma a ajudar no dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo foi desenvolvida, no âmbito desta tese, uma ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico sem acumulação em ambiente doméstico, com o objetivo de estimar as necessidades de potência fotovoltaica a instalar em habitações de baixa tensão normal. Na base da construção desta ferramenta estiveram essencialmente os perfis de consumo, aprovados pela Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, de todos os clientes finais que não dispõem de equipamento de medição com registo de consumos e também a estimativa de produção fotovoltaica desenvolvida pelo Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia. A aplicação desenvolvida tem como principal funcionalidade proporcionar ao utilizador o dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo fotovoltaico, mediante a introdução de alguns dados tais como o distrito, a potência contratada, a tarifa e o consumo energético anual. Esta aplicação apresenta resultados relativos ao dimensionamento do sistema, como é o caso da potência a instalar e da estimativa de produção fotovoltaica anual, e resultados relativos à análise económica do sistema como é o caso do valor atual líquido, da taxa interna de rentabilidade e do payback do investimento.

Development Planning at the State Level in India - A Case Study with Reference to Kerala, 1957-'84

This thesis entitled “Development planning at the state level in india a case study with reference to kerala1957-84.Planning in India is a concurrent subject with the Centre and the States having well-defined domains of jurisdiction with regard to planning functions and sources of resource mobilisation.The genesis of the lack of academic interest in state level planning is in the widely held belief that in the extent scheme of Centre-State economic relations, the states have little scope for initiative in planning.Both at the theoretical and empirical levels, Kerala has attached very great importance to planning.It has been the localeof wide and deep discussions on the various dimensions of planning.In Kerala's development process, the leading sector consists of social services such as education and public healthOne point that needs special emphasis in this regard is that the high demand for education in Kerala cannot be attributed to the Keralites' ‘unique urge‘ for education. Rather, it is related to the very high level of unemployment in the state (Kerala has the highest level of unemployment in the country.In resource allocation under the Five Year Plans, Kerala attached the highest weightage to power generation, hydro-electric projects being the major source of power in the state. Nearly one-fourth of the plan resources has been claimed by hydro-electric projects.In the agricultural sector, Kera1a's level of productive use of electric power is one of the lowest.As is evident.from above, planning in Kerala has not enabled us to solve the basic problems of the state. More 'scientific' planning in the sense of applying mre sophisticated planning techniques is obviously not the answer. It, on the contrary, consists of more fundamental changes some of which can be brought about through an effective use of measures well within the power of the State Government.

Reinforcement Learning approaches to Economic Dispatch problem

This paper presents Reinforcement Learning (RL) approaches to Economic Dispatch problem. In this paper, formulation of Economic Dispatch as a multi stage decision making problem is carried out, then two variants of RL algorithms are presented. A third algorithm which takes into consideration the transmission losses is also explained. Efficiency and flexibility of the proposed algorithms are demonstrated through different representative systems: a three generator system with given generation cost table, IEEE 30 bus system with quadratic cost functions, 10 generator system having piecewise quadratic cost functions and a 20 generator system considering transmission losses. A comparison of the computation times of different algorithms is also carried out.

Reinforcement Learning solution for Unit Commitment Problem through pursuit method

Unit commitment is an optimization task in electric power generation control sector. It involves scheduling the ON/OFF status of the generating units to meet the load demand with minimum generation cost satisfying the different constraints existing in the system. Numerical solutions developed are limited for small systems and heuristic methodologies find difficulty in handling stochastic cost functions associated with practical systems. This paper models Unit Commitment as a multi stage decision task and Reinforcement Learning solution is formulated through one efficient exploration strategy: Pursuit method. The correctness and efficiency of the developed solutions are verified for standard test systems

Rechenmodelle und Informationssysteme zur Integration großer Windleistungen in die elektrische Energieversorgung

In dieser Arbeit werden verschiedene Computermodelle, Rechenverfahren und Methoden zur Unterstützung bei der Integration großer Windleistungen in die elektrische Energieversorgung entwickelt. Das Rechenmodell zur Simulation der zeitgleich eingespeisten Windenergie erzeugt Summenganglinien von beliebig zusammengestellten Gruppen von Windenergieanlagen, basierend auf gemessenen Wind- und Leistungsdaten der nahen Vergangenheit. Dieses Modell liefert wichtige Basisdaten für die Analyse der Windenergieeinspeisung auch für zukünftige Szenarien. Für die Untersuchung der Auswirkungen von Windenergieeinspeisungen großräumiger Anlagenverbünde im Gigawattbereich werden verschiedene statistische Analysen und anschauliche Darstellungen erarbeitet. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell zur Berechnung der aktuell eingespeisten Windenergie aus online gemessenen Leistungsdaten repräsentativer Windparks liefert wertvolle Informationen für die Leistungs- und Frequenzregelung der Netzbetreiber. Die zugehörigen Verfahren zur Ermittlung der repräsentativen Standorte und zur Überprüfung der Repräsentativität bilden die Grundlage für eine genaue Abbildung der Windenergieeinspeisung für größere Versorgungsgebiete, basierend auf nur wenigen Leistungsmessungen an Windparks. Ein weiteres wertvolles Werkzeug für die optimale Einbindung der Windenergie in die elektrische Energieversorgung bilden die Prognosemodelle, die die kurz- bis mittelfristig zu erwartende Windenergieeinspeisung ermitteln. In dieser Arbeit werden, aufbauend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten, zwei, auf Künstlich Neuronalen Netzen basierende Modelle vorgestellt, die den zeitlichen Verlauf der zu erwarten Windenergie für Netzregionen und Regelzonen mit Hilfe von gemessenen Leistungsdaten oder prognostizierten meteorologischen Parametern zur Verfügung stellen. Die softwaretechnische Zusammenfassung des Modells zur Berechnung der aktuell eingespeisten Windenergie und der Modelle für die Kurzzeit- und Folgetagsprognose bietet eine attraktive Komplettlösung für die Einbindung der Windenergie in die Leitwarten der Netzbetreiber. Die dabei entwickelten Schnittstellen und die modulare Struktur des Programms ermöglichen eine einfache und schnelle Implementierung in beliebige Systemumgebungen. Basierend auf der Leistungsfähigkeit der Online- und Prognosemodelle werden Betriebsführungsstrategien für zu Clustern im Gigawattbereich zusammengefasste Windparks behandelt, die eine nach ökologischen und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten sowie nach Aspekten der Versorgungssicherheit optimale Einbindung der geplanten Offshore-Windparks ermöglichen sollen.

Erneuerbare Energien im Verbund mit Hochleistungs-Bleiakkumulatoren zur Bereitstellung von Spitzenleistung - am Beispiel von Windkraftwerken im 20 kV-Versorgungsnetz der CEGEDEL / Luxemburg -

Die wachsende Weltbevölkerung bedingt einen höheren Energiebedarf, dies jedoch unter der Beachtung der nachhaltigen Entwicklung. Die derzeitige zentrale Versorgung mit elektrischer Energie wird durch wenige Erzeugungsanlagen auf der Basis von fossilen Primärenergieträgern und Kernenergie bestimmt, die die räumlich verteilten Verbraucher zuverlässig und wirtschaftlich über ein strukturiertes Versorgungssystem beliefert. In den Elektrizitätsversorgungsnetzen sind keine nennenswerten Speicherkapazitäten vorhanden, deshalb muss die von den Verbrauchern angeforderte Energie resp. Leistung jederzeit von den Kraftwerken gedeckt werden. Bedingt durch die Liberalisierung der Energiemärkte und die geforderte Verringerung der Energieabhängigkeit Luxemburgs, unterliegt die Versorgung einem Wandel hin zu mehr Energieeffizienz und erhöhter Nutzung der dargebotsabhängigen Energiequellen. Die Speicherung der aus der Windkraft erzeugten elektrischen Energie, wird in den Hochleistungs-Bleiakkumulatoren, errichtet im ländlichen Raum in der Nähe der Windkraftwerke, eingespeichert. Die zeitversetzte Einspeisung dieser gespeicherten elektrischen Energie in Form von veredelter elektrischer Leistung während den Lastspitzen in das 20 kV-Versorgungsnetz der CEGEDEL stellt die Innovation in der luxemburgischen Elektrizitätsversorgung dar. Die Betrachtungen beschränken sich somit auf die regionale, relativ kleinräumige Einbindung der Windkraft in die elektrische Energieversorgung des Großherzogtums Luxemburg. Die Integration der Windkraft im Regionalbereich wird in den Vordergrund der Untersuchung gerückt. Überregionale Ausgleichseffekte durch Hochspannungsleitungen der 230/400 kV-Systeme werden außer Acht gelassen. Durch die verbrauchernahe Bereitstellung von elektrischer Spitzenleistung vermindern sich ebenfalls die Übertragungskosten aus den entfernten Spitzenlastkraftwerken, der Ausbau von Kraftwerkskapazitäten kann in die Zukunft verschoben werden. Die Emission von Treibhausgasen in thermischen Kraftwerken wird zum Teil reduziert. Die Berechnungen der Wirtschaftlichkeit von Hybridanlagen, zusammengesetzt aus den Windkraftwerken und den Hochleistungs-Bleiakkumulatoren bringen weitere Informationen zum Einsatz dieser dezentralen Speichern, als Partner der nachhaltigen Energieversorgung im ländlichen Raum. Die untersuchte Einspeisung von erneuerbarer Spitzenleistung lässt sich auch in die Entwicklungsländer übertragen, welche nicht über zentrale Kraftwerkskapazitäten und Verteilungsnetze verfügen.

Dieselmotor-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im Kontext der Integration Erneuerbarer Energien in die Energieversorgung

In dieser Arbeit werden die sich abzeichnenden zukünftigen Möglichkeiten, Stärken und Schwächen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) untersucht. Dies geschieht vor dem Hintergrund des Klimawandels, der Integration steigender Anteile Erneuerbarer Energien in die Stromerzeugung und unter Berücksichtigung der sich damit ergebenden Herausforderungen, eine sichere und nachhaltige Stromversorgung zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Dieselmotor-KWK und der Nutzung nachwachsender Kraftstoffe. Es wird davon ausgegangen, dass der Übergang zu einer reinen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energiequellen in Deutschland unter erheblicher Einbindung des hohen Potentials der kostengünstigen, umweltfreundlichen, aber in der Leistung extrem fluktuierenden Windenergie erfolgen wird. Als dezentrales Integrationswerkzeug wurde die Kraft-Wärme-Kopplung mit Dieselmotoren untersucht. Sie entspricht aufgrund ihrer großen Flexibilität und ihrer hohen Wirkungsgrade mit vergleichsweise kleinen Leistungen sehr gut den Anforderungen der gleichzeitigen dezentralen Wärmenutzung. In der Dissertation werden die Randbedingungen der Dieselmotor-KWK untersucht und beschrieben. Darauf aufbauend werden unterschiedliche Modelle der Windintegration durch KWK erarbeitet und in diversen Variationen wird der Ausgleich der Stromerzeugung aus Windenergie durch KWK simuliert. Darüber hinaus werden dezentrale KWK-Anlagen hinsichtlich eines koordinierten gemeinsamen Betriebs und hinsichtlich der optimalen Auslegung für den Windenergieausgleich betrachtet. Es wird für den beschriebenen Kontext der Erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärme-Kopplung das Thema „Umweltwirkungen“ diskutiert. Es wird dargelegt, dass die heute verwendeten Ansätze zur Bewertung der KWK zu einer Verzerrung der Ergebnisse führen. Demgegenüber wurde mit der so genannten Outputmethode eine Methode der Ökobilanzierung vorgestellt, die, im Gegensatz zu den anderen Methoden, keine verzerrenden Annahmen in die Wirkungsabschätzung aufnimmt und somit eine eindeutige und rein wissenschaftliche Auswertung bleibt. Hiermit ist die Grundlage für die Bewertung der unterschiedlichen Technologien und Szenarien sowie für die Einordnung der KWK in den Kontext der Energieerzeugung gegeben. Mit der Outputmethode wird u.a. rechnerisch bewiesen, dass die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen tatsächlich die optimale Nutzung der regenerativen Kraftstoffe „Biogas“ und „Pflanzenöl“ im Hinblick auf Ressourceneinsatz, Treibhausgaseinsparung und Exergieerzeugung ist. Es wurde darüber hinaus die Frage untersucht woher die für die Stromerzeugung durch Dieselmotor-KWK-Anlagen notwendige Bioenergie genommen werden kann. Es ist erwiesen, dass die in Deutschland nutzbare landwirtschaftliche Fläche nur zur Deckung eines Teils der Stromerzeugung ausreichen würde. Einheimisches Biogas und nachhaltiges importiertes Pflanzenöl, das in hohem Maße auf degradierten Böden angebaut werden sollte, können die notwendige Brennstoffenergie liefern. Um im Ausland ausreichend Pflanzenöl herstellen zu können, wird eine landwirtschaftliche Fläche von 6 bis 12 Mio. ha benötigt. Das Ergebnis ist, dass ein voller Ausgleich von Windenergie-Restlast durch KWK mit Erneuerbaren Energieträgern sinnvoll und machbar ist! Dieses Wind-KWK-DSM-System sollte durch ein Stromnetz ergänzt sein, das Wasserkraftstrom für den Großteil der Regelenergieaufgaben nutzt, und das den großräumigen Ausgleich Erneuerbarer Energien in Europa und den Nachbarregionen ermöglicht.

Lógica en la toma de decisiones de inversión en el sector de extracción de petróleo y gas natural

Este documento se centra en la presentación de información y análisis de la misma a la hora de establecer la manera en que empresas del sector de extracción de gas natural y generación de energía a base de dicho recurso, toman decisiones en cuanto a inversión, centrándose en la lógica que usan a la hora de emprender este proceso. Esto debido a la constante necesidad de establecer procesos que permitan tomar decisiones más acertadas, incluyendo todas las herramientas posibles para tal fin. La lógica es una de estas herramientas, pues permite encadenar factores con el fin de obtener resultados positivos. Por tal razón, se hace importante conocer el uso de esta herramienta, teniendo en cuentas de qué manera y en que contextos es usada. Con el fin de tener una mayor orientación, este estudio estará centrado en un sector específico, el cual es el de la extracción de petróleo y gas natural. Lo anterior entendiendo la necesidad existente de fundamentación teórica que permita establecer de manera clara la forma apropiada de tomar decisiones en un sector tan diverso y complejo como lo es el mencionado. El contexto empresarial actual exige una visión global, no basada en la lógica lineal causal que hoy se tiene como referencia. El sector de extracción de petróleo y gas natural es un ejemplo particular en cuanto a la manera en cuanto se toman decisiones en inversión, puesto que en su mayoría son empresas de capital intensivo, las cuales mantienen un flujo elevado de recursos monetarios.

Análisis de la cadena de abastecimiento de la energía eléctrica en Colombia

El sector eléctrico es considerado como uno de los sectores con mayor importancia y sensibilidad en temas económicos, sociales y ambientales, ya que este es impulsado por el crecimiento de las industrias y desarrollo de las ciudades, lo que a su vez, genera impactos de gran magnitud en cada uno de estos ámbitos. El sector se ha convertido en uno de los referentes institucionales y regulatorios para otros servicios públicos. La contextualización de las generalidades del sector, el análisis de los eslabones de la cadena de abastecimiento y el análisis del potencial eléctrico Colombiano, hacen posible un conocimiento amplio de sus condiciones, fortalezas y debilidades, que permiten dar un pronóstico aproximado de la viabilidad de llevar a cabo los proyectos de expansión e internacionalización que se han propuesto.

Estudio del impacto ambiental del uso del bagazo como fuente de energía en centrales azucareros en Cuba. Estudio de caso "Melanio Hernández"

This work was carried out to study the environmental impacts produced by power generation from biomass (bagasse) in sugar mills in Cuba. For this purpose, with the collaboration of the Center for Energy and Industrial Processes (CEEPI), the University Center of Sancti Spiritus and using different research methods and techniques, conducted an environmental survey of the area. Gaseous emissions were characterized and the suspended solid particles, allowing knowing that these concentrations do not exceed the maximum emission limit set by the cubana Standard. In addition, the dispersion model applied DISPER allowed us to obtain information in crisis conditions of air emissions from sugar mill and distillery associated and concluded that emissions from the distillery are the pollutants that contribute more the atmosphere. The correlating emissions with respiratory diseases, (acute respiratory infections or subacute (IRA) and ASMA), concurrent Asthma Crisis (CAB) is the most affected. The calculated costs associated in these diseases, amounting to $ 119 599.23 per year. In order to minimize the negative alternatives are proposed to be implemented in industry and community.

Evaluación de la biomasa como recurso energético renovable en Cataluña

El objetivo principal es la evaluación de la biomasa como recurso energético renovable en Cataluña. Su alcance requiere el estudio de diversas temáticas, desarrolladas en los doce capítulos que componen el documento.El Capítulo 1 describe los objetivos de la tesis. El Capítulo 2 describe los motivos que justifican la valorización energética del recurso biomasa. El Capítulo 3 presenta la metodología general utilizada. El Capítulo 4 realiza un análisis multicriterio del aprovechamiento energético de biomasa forestal. El Capítulo 5 cuantifica la biomasa disponible para usos energéticos en Cataluña. Los Capítulos 6, 7, 8 y 9 analizan las tecnologías y la viabilidad de la producción de energía con colza y chopo. El Capítulo 10 caracteriza físico-químicamente la biomasa de colza como combustible complementario al actual uso del grano para biodiesel. El Capítulo 11 evalua el uso de cultivos para la producción de productos químicos. El Capítulo 12 resume las Conclusiones generales.

An integrated assessment of carbon dioxide capture and storage in the UK

Geological carbon dioxide storage (CCS) has the potential to make a significant contribution to the decarbonisation of the UK. Amid concerns over maintaining security, and hence diversity, of supply, CCS could allow the continued use of coal, oil and gas whilst avoiding the CO2 emissions currently associated with fossil fuel use. This project has explored some of the geological, environmental, technical, economic and social implications of this technology. The UK is well placed to exploit CCS with a large offshore storage capacity, both in disused oil and gas fields and saline aquifers. This capacity should be sufficient to store CO2 from the power sector (at current levels) for a least one century, using well understood and therefore likely to be lower-risk, depleted hydrocarbon fields and contained parts of aquifers. It is very difficult to produce reliable estimates of the (potentially much larger) storage capacity of the less well understood geological reservoirs such as non-confined parts of aquifers. With the majority of its large coal fired power stations due to be retired during the next 15 to 20 years, the UK is at a natural decision point with respect to the future of power generation from coal; the existence of both national reserves and the infrastructure for receiving imported coal makes clean coal technology a realistic option. The notion of CCS as a ‘bridging’ or ‘stop-gap’ technology (i.e. whilst we develop ‘genuinely’ sustainable renewable energy technologies) needs to be examined somewhat critically, especially given the scale of global coal reserves. If CCS plant is built, then it is likely that technological innovation will bring down the costs of CO2 capture, such that it could become increasingly attractive. As with any capitalintensive option, there is a danger of becoming ‘locked-in’ to a CCS system. The costs of CCS in our model for UK power stations in the East Midlands and Yorkshire to reservoirs in the North Sea are between £25 and £60 per tonne of CO2 captured, transported and stored. This is between about 2 and 4 times the current traded price of a tonne of CO2 in the EU Emissions Trading Scheme. In addition to the technical and economic requirements of the CCS technology, it should also be socially and environmentally acceptable. Our research has shown that, given an acceptance of the severity and urgency of addressing climate change, CCS is viewed favourably by members of the public, provided it is adopted within a portfolio of other measures. The most commonly voiced concern from the public is that of leakage and this remains perhaps the greatest uncertainty with CCS. It is not possible to make general statements concerning storage security; assessments must be site specific. The impacts of any potential leakage are also somewhat uncertain but should be balanced against the deleterious effects of increased acidification in the oceans due to uptake of elevated atmospheric CO2 that have already been observed. Provided adequate long term monitoring can be ensured, any leakage of CO2 from a storage site is likely to have minimal localised impacts as long as leaks are rapidly repaired. A regulatory framework for CCS will need to include risk assessment of potential environmental and health and safety impacts, accounting and monitoring and liability for the long term. In summary, although there remain uncertainties to be resolved through research and demonstration projects, our assessment demonstrates that CCS holds great potential for significant cuts in CO2 emissions as we develop long term alternatives to fossil fuel use. CCS can contribute to reducing emissions of CO2 into the atmosphere in the near term (i.e. peak-shaving the future atmospheric concentration of CO2), with the potential to continue to deliver significant CO2 reductions over the long term.

Joint importance of multistate systems

Importance measures in reliability engineering are used to identify weak areas of a system and signify the roles of components in either causing or contributing to proper functioning of the system. Traditional importance measures for multistate systems mainly concern reliability importance of an individual component and seldom consider the utility performance of the systems. This paper extends the joint importance concepts of two components from the binary system case to the multistate system case. A joint structural importance and a joint reliability importance are defined on the basis of the performance utility of the system. The joint structural importance measures the relationship of two components when the reliabilities of components are not available. The joint reliability importance is inferred when the reliabilities of the components are given. The properties of the importance measures are also investigated. A case study for an offshore electrical power generation system is given.

An urban solar flux island: measurements from London

Solar irradiance measurements from a new high density urban network in London are presented. Annual averages demonstrate that central London receives 30 ± 10 Wm-2 less solar irradiance than outer London at midday, equivalent to 9 ± 3% less than the London average. Particulate matter and AERONET measurements combined with radiative transfer modeling suggest that the direct aerosol radiative effect could explain 33 to 40% of the inner London deficit and a further 27 to 50% could be explained by increased cloud optical depth due to the aerosol indirect effect. These results have implications for solar power generation and urban energy balance models. A new technique using ‘Langley flux gradients’ to infer aerosol column concentrations over clear periods of three hours has been developed and applied to three case studies. Comparisons with particulate matter measurements across London have been performed and demonstrate that the solar irradiance measurement network is able to detect aerosol distribution across London and transport of a pollution plume out of London.

Sub-agent elements for control methods in multi-agent energy management system

Increased penetration of generation and decentralised control are considered to be feasible and effective solution for reducing cost and emissions and hence efficiency associated with power generation and distribution. Distributed generation in combination with the multi-agent technology are perfect candidates for this solution. Pro-active and autonomous nature of multi-agent systems can provide an effective platform for decentralised control whilst improving reliability and flexibility of the grid.