Estimating Bat and Bird Mortality Occurring at Wind Energy Turbines from Covariates and Carcass Searches Using Mixture Models

Environmental impacts of wind energy facilities increasingly cause concern, a central issue being bats and birds killed by rotor blades. Two approaches have been employed to assess collision rates: carcass searches and surveys of animals prone to collisions. Carcass searches can provide an estimate for the actual number of animals being killed but they offer little information on the relation between collision rates and, for example, weather parameters due to the time of death not being precisely known. In contrast, a density index of animals exposed to collision is sufficient to analyse the parameters influencing the collision rate. However, quantification of the collision rate from animal density indices (e.g. acoustic bat activity or bird migration traffic rates) remains difficult. We combine carcass search data with animal density indices in a mixture model to investigate collision rates. In a simulation study we show that the collision rates estimated by our model were at least as precise as conventional estimates based solely on carcass search data. Furthermore, if certain conditions are met, the model can be used to predict the collision rate from density indices alone, without data from carcass searches. This can reduce the time and effort required to estimate collision rates. We applied the model to bat carcass search data obtained at 30 wind turbines in 15 wind facilities in Germany. We used acoustic bat activity and wind speed as predictors for the collision rate. The model estimates correlated well with conventional estimators. Our model can be used to predict the average collision rate. It enables an analysis of the effect of parameters such as rotor diameter or turbine type on the collision rate. The model can also be used in turbine-specific curtailment algorithms that predict the collision rate and reduce this rate with a minimal loss of energy production.

Assessment of PV Systems Performance in the Madeira Island Using Typical Meteorological Year Data

This paper focus on the development of an algorithm using Matlab to generate Typical Meteorological Years from weather data of eight locations in the Madeira Island and to predict the energy generation of photovoltaic systems based on solar cells modelling. Solar cells model includes the effect of ambient temperature and wind speed. The analysis of the PV system performance is carried out through the Weather Corrected Performance Ratio and the PV system yield for the entire island is estimated using spatial interpolation tools.

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

The quantification of the available energy in the environment is important because it determines photosynthesis, evapotranspiration and, therefore, the final yield of crops. Instruments for measuring the energy balance are costly and indirect estimation alternatives are desirable. This study assessed the Deardorff's model performance during a cycle of a sugarcane crop in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in comparison to the aerodynamic method. This mechanistic model simulates the energy fluxes (sensible, latent heat and net radiation) at three levels (atmosphere, canopy and soil) using only air temperature, relative humidity and wind speed measured at a reference level above the canopy, crop leaf area index, and some pre-calibrated parameters (canopy albedo, soil emissivity, atmospheric transmissivity and hydrological characteristics of the soil). The analysis was made for different time scales, insolation conditions and seasons (spring, summer and autumn). Analyzing all data of 15 minute intervals, the model presented good performance for net radiation simulation in different insolations and seasons. The latent heat flux in the atmosphere and the sensible heat flux in the atmosphere did not present differences in comparison to data from the aerodynamic method during the autumn. The sensible heat flux in the soil was poorly simulated by the model due to the poor performance of the soil water balance method. The Deardorff's model improved in general the flux simulations in comparison to the aerodynamic method when more insolation was available in the environment.

Emission and dry deposition of accumulation mode particles in the Amazon Basin

Size-resolved vertical aerosol number fluxes of particles in the diameter range 0.25-2.5 mu m were measured with the eddy covariance method from a 53 m high tower over the Amazon rain forest, 60 km NNW of Manaus, Brazil. This study focuses on data measured during the relatively clean wet season, but a shorter measurement period from the more polluted dry season is used as a comparison. Size-resolved net particle fluxes of the five lowest size bins, representing 0.25-0.45 mu m in diameter, were in general dominated by deposition in more or less all wind sectors in the wet season. This is an indication that the source of primary biogenic aerosol particles may be small in this particle size range. Transfer velocities within this particle size range were observed to increase linearly with increasing friction velocity and increasing particle diameter. In the diameter range 0.5-2.5 mu m, vertical particle fluxes were highly dependent on wind direction. In wind sectors where anthropogenic influence was low, net upward fluxes were observed. However, in wind sectors associated with higher anthropogenic influence, deposition fluxes dominated. The net upward fluxes were interpreted as a result of primary biogenic aerosol emission, but deposition of anthropogenic particles seems to have masked this emission in wind sectors with higher anthropogenic influence. The net emission fluxes were at maximum in the afternoon when the mixed layer is well developed, and were best correlated with horizontal wind speed according to the equation log(10)F = 0.48.U + 2.21 where F is the net emission number flux of 0.5-2.5 mu m particles [m(-2) s(-1)] and U is the horizontal wind speed [ms(-1)] at the top of the tower.

Spatial portability of numerical models of leaf wetness duration based on empirical approaches

Leaf wetness duration (LWD) models based on empirical approaches offer practical advantages over physically based models in agricultural applications, but their spatial portability is questionable because they may be biased to the climatic conditions under which they were developed. In our study, spatial portability of three LWD models with empirical characteristics - a RH threshold model, a decision tree model with wind speed correction, and a fuzzy logic model - was evaluated using weather data collected in Brazil, Canada, Costa Rica, Italy and the USA. The fuzzy logic model was more accurate than the other models in estimating LWD measured by painted leaf wetness sensors. The fraction of correct estimates for the fuzzy logic model was greater (0.87) than for the other models (0.85-0.86) across 28 sites where painted sensors were installed, and the degree of agreement k statistic between the model and painted sensors was greater for the fuzzy logic model (0.71) than that for the other models (0.64-0.66). Values of the k statistic for the fuzzy logic model were also less variable across sites than those of the other models. When model estimates were compared with measurements from unpainted leaf wetness sensors, the fuzzy logic model had less mean absolute error (2.5 h day(-1)) than other models (2.6-2.7 h day(-1)) after the model was calibrated for the unpainted sensors. The results suggest that the fuzzy logic model has greater spatial portability than the other models evaluated and merits further validation in comparison with physical models under a wider range of climate conditions. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Efeito da restrição hídrica sobre o crescimento de clones de eucalipto

O estabelecimento e o crescimento inicial de espécies florestais no campo são fortemente afetados pela disponibilidade de água no solo e pela época de plantio, por isso, o presente trabalho estuda o impacto do déficit hídrico no crescimento de mudas de dois clones do híbrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, ambos submetidos a 4 níveis de déficit hídrico, em duas épocas de plantio. O estudo foi realizado na área experimental do Núcleo de Estudos e Difusão de Tecnologia em Florestas, Recursos Hídricos e Agricultura Sustentável (NEDTEC), do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA-UFES), localizado no município de Jerônimo Monteiro. O trabalho foi realizado em duas épocas distintas, sendo a primeira no período de 09 de fevereiro a 09 de junho de 2009 e a segunda no período de 11 de julho a 07 de novembro de 2009, visando à realização das observações em diferentes condições de regime de radiação, déficit de pressão do vapor do ar, temperatura, umidade relativa do ar e velocidade do vento. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente ao acaso em parcelas subdivididas 2 x 4, alocando-se os 4 níveis de déficits hídricos na parcela principal e as 2 épocas nas subparcelas, com três repetições. Os manejos hídricos aplicados foram: Déficit 0 (D0) sem déficit, Déficit 1(D1) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, permanecendo até o final do experimento, Déficit 2 (D2) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, suspensão da irrigação por 60 dias e posterior retomada da irrigação por mais 30 dias; Déficit 3 (D3) corte da irrigação aos 60 dias de experimentação, prolongando até o final do experimento. Os dados experimentais foram submetidos à análise de variância, e quando significativas, as médias foram comparadas pelo teste de média Tukey a 5% de probabilidade, para cada clone estudado. Com este trabalho, foi possível avaliar o impacto de diferentes déficits hídricos, no crescimento inicial das plantas, em duas épocas do ano e avaliar o incremento no desenvolvimento das plantas durante a aplicação dos tratamentos, com retiradas de amostras médias de cada tratamento a cada 30 dias. As variáveis medidas nos dois experimentos foram altura total da planta, diâmetro ao nível do coleto, número de folhas, área foliar, matéria seca de folhas, matéria seca de haste e ramos, matéria seca de raízes e matéria seca total. Foram avaliadas as variáveis climáticas durante todo o período experimental, nas duas épocas, a fim de determinar a condição do clima em cada época. Para os dois clones estudados, em geral, os déficits hídricos promoveram a redução das variáveis morfológicas estudadas e a época experimental foi o fator que mais influenciou a redução do crescimento das plantas. Sendo que a Época 1 foi a que proporcionou resultados superiores, e a Época 2 foi a que prejudicou mais o desenvolvimento das plantas, reduzindo significativamente todas as variáveis morfológicas em todos os déficits hídricos, inclusive o D0.

Efeito da restrição hídrica sobre o crescimento de clones de eucalipto

O estabelecimento e o crescimento inicial de espécies florestais no campo são fortemente afetados pela disponibilidade de água no solo e pela época de plantio, por isso, o presente trabalho estuda o impacto do déficit hídrico no crescimento de mudas de dois clones do híbrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, ambos submetidos a 4 níveis de déficit hídrico, em duas épocas de plantio. O estudo foi realizado na área experimental do Núcleo de Estudos e Difusão de Tecnologia em Florestas, Recursos Hídricos e Agricultura Sustentável (NEDTEC), do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA-UFES), localizado no município de Jerônimo Monteiro. O trabalho foi realizado em duas épocas distintas, sendo a primeira no período de 09 de fevereiro a 09 de junho de 2009 e a segunda no período de 11 de julho a 07 de novembro de 2009, visando à realização das observações em diferentes condições de regime de radiação, déficit de pressão do vapor do ar, temperatura, umidade relativa do ar e velocidade do vento. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente ao acaso em parcelas subdivididas 2 x 4, alocando-se os 4 níveis de déficits hídricos na parcela principal e as 2 épocas nas subparcelas, com três repetições. Os manejos hídricos aplicados foram: Déficit 0 (D0) sem déficit, Déficit 1(D1) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, permanecendo até o final do experimento, Déficit 2 (D2) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, suspensão da irrigação por 60 dias e posterior retomada da irrigação por mais 30 dias; Déficit 3 (D3) corte da irrigação aos 60 dias de experimentação, prolongando até o final do experimento. Os dados experimentais foram submetidos à análise de variância, e quando significativas, as médias foram comparadas pelo teste de média Tukey a 5% de probabilidade, para cada clone estudado. Com este trabalho, foi possível avaliar o impacto de diferentes déficits hídricos, no crescimento inicial das plantas, em duas épocas do ano e avaliar o incremento no desenvolvimento das plantas durante a aplicação dos tratamentos, com retiradas de amostras médias de cada tratamento a cada 30 dias. As variáveis medidas nos dois experimentos foram altura total da planta, diâmetro ao nível do coleto, número de folhas, área foliar, matéria seca de folhas, matéria seca de haste e ramos, matéria seca de raízes e matéria seca total. Foram avaliadas as variáveis climáticas durante todo o período experimental, nas duas épocas, a fim de determinar a condição do clima em cada época. Para os dois clones estudados, em geral, os déficits hídricos promoveram a redução das variáveis morfológicas estudadas e a época experimental foi o fator que mais influenciou a redução do crescimento das plantas. Sendo que a Época 1 foi a que proporcionou resultados superiores, e a Época 2 foi a que prejudicou mais o desenvolvimento das plantas, reduzindo significativamente todas as variáveis morfológicas em todos os déficits hídricos, inclusive o D0.

Concepção de uma pequena turbina eólica destinada ao segmento doméstico (simplificação e análise aerodinâmica das pás)

O trabalho que se apresenta incide sobre o estudo aerodinâmico das pás de uma turbina eólica de pequeno porte, com vista à simplificação geométrica, de forma a que estas sejam baratas e de fácil concepção. A teoria da quantidade de movimento do elemento de pá (BEMT), que é o modelo de referência para o projecto e análise aerodinâmica das pás das turbinas eólicas, foi utilizada neste trabalho de forma a projectar e analisar aerodinamicamente as pás da turbina. Sendo assim, desenvolveu-se um programa computacional em MATLAB, denominado de “Turbina”, de forma a implementar a teoria BEM. Introduzindo os dados dos parâmetros de projecto no programa (potência requerida, o número de pás, velocidade do vento, a TSR e o tipo de perfil alar), obtêm-se os parâmetros geométricos das pás (distribuição da corda ao longo da envergadura, o raio da pá e a distribuição da torção da pá), os parâmetros aerodinâmicos e de desempenho. Uma pá ideal foi calculada e de seguida foi modificada de forma a obter-se uma pá simples e menos carregada aerodinamicamente. Introduzidas as modificações na geometria da pá ideal, obtiveram-se duas configurações distintas. Uma configuração linear, onde a distribuição da corda e do ângulo de torção se tornam lineares, e outra configuração bi-linear, onde a distribuição da corda continua linear mas o ângulo de torção se torna bi-linear, isto é, a pá é composta por dois troços onde cada troço apresenta uma distribuição linear do ângulo de torção geométrica. As conclusões demonstram que a configuração bi-linear é uma boa alternativa a configuração ideal, apresentando uma redução do desempenho do rotor de 2.8% para um aumento do raio da pá em 1.41%, para se obter a mesma potência da configuração ideal. A análise aos perfis alares, utilizados neste trabalho, foi efectuada a partir dos programas comerciais ICEM e FLUENT. De forma a automatizar a análise de CFD, três programas foram desenvolvidos utilizando a linguagem de programação “C”. Os programas são denominados de “Malha2D”, “Calcula_Coeficientes” e “Plot_Graficos”. Finalmente, um estudo paramétrico foi feito de forma a avaliar a influências das variáveis de projecto no desempenho geral da turbina.

Estimativa do recurso associado a um parque eólico e solução ótima de integração do parque numa rede elétrica do sudeste brasileiro

Um dos objetivos da presente dissertação consiste em estimar o recurso eólico num determinado local com base em dados de velocidade e direção de vento de outro local. Para esta estimativa, é utilizado um método que faz a extrapolação dos dados de vento do local onde as medições de velocidade e direção de vento foram realizadas para o local onde se quer estimar o recurso eólico, permitindo assim fazer uma avaliação da potência disponível que se pode obter para uma dada configuração de turbinas eólicas e tendo em consideração fatores topográficos tais como a rugosidade, orografia da superfície e também obstáculos em redor. Este método foi aplicado usando a ferramenta computacional, Wind Atlas Analysis and Aplication Program (WAsP), de modo a avaliar a potência média de um parque eólico na região de Osório, Brasil. O outro objetivo desta dissertação consiste no estudo e definição da melhor ligação do referido parque eólico à rede elétrica local. Para o efeito e após modelização da rede elétrica foram identificados os reforços de rede necessários na zona que irá receber a nova potência do parque eólico. No estudo em causa foram avaliadas quatro alternativas de ligação do parque eólico à rede. A escolha da melhor alternativa de ligação foi efetuada tendo por base uma análise de relação entre benefício de perdas da rede e custos de reforço da rede local.

Short-term wind forecasting for energy resources scheduling

This paper proposes a wind power forecasting methodology based on two methods: direct wind power forecasting and wind speed forecasting in the first phase followed by wind power forecasting using turbines characteristics and the aforementioned wind speed forecast. The proposed forecasting methodology aims to support the operation in the scope of the intraday resources scheduling model, namely with a time horizon of 5 minutes. This intraday model supports distribution network operators in the short-term scheduling problem, in the smart grid context. A case study using a real database of 12 months recorded from a Portuguese wind power farm was used. The results show that the straightforward methodology can be applied in the intraday model with high wind speed and wind power accuracy. The wind power forecast direct method shows better performance than wind power forecast using turbine characteristics and wind speed forecast obtained in first phase.

Modelo de previsão meteorológica baseado em sistemas de inferência difusa

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Impacto da poluição luminosa nas aves marinhas da ilha Terceira

Dissertação de Mestrado em Gestão e Conservação da Natureza.

PAH air pollution at a Portuguese urban area: carcinogenic risks and sources identification

This study aimed to characterize air pollution and the associated carcinogenic risks of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs) at an urban site, to identify possible emission sources of PAHs using several statistical methodologies, and to analyze the influence of other air pollutants and meteorological variables on PAH concentrations.The air quality and meteorological data were collected in Oporto, the second largest city of Portugal. Eighteen PAHs (the 16 PAHs considered by United States Environment Protection Agency (USEPA) as priority pollutants, dibenzo[a,l]pyrene, and benzo[j]fluoranthene) were collected daily for 24 h in air (gas phase and in particles) during 40 consecutive days in November and December 2008 by constant low-flow samplers and using polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane filters for particulate (PM10 and PM2.5 bound) PAHs and pre-cleaned polyurethane foam plugs for gaseous compounds. The other monitored air pollutants were SO2, PM10, NO2, CO, and O3; the meteorological variables were temperature, relative humidity, wind speed, total precipitation, and solar radiation. Benzo[a]pyrene reached a mean concentration of 2.02 ngm−3, surpassing the EU annual limit value. The target carcinogenic risks were equal than the health-based guideline level set by USEPA (10−6) at the studied site, with the cancer risks of eight PAHs reaching senior levels of 9.98×10−7 in PM10 and 1.06×10−6 in air. The applied statistical methods, correlation matrix, cluster analysis, and principal component analysis, were in agreement in the grouping of the PAHs. The groups were formed according to their chemical structure (number of rings), phase distribution, and emission sources. PAH diagnostic ratios were also calculated to evaluate the main emission sources. Diesel vehicular emissions were the major source of PAHs at the studied site. Besides that source, emissions from residential heating and oil refinery were identified to contribute to PAH levels at the respective area. Additionally, principal component regression indicated that SO2, NO2, PM10, CO, and solar radiation had positive correlation with PAHs concentrations, while O3, temperature, relative humidity, and wind speed were negatively correlated.

Self-Scheduling for energy and spinning reserve of wind/CSP plants by a MILP approach

This paper is on the self-scheduling for a power producer taking part in day-ahead joint energy and spinning reserve markets and aiming at a short-term coordination of wind power plants with concentrated solar power plants having thermal energy storage. The short-term coordination is formulated as a mixed-integer linear programming problem given as the maximization of profit subjected to technical operation constraints, including the ones related to a transmission line. Probability density functions are used to model the variability of the hourly wind speed and the solar irradiation in regard to a negative correlation. Case studies based on an Iberian Peninsula wind and concentrated solar power plants are presented, providing the optimal energy and spinning reserve for the short-term self-scheduling in order to unveil the coordination benefits and synergies between wind and solar resources. Results and sensitivity analysis are in favour of the coordination, showing an increase on profit, allowing for spinning reserve, reducing the need for curtailment, increasing the transmission line capacity factor. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Avaliação do potencial eólico para geração de energia eléctrica

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica /Energia