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

Sistema de emulação de aerogeradores para aplicação em geração distribuída de energia elétrica

Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

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.

Development of an historical landscape photography database to support landscape change analysis in the Northeast of Portugal

Repeat photography is an efficient, effective and useful method to identify trends of changes in the landscapes. It was used to illustrate long-term changes occurring in the landscapes. In the Northeast of Portugal, landscapes changes is currently driven mostly by agriculture abandonment and agriculture and energy policy. However, there is a need to monitoring changes in the region using a multitemporal and multiscale approach. This project aimed to establish an online repository of oblique digital photography from the region to be used to register the condition of the landscape as recorded in historical and contemporary photography over time as well as to support qualitative and quantitative assessment of change in the landscape using repeat photography techniques and methods. It involved the development of a relational database and a series of web-based services using PHP: Hypertext Preprocessor language, and the development of an interface, with Joomla, of pictures uploading and downloading by users. The repository will make possible to upload, store, search by location, theme, or date, display, and download pictures for Northeastern Portugal. The website service is devoted to help researchers to obtain quickly the photographs needed to apply RP through a developed search engine. It can be accessed at: http://esa.ipb.pt/digitalandscape/.

Análisis de la viabilidad técnica y financiera de la generación de energía eléctrica a partir del recurso eólico en el municipio de Pereira

La electricidad es un insumo fundamental para el desarrollo actual de la humanidad, es la pieza clave en aspectos que cubren desde necesidades básicas como el acceso a la salud, educación, vivienda y alimentos, hasta hacer parte esencial del desarrollo tecnológico y económico de un territorio -- En Colombia, la cadena productiva de la generación de energía -bajo una matriz predominante hidroeléctrica- tiene asociados impactos ambientales y sociales como la alteración de los regímenes hidrológicos, el transporte de sedimentos, las migraciones ícticas, el desplazamiento de las comunidades, las condiciones de seguridad alimentaria de las poblaciones afectadas aguas abajo y los procesos de erosión remontante asociados con la construcción de represas, entre otros -- El impacto no solo se presenta en la etapa de construcción, puesto que la generación, transmisión, distribución y uso final generan una huella de carbono bastante significativa -- Si bien el sector eléctrico no es el único generador de gases nocivos, dicha plataforma económica genera por sí sola el 40% de emisiones de dióxido de carbono mundiales y por lo menos el 25% del total de todos los gases efecto invernadero, tal como lo afirma el GWEC, Global Wind Energy Council (Sawyer, 2011: 66); por lo que la implementación de una solución de producción de energía limpia implica la reducción sustancial de las emisiones nocivas para el planeta tierra -- Con el propósito de intensificar la aplicación de energías renovables dentro de la matriz energética internacional, la ONU designó el 2012 como el año oficial de las energías renovables -- El resultado se ve reflejado en la iniciativa Energía Sostenible para Todos - SE4ALL, mediante la cual se plantean tres objetivos que deberán ser alcanzados con la participación y contribución de los países miembros de la ONU: 1) Acceso universal a servicios modernos de energía, 2) Mejora en eficiencia energética y 3) Duplicación de la participación de energías renovables en la matriz energética mundial (SE4ALL, 2012) -- Sumado a esto, el desarrollo y aplicación de energías renovables son herramientas importantes para la mitigación y adaptación al cambio climático en la medida en que reducen gases de efecto invernadero (GEI) y diversifican la canasta energética de los países (FEDESARROLLO, 2013) -- Este trabajo evalúa la posibilidad de incrementar la competitividad nacional y regional a partir de la generación local de energía en el municipio de Pereira y las ventajas de la generación distribuida respecto a la generación centralizada en términos de eficiencia energética, evidenciando el potencial eólico del municipio para su utilización en la generación de energía eléctrica -- La energía eólica, fuente autóctona de electricidad, representa una alternativa para la modificación del modelo productivo convencional, siendo una tecnología competitiva no solo dentro de las renovables sino también con respecto a la cogeneración de energía -- La implementación de ella tiene implícito un mejor aprovechamiento del espacio, un impacto ambiental bajo y un desarrollo a nivel de investigación y tecnología importante -- Su implementación no contamina, contribuyendo a la disminución de emisiones de dióxido de carbono, aportando de este modo en la solución de la crisis ecológica mundial y la desaceleración del cambio climático -- La tecnología eólica representa entonces una alternativa a tener en cuenta para la generación de energía limpia, frente a otras formas tradicionales altamente contaminantes o de gran impacto ambiental -- Pese a todos los factores de importancia que ha adquirido el desarrollo en la materia, existe un número muy limitado de investigaciones que aborden la temática de aplicabilidad de estos criterios en Colombia; específicamente en Pereira no existía a la fecha ningún adelanto investigativo -- La importancia de este estudio radica en el potencial descubierto en un entorno que no había sido explorado, llegando a ser determinante para el futuro desarrollo tecnológico en este campo y dando apertura a otras investigaciones que complementen el presente estudio

Enquadramento legal e estudo económico de parques eólicos

Portugal, no intuito de alcançar metas ambientais e económicas a que se propôs, e de reduzir a dependência das importações de energia, tem aumentado o investimento em eletricidade produzida a partir de energias renováveis (FER-E). Apesar do consenso em torno da sua utilização, as energias renováveis deparam-se com barreiras de várias ordens que dificultam a sua difusão no mercado. A atuação do Estado neste enquadramento passa por criar modelos de promoção da FER-E. A maioria dos países da União Europeia, incluindo Portugal, aplica as tarifas feed-in (FIT) como instrumento central de suporte à FER-E, inserido num modelo de apoio que contempla outros parâmetros de construção considerados críticos para o seu sucesso. No seguimento do estágio realizado na empresa Senvion Portugal a presente tese explora os programas e modelos de apoio às FER-E em Portugal, nomeadamente as que se referem à energia eólica. Bem como os trabalhos realizados com as equipas de O&M e a realização de um estudo de viabilidade económica da substituição de aerogeradores no parque eólico de Picos Verdes II.

Caracterização analítica e geométrica da metodologia geral de determinação de distribuições de Weibull para o regime eólico e suas aplicações

O regime eólico de uma região pode ser descrito por distribuição de frequências que fornecem informações e características extremamente necessárias para uma possível implantação de sistemas eólicos de captação de energia na região e consequentes aplicações no meio rural em regiões afastadas. Estas características, tais como a velocidade média anual, a variância das velocidades registradas e a densidade da potência eólica média horária, podem ser obtidas pela frequência de ocorrências de determinada velocidade, que por sua vez deve ser estudada através de expressões analíticas. A função analítica mais adequada para distribuições eólicas é a função de densidade de Weibull, que pode ser determinada por métodos numéricos e regressões lineares. O objetivo deste trabalho é caracterizar analítica e geometricamente todos os procedimentos metodológicos necessários para a realização de uma caracterização completa do regime eólico de uma região e suas aplicações na região de Botucatu - SP, visando a determinar o potencial energético para implementação de turbinas eólicas. Assim, foi possível estabelecer teoremas relacionados com a forma de caracterização do regime eólico, estabelecendo a metodologia concisa analiticamente para a definição dos parâmetros eólicos de qualquer região a ser estudada. Para o desenvolvimento desta pesquisa, utilizou-se um anemômetro da CAMPBELL.

Teoria de carteiras e a alocação de parques eólicos offshore

The consumption of energy on the planet is currently based on fossil fuels. They are responsible for adverse effects on the environment. Renewables propose solutions for this scenario, but must face issues related to the capacity of the power supply. Wind energy offshore emerging as a promising alternative. The speed and stability are greater winds over oceans, but the variability of these may cause inconvenience to the generation of electric power fluctuations. To reduce this, a combination of wind farms geographically distributed was proposed. The greater the distance between them, the lower the correlation between the wind velocity, increasing the likelihood that together achieve more stable power system with less fluctuations in power generation. The efficient use of production capacity of the wind park however, depends on their distribution in marine environments. The objective of this research was to analyze the optimal allocation of wind farms offshore on the east coast of the U.S. by Modern Portfolio Theory. The Modern Portfolio Theory was used so that the process of building portfolios of wind energy offshore contemplate the particularity of intermittency of wind, through calculations of return and risk of the production of wind farms. The research was conducted with 25.934 observations of energy produced by wind farms 11 hypothetical offshore, from the installation of 01 simulated ocean turbine with a capacity of 5 MW. The data show hourly time resolution and covers the period between January 1, 1998 until December 31, 2002. Through the Matlab R software, six were calculated minimum variance portfolios, each for a period of time distinct. Given the inequality of the variability of wind over time, set up four strategies rebalancing to evaluate the performance of the related portfolios, which enabled us to identify the most beneficial to the stability of the wind energy production offshore. The results showed that the production of wind energy for 1998, 1999, 2000 and 2001 should be considered by the portfolio weights calculated for the same periods, respectively. Energy data for 2002 should use the weights derived from the portfolio calculated in the previous time period. Finally, the production of wind energy in the period 1998-2002 should also be weighted by 1/11. It follows therefore that the portfolios found failed to show reduced levels of variability when compared to the individual production of wind farms hypothetical offshore

Estudo comparativo de pás para aerogeradores de grande porte fabricadas em materiais compósitos reforçadas com fibra de carbono ou fibra de vidro

The research and development of wind turbine blades are essential to keep pace with worldwide growth in the renewable energy sector. Although currently blades are typically produced using glass fiber reinforced composite materials, the tendency for larger size blades, particularly for offshore applications, has increased the interest on carbon fiber reinforced composites because of the potential for increased stiffness and weight reduction. In this study a model of blade designed for large generators (5 MW) was studied on a small scale. A numerical simulation was performed to determine the aerodynamic loading using a Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Two blades were then designed and manufactured using epoxy matrix composites: one reinforced with glass fibers and the other with carbon fibers. For the structural calculations, maximum stress failure criterion was adopted. The blades were manufactured by Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM), typical for this type of component. A weight comparison of the two blades was performed and the weight of the carbon fiber blade was approximately 45% of the weight of the fiberglass reinforced blade. Static bending tests were carried out on the blades for various percentages of the design load and deflections measurements were compared with the values obtained from finite element simulations. A good agreement was observed between the measured and calculated deflections. In summary, the results of this study confirm that the low density combined with high mechanical properties of carbon fibers are particularly attractive for the production of large size wind turbine blades

Estudo de reatores eletroquímicos para remoção de Cu2+ , Zn2+, Fenol e BTEX em água produzida

The production of water has become one of the most important wastes in the petroleum industry, specifically in the up stream segment. The treatment of this kind of effluents is complex and normally requires high costs. In this context, the electrochemical treatment emerges as an alternative methodology for treating the wastewaters. It employs electrochemical reactions to increase the capability and efficiency of the traditional chemical treatments for associated produced water. The use of electrochemical reactors can be effective with small changes in traditional treatments, generally not representing a significant additional surface area for new equipments (due to the high cost of square meter on offshore platforms) and also it can use almost the same equipments, in continuous or batch flow, without others high costs investments. Electrochemical treatment causes low environmental impact, because the process uses electrons as reagent and generates small amount of wastes. In this work, it was studied two types of electrochemical reactors: eletroflocculation and eletroflotation, with the aim of removing of Cu2+, Zn2+, phenol and BTEX mixture of produced water. In eletroflocculation, an electrical potential was applied to an aqueous solution containing NaCl. For this, it was used iron electrodes, which promote the dissolution of metal ions, generating Fe2+ and gases which, in appropriate pH, promote also clotting-flocculation reactions, removing Cu2+ and Zn2+. In eletroflotation, a carbon steel cathode and a DSA type anode (Ti/TiO2-RuO2-SnO2) were used in a NaCl solution. It was applied an electrical current, producing strong oxidant agents as Cl2 and HOCl, increasing the degradation rate of BTEX and phenol. Under different flow rates, the Zn2+ was removed by electrodeposition or by ZnOH formation, due the increasing of pH during the reaction. To better understand the electrochemical process, a statistical protocol factor (22) with central point was conducted to analyze the sensitivity of operating parameters on removing Zn2+ by eletroflotation, confirming that the current density affected the process negatively and the flow rate positively. For economical viability of these two electrochemical treatments, the energy consumption was calculated, taking in account the kWh given by ANEEL. The treatment cost obtained were quite attractive in comparison with the current treatments used in Rio Grande do Norte state. In addition, it could still be reduced for the case of using other alternative energy source such as solar, wind or gas generated directly from the Petrochemical Plant or offshore platforms

Caracterização ambiental de bancos areno-lamosos nos campos petrolíferos de Macau e Serra (RN), como subsídio às medidas mitigadoras ao processo erosivo

On Rio Grande do Norte northern coast the process of sediment transport are intensely controlled by wind and sea (waves and currents) action, causing erosion and shoreline morphological instability. Due to the importance of such coastal zone it was realized the multi-spectral mapping and physical-chemical characterization of mudflats and mangroves aiming to support the mitigating actions related to the containment of the erosive process on the oil fields of Macau and Serra installed at the study area. The multi-spectral bands of 2000 and 2008 LANDSAT 5 TM images were submitted on the several digital processing steps and RGB color compositions integrating spectral bands and Principal Components. Such processing methodology was important to the mapping of different units on surface, together with field works. It was possible to make an analogy of the spectral characteristics of wetlands with vegetations areas (mangrove), showing the possibility to make a restoration of this area, contributing with the environmental monitoring of that ecosystem. The maps of several units were integrated in GIS environment at 1:60,000 scale, including the classification of features according to the presence or absence of vegetation cover. Thus, the strategy of methodology established that there are 10.13 km2 at least of sandy-muddy and of these approximately 0.89 km2 with the possibility to be used in a reforestation of typical flora of mangrove. The physical-chemical characterization showed areas with potential to introduce local species of mangrove and they had a pH above neutral with a mean of 8.4. The characteristic particle size is sand in the fine fractions, the high levels of carbonate, organic matter and major and trace element in general are concentrated where the sediment had the less particles size, showing the high correlation that those elements have with smaller particles of sediment. The application of that methodological strategy is relevant to the better understanding of features behavior and physical-chemical data of sediment samples collected on field allow the analysis of efficiency/capability of sandy-muddy to reforestation with local mangrove species for mitigation of the erosive action and coastal processes on the areas occupied by the oil industry

Metodi numerici per la definizione e soluzione di modelli probabilistici complessi per l’ingegneria della manutenzione.

Negli ultimi anni, lo scenario di crescente competizione su cui si affaccia il mercato ha spinto le aziende a interessarsi sempre più frequentemente all’ingegneria della manutenzione, allo scopo di avvalersi di tecniche che permettano di pianificare strategie di manutenzione per i sistemi produttivi che siano efficaci nel minimizzare i costi di gestione garantendo prestazioni e livelli di sicurezza elevati. Le tecniche analitiche tipiche dell’ingegneria della manutenzione sono nate in settori industriali che richiedono elevati livelli di progresso tecnologico (aeronautico, nucleare), e si basano su ipotesi specifiche stringenti, che risultano limitanti nel panorama sempre più vasto ed eterogeneo in cui ne si richiede l’applicazione. D’altra parte, la rimozione di tali ipotesi rende necessario il ricorso a tecniche di risoluzione numeriche. In questa tesi si definisce un nuovo modello che permetta di caratterizzare un sistema di produzione tenendo conto di tutti i possibili aspetti di interesse nell’ambito dell’ingegneria della manutenzione. Inoltre, sono descritti gli algoritmi definiti per la risoluzione di tale modello.

Tecnologie per l'implementazione dell'iniezione diretta di benzina in motori ad accensione comandata

In questo elaborato sono stati analizzati i vantaggi di un motore benzina GDI rispetto ad un motore PFI, studiando in particolar modo le tecnologie per la formazione della miscela omogenea e stratificata, le configurazioni spray-guided, wall-guided e air-guided della camera di combustione, i principali iniettori utilizzati e le loro caratteristiche. Inoltre è stato eseguito un approfondimento sui parametri che influenzano maggiormente l'emissione di inquinanti come la fasatura delle valvole, la posizione dell'iniettore e l'iniezione multipla, cercando di ottimizzarli in funzione delle nuove normative europee relative alle emissioni per i motori benzina. Infine è stata verificata l'efficienza dell'applicazione del filtro antiparticolato per motori benzina ad iniezione diretta (GPF).

Confronto tra le tecniche XRD e IHD per la misura di tensioni residue

Le rotture a fatica dei componenti sono dovute principalmente alle tensioni di trazione generate da carichi ciclici e variabili nel tempo. Le cricche causate da questo tipo di tensioni possono propagarsi e crescere fino a causare danni catastrofici nel componente. La fatica costituisce uno dei fattori principali di rottura delle strutture aeronautiche; in campo aeronautico sono quindi molto diffusi dei trattamenti superficiali che permettono di indurre tensioni di compressione che contrastano quelle di trazione, in modo tale da ritardare o prevenire le rotture dovute al fenomeno della fatica. Esistono diverse tecniche per raggiungere questo risultato e permettere di prolungare la vita a fatica di un componente metallico, la più nota è sicuramente il Laser Shock Peening (LSP). Nel corso degli ultimi anni la maggior parte delle ricerche condotte rispetto a questa tecnica sono state incentrate sugli effetti meccanici che questo trattamento ha sul materiale in modo da determinare la configurazione ottimale per ottenere una distribuzione delle tensioni il più efficace possibile ai fini della vita a fatica; sono state svolte diverse prove sperimentali per studiare il ruolo dei parametri del laser e ottimizzare la procedura del LSP. Tra le tecniche utilizzate per valutare gli effetti del LSP in termini di tensioni residue, spiccano, oltre ai metodi computazionali, l'X-ray Diffraction (XRD) e l'Incremental Hole Drilling (IHD). L'elaborato di tesi qui presentato ha come scopo il confronto tra i livelli di tensioni residue riscontrate all'interno di provini sottili in lega di alluminio, sottoposti a differenti trattamenti laser, attraverso i suddetti metodi XRD e IHD. I risultati, già noti, ottenuti con la tecnica l'XRD sono stati posti a verifica attraverso dei test svolti con l'IHD presso i laboratori MaSTeRLab della Scuola di Ingegneria dell'Università di Bologna.