AI in power systems and energy markets

In a world increasingly conscientious about environmental effects, power and energy systems are undergoing huge transformations. Electric energy produced from power plants is transmitted and distributed to end users through a power grid. The power industry performs the engineering design, installation, operation, and maintenance tasks to provide a high-quality, secure energy supply while accounting for its systems’ abilities to withstand uncertain events, such as weather-related outages. Competitive, deregulated electricity markets and new renewable energy sources, however, have further complicated this already complex infrastructure.Sustainable development has also been a challenge for power systems. Recently, there has been a signifi cant increase in the installation of distributed generations, mainly based on renewable resources such as wind and solar. Integrating these new generation systems leads to more complexity. Indeed, the number of generation sources greatly increases as the grid embraces numerous smaller and distributed resources. In addition, the inherent uncertainties of wind and solar energy lead to technical challenges such as forecasting, scheduling, operation, control, and risk management. In this special issue introductory article, we analyze the key areas in this field that can benefi t most from AI and intelligent systems now and in the future.We also identify new opportunities for cross-fertilization between power systems and energy markets and intelligent systems researchers.

Avaliação da performance empresarial: as métricas tradicionais versus as métricas baseadas em valor

Mestrado em Controlo e Gestão dos Negócios

Dynamic power- and failure-aware cloud resources allocation for Sets of independent tasks

Cloud computing is increasingly being adopted in different scenarios, like social networking, business applications, scientific experiments, etc. Relying in virtualization technology, the construction of these computing environments targets improvements in the infrastructure, such as power-efficiency and fulfillment of users’ SLA specifications. The methodology usually applied is packing all the virtual machines on the proper physical servers. However, failure occurrences in these networked computing systems can induce substantial negative impact on system performance, deviating the system from ours initial objectives. In this work, we propose adapted algorithms to dynamically map virtual machines to physical hosts, in order to improve cloud infrastructure power-efficiency, with low impact on users’ required performance. Our decision making algorithms leverage proactive fault-tolerance techniques to deal with systems failures, allied with virtual machine technology to share nodes resources in an accurately and controlled manner. The results indicate that our algorithms perform better targeting power-efficiency and SLA fulfillment, in face of cloud infrastructure failures.

The electric vehicle integration into the power system: an application to the portuguese case

Electric vehicles (EV) offer a great potential to address the integration of renewable energy sources (RES) in the power grid, and thus reduce the dependence on oil as well as the greenhouse gases (GHG) emissions. The high share of wind energy in the Portuguese energy mix expected for 2020 can led to eventual curtailment, especially during the winter when high levels of hydro generation occur. In this paper a methodology based on a unit commitment and economic dispatch is implemented, and a hydro-thermal dispatch is performed in order to evaluate the impact of the EVs integration into the grid. Results show that the considered 10 % penetration of EVs in the Portuguese fleet would increase load in 3 % and would not integrate a significant amount of wind energy because curtailment is already reduced in the absence of EVs. According to the results, the EV is charged mostly with thermal generation and the associated emissions are much higher than if they were calculated based on the generation mix.

Start-up circuit for low-power indoor light energy harvesting applications

A start-up circuit, used in a micro-power indoor light energy harvesting system, is described. This start-up circuit achieves two goals: first, to produce a reset signal, power-on-reset (POR), for the energy harvesting system, and secondly, to temporarily shunt the output of the photovoltaic (PV) cells, to the output node of the system, which is connected to a capacitor. This capacitor is charged to a suitable value, so that a voltage step-up converter starts operating, thus increasing the output voltage to a larger value than the one provided by the PV cells. A prototype of the circuit was manufactured in a 130 nm CMOS technology, occupying an area of only 0.019 mm(2). Experimental results demonstrate the correct operation of the circuit, being able to correctly start-up the system, even when having an input as low as 390 mV using, in this case, an estimated energy of only 5.3 pJ to produce the start-up.

Demand response in future power systems management – a conceptual framework and simulation tool

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

A 5GHz1.8V Low Power CMOS Low-Noise Amplifier

Wireless local-area networks (WLANs) have been deployed as office and home communications infrastructures worldwide. The diversification of the standards, such as IEEE 802.11 series demands the design of RF front-ends. Low power consumption is one of the most important design concerns in the application of those technologies. To maintain competitive hardware costs, CMOS has been used since it is the best solution for low cost and high integration processing, allowing analog circuits to be mixed with digital ones. In the receiver chain, the low noise amplifier (LNA) is one of the most critical blocks in a transceiver design. The sensitivity is mainly determined by the LNA noise figure and gain. It interfaces with the pre-select filter and the mixer. Furthermore, since it is the first gain stage, care must be taken to provide accurate input match, low-noise figure, good linearity and a sufficient gain over a wide band of operation. Several CMOS LNAs have been reported during the last decade, showing that the most research has been done at 802.11/b and GSM standards (900-2400MHz spectrum) and more recently at 802.11/a (5GHz band). One of the more significant disadvantages of 802.11/b is that the frequency band is crowded and subject to interference from other technologies, as is 2.4GHz cordless phones and Bluetooth. As the demand for radio-frequency integrated circuits, operating at higher frequency bands, increases, the IEEE 802.11/a standard becomes a very attractive option to wireless communication system developers. This paper presents the design and implementation of a low power, low noise amplifier aimed at IEEE 802.11a for WLAN applications. It was designed to be integrated with an active balun and mixer, representing the first step toward a fully integrated monolithic WLAN receiver. All the required circuits are integrated at the same die and are powered by 1.8V supply source. Preliminary experimental results (S-parameters) are shown and promise excellent results. The LNA circuit design details are illustrated in Section 2. Spectre simulation results focused at gain, noise figure (NF) and input/output matching are presented in Section 3. Finally, conclusions and comparison with other recently reported LNAs are made in Section 4, followed by future work.

Adam Smith on power and maritime trade

Copyright © 2014 The Pennsylvania State University, University Park, PA.

Estudo de uma tomada de água em modelo reduzido

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em hidráulica

Auditoria energética à indústria têxtil do Ave

A Indústria Têxtil do Ave S.A. (ITA) dedica-se, desde 1948, à produção de componentes têxteis para pneus em forma de fio torcido (corda) e tela. Estes componentes são quimicamente activados e impregnados em estufas, possibilitando assim a posterior adesão ao pneu. A máquina de impregnar corda Single End é composta pelos grupos de estiragem, por um recipiente contendo a solução química e por 4 estufas em série. A máquina de impregnar tela Zell é composta pelos grupos de estiragem, pelos acumuladores de saída e entrada, pelos recipientes com as soluções químicas e por um grupo de 7 estufas em série. O aquecimento das estufas é feito através da queima de gás natural. O presente trabalho teve como objectivo a realização de uma auditoria energética à ITA com um especial destaque às máquinas de impregnar corda (Single End) e tela (Zell). As correntes de entrada que contribuem para a potência térmica de impregnação são a combustão do gás natural, o ar de combustão, o ar fresco, o artigo em verde e as soluções químicas. As correntes de saída correspondem aos gases de combustão e exaustão, ao artigo impregnado e às perdas térmicas. A auditoria à máquina Single End mostrou que a potência térmica de impregnação é de 413,1 kW. Dessa potência térmica, 77,2% correspondem à combustão do gás natural, 6,7% ao ar de combustão, 15% ao ar fresco, 0,7% às cordas em verde e 0,4% à solução química. Da potência térmica de saída, 88,4% correspondem aos gases de combustão e exaustão, 3,2% às cordas impregnadas e 8,4% às perdas térmicas. Da auditoria à máquina Zell observou-se que a potência térmica de impregnação é de 5630,7 kW. Dessa potência, 73,3% corresponde à combustão do gás natural, 1,6% ao ar de combustão, 24,5% ao ar fresco, 0,3% à tela em verde e 0,3% às soluções químicas. Da potência térmica de saída, 65,2% correspondem aos gases de combustão e exaustão, 3,1% à tela impregnada e 31,7% às perdas térmicas. Foram sugeridas como medidas de optimização a redução dos caudais de exaustão das estufas e o aumento de temperatura do ar fresco. O aumento da temperatura do ar fresco da máquina de impregnar Single End para 50 ºC, usando ar quente dos torcedores, leva a uma poupança de 0,22 €/h, com um período de retorno do investimento de 13 anos e 4 meses enquanto o aumento para 120 ºC, usando o calor dos gases de combustão e exaustão, reduz os custos em 0,88 €/h, sendo o período de retorno para esse investimento de 2 anos e 6 meses. Na máquina de impregnar Zell, uma redução de 15% no caudal de exaustão numa das estufas leva a ganhos de 3,43 €/h. O aumento de temperatura do ar fresco para 45 ºC, usando o calor de gases de combustão e exaustão, leva a uma poupança de 9,93 €/h sendo o período de retorno para cada uma das duas sugestões de investimento de 5 meses e 9 meses.

Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios

Este trabalho surgiu do âmbito da Tese de Dissertação do Mestrado em Energias Sustentáveis do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tendo o acompanhamento dos orientadores da empresa Laboratório Ecotermolab do Instituto de Soldadura e Qualidade e do Instituto Superior de Engenharia do Porto, de forma a garantir a linha traçada indo de acordo aos objectivos propostos. A presente tese abordou o estudo do impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios, tendo como base de apoio à análise a simulação dinâmica do edifício em condições reais num programa adequado, acreditado pela norma ASHRAE 140-2004. Este trabalho pretendeu evidenciar qual o impacto da influência do ar novo na climatização de um edifício com a conjugação de vários factores, tais como, ocupação, actividades e padrões de utilização (horários), iluminação e equipamentos, estudando ainda a possibilidade do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. O princípio partiu fundamentalmente por determinar até que ponto se pode climatizar recorrendo único e exclusivamente à introdução de ar novo em regime de “Free-Cooling”, através de um sistema tudo-ar de Volume de Ar Variável - VAV, sem o apoio de qualquer outro sistema de climatização auxiliar localizado no espaço, respeitando os caudais mínimos impostos pelo RSECE (Decreto-Lei 79/2006). Numa primeira fase foram identificados todos os dados relativos à determinação das cargas térmicas do edifício, tendo em conta todos os factores e contributos alusivos ao valor da carga térmica, tais como a transmissão de calor e seus constituintes, a iluminação, a ventilação, o uso de equipamentos e os níveis de ocupação. Consequentemente foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando variáveis desde as envolventes à própria arquitectura, perfis de utilização ocupacional, equipamentos e taxas de renovação de ar nos diferentes espaços do edifício em estudo. Obtiveram-se vários modelos de forma a promover um estudo comparativo e aprofundado que permitisse determinar o impacto do ar novo na climatização do edifício, perspectivando a capacidade funcional do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. Deste modo, a análise e comparação dos dados obtidos permitiram chegar às seguintes conclusões: Tendo em consideração que para necessidades de arrefecimento bastante elevadas, o “Free-Cooling” diurno revelou-se pouco eficaz ou quase nulo, para o tipo de clima verificado em Portugal, pois o diferencial de temperatura existente entre o exterior e o interior não é suficiente de modo a tornar possível a remoção das cargas de forma a baixar a temperatura interior para o intervalo de conforto. Em relação ao “Free-Cooling” em horário nocturno ou pós-laboral, este revelou-se bem mais eficiente. Obtiveram-se prestações muito interessantes sobretudo durante as estações de aquecimento e meia-estação, tendo em consideração o facto de existir necessidades de arrefecimento mesmo durante a estação de aquecimento. Referente à ventilação nocturna, isto é, em períodos de madrugada e fecho do edifício, concluiu-se que tal contribui para um abaixamento do calor acumulado durante o dia nos materiais construtivos do edifício e que é libertado ou restituído posteriormente para os espaços em períodos mais tardios. De entre as seguintes variáveis, aumento de caudal de ar novo insuflado e o diferencial de temperatura existente entre o ar exterior e interior, ficou demonstrado que este último teria maior peso contributivo na remoção do calor. Por fim, é ponto assente que de um modo geral, um sistema de climatização será sempre indispensável devido a cargas internas elevadas, requisitos interiores de temperatura e humidade, sendo no entanto aconselhado o “Free- Cooling” como um opção viável a incorporar na solução de climatização, de forma a promover o arrefecimento natural, a redução do consumo energético e a introdução activa de ar novo.

Magnetic and plagioclase linear fabric discrepancy in dykes: a new way to define the flow vector using magnetic foliation

In basaltic dykes the magnetic lineation K1 (maximum magnetic susceptibility axis) is generally taken to indicate the flow direction during solidification of the magma. This assumption was tested in Tertiary basaltic dykes from Greenland displaying independent evidence of subhorizontal flow. The digital processing of microphotographs from thin sections cut in (K1, K2) planes yields the preferred linear orientation of plagioclase, which apparently marks the magma flow lineation. In up to 60% of cases, the angular separation between K1 and the assumed flow direction is greater than 45degrees. This suggests that the uncorroborated use of magnetic lineations in dykes is risky. A simple geometrical method is proposed to infer the flow vector from AMS in dykes based solely on magnetic foliations.

The influence of the blood pressure on the venous cerebral flow measured by magnetic susceptibility (SWI) technique

Susceptibility Weighted Image (SWI) is a Magnetic Resonance Imaging (MRI) technique that combines high spatial resolution and sensitivity to provide magnetic susceptibility differences between tissues. It is extremely sensitive to venous blood due to its iron content of deoxyhemoglobin. The aim of this study was to evaluate, through the SWI technique, the differences in cerebral venous vasculature according to the variation of blood pressure values. 20 subjects divided in two groups (10 hypertensive and 10 normotensive patients) underwent a MRI system with a Siemens® scanner model Avanto of 1.5T using a synergy head coil (4 channels). The obtained sequences were T1w, T2w-FLAIR, T2* and SWI. The value of Contrast-to-Noise Ratio (CNR) was assessed in MinIP (Minimum Intensity Projection) and Magnitude images, through drawing free hand ROIs in venous structures: Superior Sagittal Sinus (SSS) Internal Cerebral Vein (ICV) and Sinus Confluence (SC). The obtained values were presented in descriptive statistics-quartiles and extremes diagrams. The results were compared between groups. CNR shown higher values for normotensive group in MinIP (108.89 ± 6.907) to ICV; (238.73 ± 18.556) to SC and (239.384 ± 52.303) to SSS. These values are bigger than images from Hypertensive group about 46 a.u. in average. Comparing the results of Magnitude and MinIP images, there were obtained lower CNR values for the hypertensive group. There were differences in the CNR values between both groups, being these values more expressive in the large vessels-SSS and SC. The SWI is a potential technique to evaluate and characterize the blood pressure variation in the studied vessels adding a physiological perspective to MRI and giving a new approach to the radiological vascular studies.

Flow amperometric determination of carbofuran and fenobucarb

A simple, rapid, and precise amperometric method for quantification of N-methylcarbamate pesticides in water samples and phytopharmaceuticals is presented. Carbofuran and fenobucarb are the target analytes. The method is developed in flow conditions providing the anodic oxidation of phenolic-based compounds formed after alkaline hydrolysis. Optimization of instrumental and chemical variables is presented. Under the optimal conditions, the amperometric signal is linear for carbofuran and fenobucarb concentrations over the range of 1.0*10-7 to 1.0*10-5 molL-1, with a detection limit of about 2 ngmL-1. The amperometric method is successfully applied to the analysis of spiked environmental waters and commercial formulations. The proposed method allows 90 samples to be analysed per hour, using 500 mL of sample, and producing wastewaters of low toxicity. The proposed method permits determinations at the mgL 1 level and offers advantages of simplicity, accuracy, precision, and applicability to coloured and turbid samples, and automation feasibility.