Compensação ativa paralela baseada na teoria de potência conservativa

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise do regime de produção distribuída fotovoltaica para autoconsumo

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

Optimização de um sistema híbrido off-grid PV, Gerador Diesel e Baterias

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

Recursos energéticos distribuídos

Esse caderno traz uma reflexão sobre Recursos Energéticos Distribuídos (RED) e sua inserção no mercado de energia elétrica brasileiro. A geração distribuída, a eficiência energética, o gerenciamento de demanda e o armazenamento de energia compõem esse elenco de recursos que, atuando proximamente ao uso final da energia, é capaz de oferecer soluções – tanto do lado da oferta quanto do lado da demanda – que contribuam para o equilíbrio no atendimento energético. O entendimento sobre Recursos Energéticos Distribuídos no Brasil muito tem a ganhar na interação entre os centros de pesquisa nacionais e com pesquisadores e profissionais do exterior. Assim, agradecemos à colaboração recebida de diversos profissionais do Brasil e de outros países na realização desse caderno. Acreditamos que as experiências pesquisadas na realização dessa publicação, e agora compartilhadas com o público em geral, auxiliarão a melhor entender e desenvolver os RED no Brasil.

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

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

Indicadores de impactos ambientais das nanotecnologias.

O foco da nanotecnologia são estruturas na escala de 1 a 100 nm e seu papel fundamental é o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, úteis para o armazenamento de energia, tratamento de água, remediação, farmacologia, diagnóstico de doenças, cosméticos, entre outros. Apesar de suas vantagens, a nanotecnologia oferece riscos ambientais de grande importância, uma vez que esses novos materiais são desenvolvidos em laboratórios e não estão disponíveis na natureza, o que gera dúvidas sobre seus efeitos. Para diagnosticar as consequências dessas tecnologias no meio ambiente, foram levantados, por meio da consulta à literatura especializada, indicadores de impactos ambientais das Nanotecnologias. Alguns dos indicadores estão relacionados no presente trabalho e fornecem informações organizadas para promover o seu uso sustentável e permitir uma melhor qualidade de vida da população .

Advances in integration of photovoltaic power and energy production in practical systems

This thesis presents advances in integration of photovoltaic (PV) power and energy in practical systems, such as existing power plants in buildings or directly integrated in the public electrical grid. It starts by providing an analyze of the current state of PV power and some of its limitations. The work done in this thesis begins by providing a model to compute mutual shading in large PV plants, and after provides a study of the integration of a PV plant in a biogas power plant. The remainder sections focus on the work done for project PVCROPS, which consisted on the construction and operation of two prototypes composed of a PV system and a novel battery connected to a building and to the public electrical grid. These prototypes were then used to test energy management strategies and validate the suitability of the two advanced batteries (a lithium-ion battery and a vanadium redox ow battery) for households (BIPV) and PV plants. This thesis is divided in 7 chapters: Chapter 1 provides an introduction to explain and develop the main research questions studied for this thesis; Chapter 2 presents the development of a ray-tracing model to compute shading in large PV elds (with or without trackers); Chapter 3 shows the simulation of hybridizing a biogas plant with a PV plant, using biogas as energy storage; Chapters 4 and 5 present the construction, programming, and initial operation of both prototypes (Chapter 4), EMS testing oriented to BIPV systems (Chapter 5). Finally, Chapters 6 provides some future lines of investigation that can follow this thesis, and Chapter 7 shows a synopsis of the main conclusions of this work; Resumo: Avanços na integracão de potência fotovoltaica e producão de energia em sistemas práticos Esta tese apresenta avanços na integração de potência e energia fotovoltaica (PV) em sistemas práticos, tais como centrais existentes ou a rede eléctrica pública. Come ça por analisar o estado corrente do fotovoltaico no mundo e aborda algumas das suas limitações. O trabalho feito para esta tese de doutoramento começou pelo desenvolvimento de um modelo para calcular os sombreamentos que ocorrem em grandes campos fotovoltaicos, e depois apresenta um estudo sobre a integração um sistema fotovoltaico em uma central eléctrica a bióg as. As ultimas secções da tese focam-se no trabalho feito para o projecto PVCROPS, que consistiu na construção e operação de dois demonstratores, cada um formado por um sistema fotovoltaico e bateria conectados a um edíficio e a rede eléctrica pública. Estes protótipos foram posteriormente utilizados para testar estratégias de gestão de energia (EMS) e para validar a operação de duas baterias avançadas (bateria de Iões de Li tio e bateria de Fluxo Redox de Van adio) e a sua utiliza ção para habitações e centrais PV. A tese está dividida em 7 capitulos: O capitulo 1 apresenta uma introdução para explicar e desenvolver as principais questões que foram investigadas nesta tese; O capitulo 2 mostra o desenvolvimento de um modelo baseado em traçados de raios para calcular sombreamentos mútuos em grandes centrais PV (com e sem seguidores); O capitulo 3 mostra a simulação da hibridização de uma central electrica a biogas com uma central PV, e utilizando o biógas como armazenamento de energia. Os capitulos 4 e 5 apresentam a construção, programação e operação inicial dos dois demonstradores (Capitúlo 4), o teste de EMS orientadas para sistemas PV em habitações (Capítulo 5). Finalmente, o capítulo 6 sugere algumas futuras linhas de investigação que poderão seguir esta tese, e o Capítulo 7 faz uma sinopse das principais conclusões deste trabalho.

Materiais electrocrómicos e mecaelectroquímicos: contextualização e experimentação na disciplina de química do 12º ano

Durante os últimos 1O anos, em particular, tem-se assistido à descoberta e desenvolvimento de materiais com propriedades únicas e potencialmente úteis em vários domínios da Ciência e Tecnologia. Quer seja na área das Ciências Biomédicas e do Ambiente, na área das Novas Tecnologias de Informação e Comunicação ou nas Novas Tecnologias relacionadas com sistemas de Conversão e Armazenamento de Energia Eléctrica, encontram-se inúmeros exemplos de Novos Materiais com propriedades muito interessantes, e cujas aplicações inovadoras podem revolucionar o nosso Mundo. O presente trabalho é uma proposta de contextualização e experimentação do tema "Materiais Electrocrómicos e Mecaelectroquímicos" no Programa de Química de 12° Ano, nomeadamente na terceira Unidade - Plásticos, Vidros e Novos Materiais. Neste, é apresentada uma sub-unidade que possa integrar a unidade referida. Faz-se especial referência às aplicações dos polímeros condutores, que pela sua inovação e actualidade tomam a leccionação do tema mais apelativa, interessante e facilitadora de uma literacia científica. São apresentadas experiências laboratoriais demonstrativas e elucidativas do tema em questão. Como forma de apoiar a leccionação do referido tema, é apresentada a proposta de uma animação gráfica animada em Power Point. ABSTRACT: During the past 1O years, in particular, it has witnessed to the discovery and development of materials with unique properties and potentially useful in various fields of Science and Technology. There are numerous examples of new materials in different areas, such as Biomedical, Energy and Environmental Sciences and New information and Communication Technologies, with very interesting properties, and whose innovative applications can have an outstanding impact in our world. This dissertation is a proposal of contextualization and experimentation of theme "Electrochromic Materials and Electrochemical Artificial Muscles" in the Program of Chemistry, in 12th year, particularly in the third unit - Plastics, Glass and New Materials. lt will present a sub-unit that can integrate the unit above. The definitions and some applications of the Electrochromic Materials and Electrochemical Artificial Muscles are showed. Demonstrative and illustrative laboratory experiments of the theme are proposed. ln order to support the teaching of that subject, it is presented an animated graphical presentation in Power Point.

Fertirrigação nitrogenada e potássica para produção de maçã cv. Julieta em clima semiárido tropical.

A cultura da macieira, a exemplo de outras frutiferas, tem na adubação mineral, um dos fatores que mais contribuem para a qualidade de frutos e produtividade (NAVA et al., 2008), sendo o nitrogênio (N) e potássio (K) os nutrientes exportados em maior quantidade pela cultura (Souza16 et al., 2013). O nitrogênio pode afetar o crescimento dos ramos em tamanho e número interferindo diretamente na produção de frutos e alterando tanto o calibre como o número de frutos produzidos (DOLINSKI et al., 2007). Outro nutriente fundamental para a macieira é o K, que constitui um dos nutrientes que mais limita a produtividade da macieira (NAVA et al., 2008) por exercer nas plantas funções relacionadas ao armazenamento de energia, eficiência do uso de água e translocação de carboidratos produzidos nas folhas (TAIZ & ZEIGER, 2013). Entretanto, as informações sobre os efeitos da adubação com N e K em macieiras cultivadas em regiões semiáridas ainda são incipientes na literatura cientifica o que motiva o presente trabalho. Neste sentido, o objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos da fertirrigação nitrogenada e potássica no cultivo da macieira (cv. ?Julieta?) em Lagoa Grande-PE.

Armazenamento sazonal de energia solar térmica de baixa temperatura para climatização de edifícios

Face aos padrões atuais de vida, em que despendemos a maior parte do nosso tempo no interior de edifícios, com um nível de conforto que ninguém quer abdicar, urge o desenvolvimento de tecnologias de climatização sustentáveis. Devido a uma combinação única de fatores, casas de baixo consumo de energia (e também casas passivas) em Portugal, são particularmente adequadas de explorar as vantagens da energia solar térmica, especialmente quando combinado com armazenamento sazonal de energia. No entanto nenhum exemplo documentado existe de como esta sinergia pode ser explorada com sucesso em Portugal, ilustrando assim o modo em que a necessidade de aquecimento pode ser colmatada de uma forma sustentável sem o uso de combustíveis fósseis. A energia solar é uma excelente alternativa de fonte de energia para aquecimento de edifícios. Um principal fator que limita a sua aplicação é que é uma fonte de energia com uma disponibilidade média de variação cíclica. O uso de armazenamento sazonal de energia pode reduzir substancialmente o custo do sistema solar que é capaz de fornecer até 100% das necessidades energéticas dos edifícios. Estes sistemas são projetados para armazenar a energia solar durante o verão e reter o calor armazenado para posterior utilização durante o inverno; Abstract: SEASONAL SOLAR THERMAL ENERGY STORAGE FOR LOW TEMPERATURE HEATING BUILDINGS. Given the current standards of living, where we spent most of our time inside buildings, with a level of Comfort that no one wants to give up, urges the development of sustainable climate control technologies. Due to a unique combination of factors, low energy (and also passive) houses in Portugal are particularly well suited to exploiting the advantages of solar thermal energy especially when combined with seasonal energy storage. However no documented example there of how this synergy can be exploited successfully in Portugal, illustrating the way in which the need for heating can be addressed in a sustainable manner without the use of fossil fuels. Solar energy is an important alternative energy source for heating applications. One main factor that limits its application is that it is an energy source with an average availability of cyclical variation. The use of seasonal thermal energy storage can substantially reduce the cost of solar energy systems that can supply up to 100% of buildings energy needs. Such systems are designed to collect solar energy during the summer and retain the stored heat for use during the winter.

Análise dos sistemas termo-solares de produção de energia eléctrica

Actualmente a humanidade depara-se com um dos grandes desafios que é o de efectivar a transição para um futuro sustentável. Logo, o sector da energia tem um papel chave neste processo de transição, com principal destaque para a energia solar, tendo em conta que é uma das fontes de energias renováveis mais promissoras, podendo no médiolongo prazo, tornar-se uma das principais fontes de energia no panorama energético dos países. A energia solar térmica de concentração (CSP), apesar não ser ainda conhecida em Portugal, possui um potencial relevante em regiões específicas do nosso território. Logo, o objectivo deste trabalho é efectuar uma análise detalhada dos sistemas solares de concentração para produção de energia eléctrica, abordando temas, tais como, o potencial da energia solar, a definição do processo de concentração solar, a descrição das tecnologias existentes, o estado da arte do CSP, mercado CSP no mundo, e por último, a análise da viabilidade técnico-económica da instalação de uma central tipo torre solar de 20 MW, em Portugal. Para que este objectivo fosse exequível, recorreu-se à utilização de um software de simulação termodinâmica de centrais CSP, denominado por Solar Advisor Model (SAM). O caso prático foi desenvolvido para a cidade de Faro, onde foram simuladas quatro configurações distintas para uma central do tipo torre solar de 20 MW. Foram apresentados resultados, focando a desempenho diário e anual da central. Foi efectuada uma análise para avaliação da influência da variabilidade dos parâmetros, localização geográfica, múltiplo solar, capacidade de armazenamento de calor e fracção de hibridização sobre o custo nivelado da energia (LCOE), o factor de capacidade e a produção anual de energia. Conjuntamente, é apresentada uma análise de sensibilidade, com a finalidade de averiguar quais os parâmetros que influenciam de forma mais predominante o valor do LCOE. Por último, é apresentada uma análise de viabilidade económica de um investimento deste tipo.

Sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica

Esta dissertação descreve o sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica desenvolvido no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação. O domínio de aplicação enquadra-se no contexto da Directiva da União Europeia 2006/32/EC que declara ser necessário colocar à disposição dos consumidores a informação e os meios que promovam a redução do consumo e o aumento da eficiência energética individual. O objectivo é o desenvolvimento de uma solução que permita a representação gráfica do consumo/produção, a definição de tectos de consumo, a geração automática de alertas e alarmes, a comparação anónima com clientes com perfil idêntico por região e a previsão de consumo/produção no caso de clientes industriais. Trata-se de um sistema distribuído composto por front-end e back-end. O front-end é composto pelas aplicações de interface com o utilizador desenvolvidas para dispositivos móveis Android e navegadores Web. O back-end efectua o armazenamento e processamento de informação e encontra-se alojado numa plataforma de cloud computing – o Google App Engine – que disponibiliza uma interface padrão do tipo serviço Web. Esta opção assegura interoperabilidade, escalabilidade e robustez ao sistema. Descreve-se em detalhe a concepção, desenvolvimento e teste do protótipo realizado, incluindo: (i) as funcionalidades de gestão e análise de consumo e produção de energia implementadas; (ii) as estruturas de dados; (iii) a base de dados e o serviço Web; e (iv) os testes e a depuração efectuados. (iv) Por fim, apresenta-se o balanço deste projecto e efectuam-se sugestões de melhoria.

Emissões de CO2 e aquecimento global: desenvolvimento de tecnologias de captura e armazenamento de CO2

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Captura e armazenamento de CO2

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Avaliação de duas variedades de cana-de-açúcar submetidas a diferentes tempos de armazenamento

Foram estudadas duas variedades de cana-de-açúcar (CO 413 e RB 72 454), com o objetivo de verificar o efeito do armazenamento pós-corte sobre suas características tecnológicas e bromatológicas. As variedades foram cortadas e armazenadas durante zero, 1,5, 3,0 e 4,5 dias. Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 4 . A variedade RB 72 454 apresentou melhor maturação que a variedade CO 413. O armazenamento proporcionou aumento no teor de açúcares redutores (P<0,01) e diminuição no teor protéico (P<0,01) das variedades de cana em estudo. A variedade RB 72 454 apresentou maior teor de matéria seca (P<0,01). Ambas as variedades, quando armazenadas durante 4,5 dias, apresentaram queda de 14,66 e 4,04% nos teores de proteína bruta e energia bruta, respectivamente.