Integração da eólica com a hídrica reversível

Este trabalho incide sobre a integração da energia eólica com a energia hídrica reversível num horizonte temporal de 24 horas com períodos horários. O objectivo deste trabalho é demonstrar as vantagens na utilização de um sistema eólico - hídrico reversível, aproveitando os excessos de energia eólica e/ou baixo custo da energia em horas de baixo consumo para bombear água da albufeira inferior para a superior, turbinando-a mais tarde quando for economicamente vantajoso. Serão apresentados três cenários com três simulações cada, para demonstrar a viabilidade económica do estudo.

Compatibilidade electromagnética: perturbações injectadas na rede eléctrica por onduladores de tensão

O desenvolvimento verificado nos semicondutores de potência permitiu uma revolução no processamento de energia eléctrica e com ele surgiram novos problemas relacionado com a qualidade de energia eléctrica. A produção a baixo custo dos semicondutores permitiu a massificação e disseminação de conversores estáticos de potência nas áreas industrial e residencial. Ao longo do tempo, têm vindo a aparecer sistemas e equipamentos electrónicos com o propósito de dar resposta às novas necessidades de processamento de energia eléctrica. Os inversores de tensão, conversores DC/AC, passaram a ser de utilização corrente. Uma vez que estes possuem comportamento não-lineares, são fontes de ruído e “lixo” harmónico, levantam problemas do ponto de vista da Compatibilidade Electromagnética (EMC). A Comissão Electrotécnica Internacional (IEC) debruça-se sobre estes fenómenos, desde 1906, sendo já normalização em vigor de maneira a atenuar o efeito da injecção de harmónicas de corrente na rede eléctrica. Alguma da normalização do IEC é desenvolvida em conjunto com a Organização Internacional de Normalização (ISO). Na Europa, o organismo responsável pela normalização electrotécnica é o Comité Europeu para a Normalização Electrotécnica (CENELEC). Em Portugal, a normalização está a cargo do Instituto Português de Qualidade (IPQ) e existem três tipos de normas: - Normas estritamente portuguesas (NP) - Normas que resultam da adopção de normas europeias (NP EN) - Normas que resultam da adopção de uma norma europeia, por sua vez, resultante da adopção de uma norma internacional (NP EN ISO) Neste trabalho é apresentado um estudo teórico e experimental relativo à geração e injecção na rede eléctrica de harmónicas de corrente por onduladores de tensão. Tendo em vista a comparação experimental e a medição de injecção harmónica de correntes na rede, foi projectado e construído um ondulador de tensão trifásico e uma rede estabilizadora de impedância de linha. Os estudos debruçam-se sobre o comportamento do ondulador de tensão monofásico, para o qual foram apenas utilizados dois braços do ondulador. Para além do estudo das harmónicas de corrente de baixa frequência, reguladas pela normalização nacional, foram apenas feitos estudos relativos à medida das perturbações de modo comum e modo diferencial propagadas por condução na gama das frequências mais elevadas.

Despacho óptimo em sistemas eléctricos de energia isolados

A gestão dos sistemas eléctricos de energia assume um papel fundamental a vários níveis. Desde logo, o bom funcionamento (qualidade e continuidade de serviço) e a segurança da exploração apenas são conseguidos com um bom planeamento. Outro ponto importantíssimo é o aspecto económico. A este nível, os sistemas eléctricos representam um peso importante nas economias nacionais, uma vez que a energia é o motor do desenvolvimento. Nos tempos que correm, o aparecimento de grandes potências tem agitado os mercados energéticos, fazendo com que o preço dos produtos energéticos atinja máximos históricos. No primeiro capítulo deste trabalho, é feita uma introdução onde se apresenta e contextualiza o Despacho Óptimo na gestão global dos sistemas eléctricos de energia e como estes evoluíram nos últimos anos. O problema do Despacho Óptimo e todas as condicionantes/variáveis inerentes à sua resolução são aprofundados no capítulo 2. Primeiramente desprezando as perdas de transmissão das linhas, e depois com a sua contemplação. É, também, apresentado o métodos dos multiplicadores de Lagrange aplicado a este problema. No capítulo 3 é feita uma resenha da evolução dos métodos utilizados para a resolução do Despacho Óptimo, fazendo-se a destrinça entre os métodos clássicos e os mais recentes métodos heurísticos. A evolução que se tem verificado ao longo dos anos nos métodos utilizados, assim como o recurso ao cálculo computacional, devem-se à crescente complexidade dos Sistemas Eléctricos e à necessidade de rapidez e precisão nos resultados. Devido ao facto das centrais de produção de energia eléctrica funcionarem, não só com recurso a matérias-primas mas também através de recursos naturais que não têm um custo de aquisição, mas que não têm uma disponibilidade constante, existe a necessidade de se fazer uma gestão criteriosa na conjugação dos diversos tipos de produção. Como no nosso pais a grande alternativa às centrais térmicas são as hídricas, no capítulo 4 é apresentado o problema da coordenação hidro-térmica. No capítulo 5 é exposta a ferramenta computacional desenvolvida para a resolução do despacho óptimo com e sem perdas, que consiste num programa elaborado com o “software MatLab”. Este trabalho finaliza com um capítulo de conclusões.

Reactores a tório: o futuro da energia nuclear de fissão

Dissertação para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Sistema de monitorização de condições meteorológicas e correlação com produção renovável de energia

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Compensação da energia reactiva com minimização de perturbações sobre a rede eléctrica

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção de grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Sistema de gestão de energia renovável para autoconsumo

A procura crescente de energia ao longo do tempo, e também o seu custo, tem estimulado a procura de novas formas de geração ou aproveitamento energético, donde se pode destacar a geração de energia eléctrica para autoconsumo. À semelhança de já muitos países aderentes aos sistemas de autoconsumo, Portugal também já tem legislação que permite a utilização deste tipo de sistemas através de Unidades de Produção para Autoconsumo (UPAC). Este tipo de sistemas trazem consigo vantagens tanto para o produtor, que produz a sua própria energia e assim poderá ter algum retorno financeiro, como também para a rede eléctrica nacional (RESP) que, mercê da disponibilidade de mais fontes de energia, tem a possibilidade de ficar menos sobrecarregada em períodos de ponta. Com o intuito de aproveitar ao máximo a energia produzida para autoconsumo e evitar estar a utilizar energia da rede em períodos em que a energia produzida não consegue dar resposta à procura, este trabalho propõe-se a optimizar os níveis de autoconsumo destes sistemas, que no geral apresentam valores entre os 20% e 40% anuais no sector residencial. Deste modo, e de acordo com o que é definido por Demand-Side Management (DSM) será desenvolvido neste trabalho de dissertação um projecto deste tipo, que consiste na monitorização e gestão da energia produzida numa habitação ou indústria. O desenvolvimento deste projecto assenta na criação de um sistema de autoconsumo, constituído por um painel fotovoltaico, sensores, actuadores e uma carga, assim como hardware que permitirá monitorizar, de forma remota, as condições de funcionamento do sistema e fazer a gestão de energia do mesmo, de forma remota, recorrendo para isso às tecnologias de Informação e Comunicação. As aplicações de software responsáveis por essa gestão serão desenvolvidas com recurso à linguagem JAVA e Arduino Programming Language. Será utilizado um módulo Wi-Fi que permitirá a troca de dados entre Cliente (Arduino UNO com Microchip RN-171-XV) e Servidor (Aplicação em JAVA presente num computador). No final serão analisados os levantamentos de energia produzida e avaliado se o controlo de cargas é feito consoante as melhores condições de aproveitamento da energia produzida.

Análise da qualidade de energia de um parque eólico com ligação à rede eléctrica

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

Análise e modelização da rede eléctrica da Ilha de São Vicente: planeamento da rede no horizonte de médio prazo

O objectivo do presente trabalho é o estudo do Sistema de Energia Eléctrica da Ilha de São Vicente em Cabo Verde, bem como a realização de um estudo de planeamento da rede tendo em consideração expectativas em torno da existência de novos pontos de carga, que pela sua natureza e amplitude podem influenciar de forma notória o desenvolvimento da rede no horizonte de médio e longo prazo. Para o efeito foi necessário proceder à caracterização dos elementos que constituem o sistema, como sejam a geração, a rede e as cargas, de forma a poder modelizá-la para efeitos de simulação. Foi realizado um diagnóstico da rede, para um conjunto de cenários típicos de operações da mesma, tendo em consideração os critérios de segurança usualmente adoptados. Posteriormente foi realizado um estudo de planeamento que teve em consideração a localização e características dos novos empreendimentos turísticos a surgir nos próximos anos, bem como a renovação do parque produtor existente. Os resultados obtidos identificam não só os reforços de rede como também a sua melhor calendarização, tendo em consideração a introdução de novos pontos de carga. Não foi objecto de estudo a análise de correntes de curto-circuito, estabilidade, compensação da energia reactiva, entre outros, que devem complementar um estudo deste género

Contribuição para o desenvolvimento de novas membranas com vista à produção de energia por diferença de salinidade

As energias renováveis são no mundo de hoje incontornáveis, não só pela necessidade permanente de diminuir as emissões de CO2, pois devido ao aumento do preço dos combustíveis fosseis torna-se cada vez mais rentável recorrer a energias alternativas. Este facto conduz a uma procura incessante de processos alternativos de produção de energia renovável e limpa do ponto de vista ambiental, com o objectivo de tornar estes processos competitivos e economicamente viáveis. Na década de setenta, Sidney Loeb propôs um processo de produção de energia com recurso a membranas designado por osmose directa sob pressão contrária (Pressure Retarded Osmosis - PRO) baseado na diferença de pressão osmótica que pode ocorrer na foz dos rios e de forma geral nas zonas de encontro entre a água doce e água salgada. Este processo de produção de energia deu origem a um projecto designado de “Salinity Power”. Este foi o primeiro grande projecto de investigação no mundo, sobre o desenvolvimento da tecnologia para a produção de “energia de salinidade” ou “energia azul”. Para ser economicamente viável, este processo requer o uso de membranas com características específicas. São utilizadas membranas de osmose inversa, para gerar energia a partir da diferença osmótica entre a água doce e a água salgada. Este projecto resultou em significativos progressos no desempenho da membrana, o componente chave para a produção de energia renovável por este método. O trabalho aqui apresentado visa o estudo de obtenção de diaminas, a partir de matérias-primas renováveis, para posterior polimerização em poliamidas. A partir destes novos polímeros, é necessário o desenvolvimento de novas membranas compostas para utilização em sistemas de produção de energia eléctrica baseados em PRO. Um dos factores inovadores, é a obtenção de diaminas, a partir da D-xilose. Sendo a D-xilose uma hidrato de carbono natural, consegue-se então um processo sem recorrer a produtos derivados do petróleo. No presente trabalho foi investigado o potencial de o<-aminoácidos derivados de anéis oxetano para a construção de novos de compostos. Para aminoácidos de hidratos de carbono com anéis de cinco e seis membros, o estado da arte é bastante vasto. No entanto, não existem na literatura referências baseadas em anéis de quatro membros. Os oxetanos exibem grande estabilidade conformacional devido à sua rigidez, o que faz com que anéis oxetano sejam moléculas-base para derivatização, com vectores de orientação bem definidos. Os anéis oxetano estão presentes em alguns produtos naturais que exibem uma actividade biológica importante. Foram sintetizados no trabalho apresentado o<-aminoácidos derivados de oxetano usando hidrato e carbonos como compostos de partida, de forma a obter uma estereoquímica bem definida. A metodologia utilizada envolve a síntese de triflatos de 1,4-lactonas de 5 membros, que estão submetidas a tratamento com carbonato de potássio em metanol, dando origem à contracção do anel e á formação de oxetanos com configurações D-lyxo, e D-xylo, dependendo da configuração da lactona inicial. Numa das vias de síntese levadas a cabo para a obtenção de o<-aminoácidos derivados de oxetano, procedeu-se à oxidação da D-xilose com bromo seguida do tratamento com benzaldeído de forma a obter a já conhecida 3,5-O-benzilideno-D-xilono-1,4-lactona. A derivatização de o<-aminoácidos derivados de oxetano foi feita com base na introdução de novas membranas de elevado interesse energético e ecológico. Este trabalho experimental ficou marcado por a não obtenção da diamina desejada, para posterior polimerização. No entanto, conseguiu-se trabalhar alguns aspectos da síntese, o que foi bastante positivo para o sucesso desta contribuição. Outro aspecto importante, foi o curo espaço de tempo para realização deste trabalho. Sendo um trabalho de investigação, este requer tempo para analisar todas as condições assim como optimizar os resultados obtidos. Futuramente, serão realizados estudos de optimizações do procedimento, para obtenção da diamina pretendida. Foram realizados dois procedimentos diferentes para a obtenção do oxetano. A síntese inicial foi inconclusiva para este trabalho, devido aos maus resultados, provenientes de condições que são desconhecidas. Conclui-se que a oxidação com o brometo, não foi conseguida devido às condições do brometo, assim como ao controlo das condições necessárias para a adição deste. Devido a estes motivos, foi realizado um novo processo de síntese para a obtenção do composto desejado. Foi feita nova pesquisa e iniciou-se um novo método. O passo reaccional da oxidação, com bromo, foi novamente determinante. É um passo reaccional de difícil controlo, devido ás características do bromo, e às exigências desta síntese, quando este é necessário para oxidação. Esta nova síntese, apresenta uma grande vantagem relativamente à anterior, uma vez que o material de partida é a xilose, sendo mais económica que o 1,2-Isopropilideno-α-Xilofuranose. Este trabalho está enquadrado num projecto, designado de OPEN, e encontra-se descrito mais pormenorizadamente no Anexo I.

Controlo de um gerador hidroeléctrico utilizado na recuperação de energia numa conduta de abastecimento de água

O presente trabalho pretende contribuir para a melhoria da eficiência dos sistemas de transporte e distribuição de água, possível de conseguir através da recuperação de energia potencial que, em certas situações, existe em excesso em condutas gravíticas. Sendo uma questão já abordada em diversos estudos, as poupanças de energia a que poderá conduzir, justificam a análise de todas as oportunidades, em especial no nosso País, cuja dependência energética do exterior é bem conhecida. Todavia, a implementação de soluções que recorrem à instalação de turbinas em condutas de abastecimento de água, causam naturalmente alguma apreensão às respectivas entidades gestoras, uma vez que pode pôr em causa a integridade das condutas e, em consequência, o abastecimento de água. Neste contexto, o estudo de modelos de controlo específicos para os referidos equipamentos poderá ser um contributo para a implementação mais alargada das soluções de melhoria da eficiência de sistemas de abastecimento de água, através da instalação de geradores hidroeléctricos, que terão a dupla função de controlo de caudal e produção de energia. O estudo e simulação dos modelos de controlo contidos neste trabalho permite concluir que é possível garantir a segurança das condutas e produzir energia eléctrica com turbinas nelas instaladas. Interessa assim aprofundar este tipo de estudos de forma a conseguir modelos de controlo que, com as premissas indicadas, possibilitem a optimização da produção de energia.

Afectação de unidades térmicas considerando as emissões poluentes

Este trabalho incide sobre o planeamento de produção de unidades térmicas de geração de energia eléctrica num horizonte temporal de uma semana. O objectivo deste trabalho é realizar a afectação das unidades térmicas considerando simultaneamente o custo de operação e o custo das emissões poluentes.

Concepção de instalações frigoríficas em expansão directa versus sistemas inundados: análise energética das soluções

O recurso a sistemas de refrigeração é indispensável nos dias actuais. Esta importante área da engenharia vem sendo aperfeiçoada através dos séculos para atender às diversas necessidades geradas com a evolução do estilo de vida da humanidade. Nos dias actuais, é praticamente impossível dissociar as actividades da sociedade moderna dos benefícios proporcionados pelas tecnologias de refrigeração. Como consequência, também é indispensável o uso da energia eléctrica para o accionamento dos motores e outros equipamentos associados a esses sistemas. Ao longo deste trabalho, os conceitos termodinâmicos e os componentes dos sistemas de refrigeração são abordados, de modo a permitir o projecto de instalações frigoríficas optimizadas energeticamente. Os aspectos teóricos serão destacados, para que se possa definir o perfil termodinâmico das instalações frigoríficas em expansão directa e em sistema inundado. A partir dos conceitos básicos, serão descritos os ciclos de refrigeração e as suas variações. O balanço energético de uma instalação frigorífica permite todo o projecto termodinâmico da instalação, a selecção dos equipamentos e acessórios necessários ao bom funcionamento do sistema, não perdendo de vista a sua eficiência energética. A eficiência energética da instalação é um factor importante, como tal, é pertinente confrontar duas tipologias diferentes de projecto associadas a uma câmara frigorífica. Para tal objectivo, é tipificada uma câmara de congelados de dimensões apreciáveis, para a qual serão projectados os sistemas alvo de comparação. A instalação em sistema inundado apresenta melhor eficiência frigorífica e menor custo de exploração, no entanto, é necessário um investimento inicial elevado.

Modelação e simulação de sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos produzem energia eléctrica limpa, e inesgotável na nossa escala temporal. A Agência Internacional de Energia encara a tecnologia fotovoltaica como uma das mais promissoras, esperando nas suas previsões mais optimistas, que em 2050 possa representar 20% da produção eléctrica mundial, o equivalente a 18000 TWh. No entanto, e apesar do desenvolvimento notável nas últimas décadas, a principal condicionante a uma maior proliferação destes sistemas é o ainda elevado custo, aliado ao seu fraco desempenho global. Apesar do custo e ineficiência dos módulos fotovoltaicos ter vindo a diminuir, o rendimento dos sistemas contínua dependente de factores externos sujeitos a grande variabilidade, como a temperatura e a irradiância, e às limitações tecnológicas e falta de sinergia dos seus equipamentos constituintes. Neste sentido procurou-se como objectivo na elaboração desta dissertação, avaliar o potencial de optimização dos sistemas fotovoltaicos recorrendo a técnicas de modelação e simulação. Para o efeito, em primeiro lugar foram identificados os principais factores que condicionam o desempenho destes sistemas. Em segundo lugar, e como caso prático de estudo, procedeu-se à modelação de algumas configurações de sistemas fotovoltaicos, e respectivos componentes em ambiente MatlabTM/SimulinkTM. Em seguida procedeu-se à análise das principais vantagens e desvantagens da utilização de diversas ferramentas de modelação na optimização destes sistemas, assim como da incorporação de técnicas de inteligência artificial para responder aos novos desafios que esta tecnologia enfrentará no futuro. Através deste estudo, conclui-se que a modelação é não só um instrumento útil para a optimização dos actuais sistemas PV, como será, certamente uma ferramenta imprescindível para responder aos desafios das novas aplicações desta tecnologia. Neste último ponto as técnicas de modelação com recurso a inteligência artificial (IA) terão seguramente um papel preponderante. O caso prático de modelação realizado permitiu concluir que esta é igualmente uma ferramenta útil no apoio ao ensino e investigação. Contudo, convém não esquecer que um modelo é apenas uma aproximação à realidade, devendo recorrer-se sempre ao sentido crítico na interpretação dos seus resultados.

Desenvolvimento e estudo de modelos de FACTS para o trânsito de energia: aplicação ao estudo das condições técnicas de ligação de linhas MAT

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia