Real-Time Simulation of energy Management in a Domestic Consumer

Recent and future changes in power systems, mainly in the smart grid operation context, are related to a high complexity of power networks operation. This leads to more complex communications and to higher network elements monitoring and control levels, both from network���s and consumers��� standpoint. The present work focuses on a real scenario of the LASIE laboratory, located at the Polytechnic of Porto. Laboratory systems are managed by the SCADA House Intelligent Management (SHIM), already developed by the authors based on a SCADA system. The SHIM capacities have been recently improved by including real-time simulation from Opal RT. This makes possible the integration of Matlab��/Simulink�� real-time simulation models. The main goal of the present paper is to compare the advantages of the resulting improved system, while managing the energy consumption of a domestic consumer.

Real-Time Tariffs for Electric Vehicles in Wind Power based Power Systems

The use of Electric Vehicles (EVs) will change significantly the planning and management of power systems in a near future. This paper proposes a real-time tariff strategy for the charge process of the EVs. The main objective is to evaluate the influence of real-time tariffs in the EVs owners��� behaviour and also the impact in load diagram. The paper proposes the energy price variation according to the relation between wind generation and power consumption. The proposed strategy was tested in two different days in the Danish power system. January 31st and August 13th 2013 were selected because of the high quantities of wind generation. The main goal is to evaluate the changes in the EVs charging diagram with the energy price preventing wind curtailment.

Realistic Traffic Scenarios Using a Census Methodology: Vila Real Case Study

This paper presents the first phase of the redevelopment of the Electric Vehicle Scenario Simulator (EVeSSi) tool. A new methodology to generate traffic demand scenarios for the Simulation of Urban MObility (SUMO) tool for urban traffic simulation is described. This methodology is based on a Portugal census database to generate a synthetic population for a given area under study. A realistic case study of a Portuguese city, Vila Real, is assessed. For this area the road network was created along with a synthetic population and public transport. The traffic results were obtained and an electric buses fleet was evaluated assuming that the actual fleet would be replaced in a near future. The energy requirements to charge the electric fleet overnight were estimated in order to evaluate the impacts that it would cause in the local electricity network.

Distributed energy resources scheduling considering real-time resources forecast

Energy resource scheduling is becoming increasingly important, such as the use of more distributed generators and electric vehicles connected to the distribution network. This paper proposes a methodology to be used by Virtual Power Players (VPPs), regarding the energy resource scheduling in smart grids and considering day-ahead, hour-ahead and realtime time horizons. This method considers that energy resources are managed by a VPP which establishes contracts with their owners. The full AC power flow calculation included in the model takes into account network constraints. In this paper, distribution function errors are used to simulate variations between time horizons, and to measure the performance of the proposed methodology. A 33-bus distribution network with large number of distributed resources is used.

Real-time Energy Resource Scheduling considering a Real Portuguese Scenario

The development in power systems and the introduction of decentralized generation and Electric Vehicles (EVs), both connected to distribution networks, represents a major challenge in the planning and operation issues. This new paradigm requires a new energy resources management approach which considers not only the generation, but also the management of loads through demand response programs, energy storage units, EVs and other players in a liberalized electricity markets environment. This paper proposes a methodology to be used by Virtual Power Players (VPPs), concerning the energy resource scheduling in smart grids, considering day-ahead, hour-ahead and real-time scheduling. The case study considers a 33-bus distribution network with high penetration of distributed energy resources. The wind generation profile is based on a real Portuguese wind farm. Four scenarios are presented taking into account 0, 1, 2 and 5 periods (hours or minutes) ahead of the scheduling period in the hour-ahead and realtime scheduling.

Smart meters as a tool for energy efficiency

Gradually smart grids and smart meters are closer to the home consumers. Several countries has developed studies focused in the impacts arising from the introduction of these technologies and one of the main advantages are related to energy efficiency, observed through the awareness of the population on behalf of a more efficient consumption. These benefits are felt directly by consumers through the savings on electricity bills and also by the concessionaires through the minimization of losses in transmission and distribution, system stability, smaller loading during peak hours, among others. In this article two projects that demonstrate the potential energy savings through smart meters and smart grids are presented. The first performed in Korea, focusing on the installation of smart meters and the impact of use of user interfaces. The second performed in Portugal, focusing on the control of loads in a residence with distributed generation.

Contextual and Environmental Awareness Laboratory for Energy Consumption Management

The recent changes on power systems paradigm requires the active participation of small and medium players in energy management. With an electricity price fluctuation these players must manage the consumption. Lowering costs and ensuring adequate user comfort levels. Demand response can improve the power system management and bring benefits for the small and medium players. The work presented in this paper, which is developed aiming the smart grid context, can also be used in the current power system paradigm. The proposed system is the combination of several fields of research, namely multi-agent systems and artificial neural networks. This system is physically implemented in our laboratories and it is used daily by researchers. The physical implementation gives the system an improvement in the proof of concept, distancing itself from the conventional systems. This paper presents a case study illustrating the simulation of real-time pricing in a laboratory.

Resource Scheduling in Residential Microgrids Considering Energy Selling to External Players

The operation of distribution networks has been facing changes with the implementation of smart grids and microgrids, and the increasing use of distributed generation. The specific case of distribution networks that accommodate residential buildings, small commerce, and distributed generation as the case of storage and PV generation lead to the concept of microgrids, in the cases that the network is able to operate in islanding mode. The microgrid operator in this context is able to manage the consumption and generation resources, also including demand response programs, obtaining profits from selling electricity to the main network. The present paper proposes a methodology for the energy resource scheduling considering power flow issues and the energy buying and selling from/to the main network in each bus of the microgrid. The case study uses a real distribution network with 25 bus, residential and commercial consumers, PV generation, and storage.

Industry level foresight: designing foresight methods for Lithuanian energy sector

Enterprise and Work Innovation Studies,6,IET, pp.9-51

Dimensionamento do Sistema H��brido para Alimenta����o de Energia El��trica da Escola Rural de Nangade (Cabo Delgado)

Os combust��veis f��sseis, como o carv��o, o petr��leo e o g��s, constituem fontes de energia que em breve se esgotar��o e que s��o demasiado caras para serem desperdi��adas pelas centrais el��tricas na produ����o de electricidade. Para al��m desse facto, existem outros argumentos (sobretudo econ��micos) que inviabilizam a utiliza����o destas fontes de energia em algumas regi��es, abrindo caminho a fontes de energia alternativas (e.g. solar, e��lica, biomassa, mini-h��dricas, geot��rmicas, etc) e preferencialmente com contornos locais. No caso particular de Mo��ambique, tem-se verificado um interesse crescente por parte do governo e de v��rias ONGs na promo����o do uso de energias alternativas para as zonas onde a energia convencional n��o chega e n��o chegar��, devido aos custos muito elevados que esse processo acarretaria. Esta disserta����o apresenta um estudo aprofundado do dimensionamento dum sistema h��brido de gera����o de energia el��trica envolvendo gerador FV e grupo eletrog��neo de emerg��ncia para a Escola Rural da Nangade, situada no Distrito de Nangade, na Prov��ncia do Cabo Delgado. S��o tamb��m descritos os diversos componentes e as tecnologias associadas a um sistema deste g��nero, com a inclus��o de sistemas inteligentes de controlo de energia com a utiliza����o de inversores bidireccionais (inversores de bateria e carregadores) para sistemas isolados. Os resultados s��o apresentados de forma a facilitar a aplica����o e montagem deste tipo de sistemas in loco. Espera-se que esta disserta����o possa servir de base no futuro pr��ximo, para a implementa����o deste tipo de sistemas para permitir a melhoria da qualidade de ensino atrav��s de melhores infraestruturas, democratizando desta forma o acesso �� educa����o para as crian��as das zonas rurais das v��rias prov��ncias de Mo��ambique. Como as energias renov��veis s��o parte integrante do Sistema El��trico Nacional, apresenta-se resumidamente, no anexo 17, o ���Plano de Desenvolvimento na ��rea de Energia de Mo��ambique���.

Estudo comparativo da utiliza����o do biodiesel produzido a partir de ��leos alimentares usados e do gas��leo numa frota industrial

A defini����o de teores m��nimos de incorpora����o de biocombust��veis, constitui objeto de discuss��o entre grupos pro-desenvolvimento e ambientalistas. Esses ��ltimos argumentam que as consequ��ncias da utiliza����o desta fonte energ��tica ainda s��o desconhecidas. Al��m disso, alegam que a produ����o de biocombust��veis ��, em parte, respons��vel pelo aumento no pre��o dos alimentos, encoraja a convers��o de florestas em monoculturas e conduz �� explora����o de trabalhadores em pa��ses em desenvolvimento (PEDs). Para responder �� depend��ncia energ��tica dos combust��veis de origem f��ssil, e ajudar a reduzir as emiss��es de gases com efeito de estufa, sobretudo no sector dos transportes, o biodiesel produzido a partir de ��leos alimentares usados t��m sido apontado como uma ���solu����o verde��� capaz de minimizar o problema das altera����es clim��ticas e valorizar um res��duo, e simultaneamente conferir ao setor energ��tico um pouco mais de independ��ncia. De forma a desmistificar e clarificar um pouco estas premissas, a presente disserta����o pretende fazer um estudo de avalia����o do impacto da utiliza����o do biodiesel, nomeadamente no que diz respeito ��s emiss��es gasosas. Posteriormente realizou-se, tomando como refer��ncia uma pequena frota industrial existente, uma an��lise comparativa dos consumos e emiss��es dos principais poluentes decorrentes da utiliza����o do biodiesel em diferentes percentagens de incorpora����o no gas��leo, comparativamente ao gas��leo puro. O trabalho culmina com uma abordagem t��cnica sobre o comportamento de um ve��culo equipado com um motor de igni����o por compress��o, utilizando como biocombust��vel o biodiesel.

Projecto de um circuito conversor DC-DC para aplica����es de ���energy harvest���

Disserta����o apresentada na Faculdade de Ci��ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obten����o do grau de Mestre em Engenharia Electrot��cnica e de Computadores

Modelo de controlo difuso de um sistema de produ����o de energia com base em recursos renov��veis

A satisfa����o das necessidades energ��ticas mundiais, cada vez mais exigentes, bem como a necessidade urgente de procurar caminhos que permitam usufruir de energia, da forma menos poluente poss��vel, levam �� necessidade de serem explorados caminhos que permitam cumprir estes pressupostos. A escolha da utiliza����o das energias renov��veis na produ����o de energia, torna-se cada vez mais interessante, quer do ponto de vista ambiental quer econ��mico. O fundamento da l��gica difusa est�� associado �� recolha de informa����es vagas, que s��o no fundo uma linguagem falada por seres humanos, possibilitando a passagem deste tipo de linguagem para formato num��rico, permitindo assim uma manipula����o computacional. Elementos clim��ticos como o sol e o vento, podem ser descritos em forma de vari��veis lingu��sticas, como �� o caso de vento forte, temperatura baixa, irradia����o fraca, etc. Isto faz com que a aplica����o de um controlo a partir destes fen��menos, justifique ser realizado com recurso a sistemas de infer��ncia difusa. Para a realiza����o do trabalho proposto, foram consumados estudos relativos ��s energias renov��veis, com particular enfoque na solar e na e��lica. Tamb��m foi realizado um estudo dos conceitos pertencentes �� l��gica difusa e a sistemas de infer��ncia difusa com o objetivo de perceber os diversos par��metros constituintes desta mat��ria. Foi realizado o estudo e desenvolvimento de um sistema de aquisi����o de dados, bem como do controlador difuso que �� o bus��lis do trabalho descrito neste relat��rio. Para tal, o trabalho foi efetuado com o recurso ao software MATLAB, a partir do qual foram desenvolvidas aplica����es que possibilitaram a obten����o de dados clim��ticos, com vista �� sua utiliza����o na toolbox Fuzzy Logic a qual foi utilizada para o desenvolvimento de todo o algoritmo de controlo. Com a possibilidade de aquisi����o de dados conclu��da e das vari��veis que iriam ser necess��rias definidas, foi implementado o controlador difuso que foi sendo sintonizado ao longo do trabalho por forma a garantir os melhores resultados poss��veis. Com o recurso �� ferramenta Guide, tamb��m do MATLAB, foi criada a interface do sistema com o utilizador, sendo poss��vel a averigua����o da energia a ser produzida, bem como das contribui����es de cada uma das fontes de energia renov��veis para a obten����o dessa mesma energia. Por ��ltimo, foi feita uma an��lise de resultados atrav��s da compara����o entre os valores reais esperados e os valores obtidos pelo controlador difuso, bem como assinaladas conclus��es e possibilidades de desenvolvimentos futuros deste trabalho.

UMA ABORDAGEM YEAST TWO-HYBRID PARA O ESTUDO DA REPLICA����O E PATOG��NESE DO V��RUS DA HEPATITE DELTA

O v��rus da hepatite delta (HDV) �� o agente etiol��gico de uma das formas mais graves de hepatite viral e �� ainda end��mico em diversas regi��es do globo, nomeadamente em ��frica, na Amaz��nia e no Extremo Oriente. O HDV co-infecta ou super-infecta hepat��citos infectados com o v��rus da hepatite B (HBV) aumentando em cerca de 10 vezes o risco de cirrose e hepatite fulminante. A associa����o cl��nica entre os dois v��rus deve-se ao facto do inv��lucro do HDV ser constitu��do pelos antig��nios de superf��cie do HBV (HBsAgs) que s��o necess��rios para a propaga����o da infec����o. O genoma do HDV �� constitu��do por uma mol��cula de RNA de cadeia simples, circular, com cerca de 1.7 Kb, que possui cerca de 70% de emparelhamento interno. Foi identificada uma ��nica grelha de leitura aberta (ORF) no RNA viral que codifica para o antig��nio delta (HDAg). A ocorr��ncia de um mecanismo de editing do RNA, resulta na express��o de duas formas do HDAg, a pequena (S-HDAg) e a grande (L-HDAg). V��rias fun����es essenciais para a replica����o do HDV t��m sido atribu��das a ambas as formas do HDAg, sendo a S-HDAg essencial para a acumula����o de RNA viral e a L-HDAg respons��vel pela interac����o com os HBsAgs para formar part��culas virais. No entanto, dada a simplicidade dos seus componentes, admite-se que a replica����o viral depende das interac����es estabelecidas entre os HDAgs e factores celulares do hospedeiro. Apesar do n��mero consider��vel de factores celulares descritos como interactores dos HDAgs ou RNA virais, a import��ncia de muitas destas interac����es n��o foi elucidada e muitas etapas do ciclo de replica����o do HDV permanecem pouco claras. Para al��m disso, dado o n��mero limitado de factores do hospedeiro que est��o envolvidos na sua replica����o, �� muito prov��vel que um n��mero elevado de interactores do HDV permane��a por identificar. Este trabalho teve como objectivo a identifica����o de prote��nas de f��gado humano capazes de interagir com os HDAgs, utilizando o sistema yeast Two-Hybrid (YTH). Identificaram-se trinta prote��nas com capacidade de interagir com a S-HDAg no sistema YTH, sendo que estas prote��nas se encontram envolvidas em diferentes processos celulares. Com base nas caracter��sticas funcionais, foram seleccionadas tr��s destas prote��nas e as suas interac����es com a S-HDAg foram investigadas com maior detalhe. As tr��s prote��nas seleccionadas foram a ribonucleoprote��na nuclear heterog��nea C (hnRNPC), a embryonic lethal abnormal vision like1 (ELAVL1/HuR) e a prote��na 2 de liga����o a EBNA1 (EBP2). As duas primeiras s��o prote��nas de liga����o a RNA, previamente descritas como envolvidas em processos de replica����es de outros v��rus com genoma RNA, enquanto a EBP2, �� uma prote��na de localiza����o preferencialmente nucleolar, tal como por vezes acontece com os HDAgs. As interac����es foram analisadas recorrendo a v��rios ensaios bioqu��micos. No caso da hnRNPC e da HuR, ap��s valida����o no sistema YTH, a capacidade de interac����o com a S-HDAg foi confirmada quer in vitro por blot overlay quer in vivo por co-imunoprecipita����o em c��lulas de hepatoma humano. Nas mesmas c��lulas, observou-se uma co-localiza����o consider��vel entre os HDAgs e os RNAs virais. Finalmente, de modo a investigar a contribui����o das prote��nas hnRNPC e HuR na replica����o do HDV, procedeu-se ao silenciamento destas prote��nas pela utiliza����o de short hairpin RNAs (shRNAs) espec��ficos para os mRNAs correspondentes Observou-se que o silenciamento de ambas as prote��nas hnRNPC e HuR end��genas, individualmente resultou numa diminui����o acentuada nos n��veis de express��o dos HDAgs. No que respeita �� EBP2, a interac����o com a S-HDAg foi confirmada em condi����es in vitro com recurso a ensaios de blot overlay e de cromatografia de afinidade. A an��lise por imunofluoresc��ncia indirecta e microscopia confocal revelou co-localiza����o elevada entre os HDAgs e a EBP2, principalmente nos nucl��olos de c��lulas de hepatoma humano. Finalmente, foi ainda utilizado o sistema YTH para estudar os mecanismos de importa����o dos HDAgs. Assim, este sistema foi utilizado com o prop��sito de identificar prote��nas celulares capazes de interagir com um dom��nio espec��fico dos HDAgs, o sinal de localiza����o nuclear (NLS). Na pesquisa YTH realizada obtiveram-se 161 clones positivos, sendo que um deles mostrou codificar para a carioferina ��4 (KPNA4). A interac����o da KPNA4 com a S-HDAg foi reproduzida em condi����es in vitro atrav��s de um ensaio de cromatografia de afinidade tendo sido utilizadas formas recombinantes das duas prote��nas. Este trabalho permitiu identificar v��rias prote��nas celulares que interagem com a S-HDAg. Obtiveram-se evid��ncias sugestivas de que algumas das prote��nas identificadas podem desempenhar fun����es importantes no ciclo de replica����o do HDV e que abrem novas perspectivas para o estudo do ciclo de replica����o do v��rus.

Impacto das op����es de conce����o em edif��cios zero energy o caso dos grandes edif��cios de servi��os

Atualmente, o parque edificado �� respons��vel pelo consumo de 40% da energia total consumida em toda a Uni��o Europeia. As previs��es apontam para o crescimento do sector da constru����o civil, nomeadamente a constru����o de edif��cios, o que permite perspetivar um aumento do consumo de energia nesta ��rea. Medidas importantes, como o lan��amento da Diretiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Conselho de 19 de Maio de 2010 relativa ao desempenho energ��tico dos edif��cios, abrem caminho para a diminui����o das necessidades energ��ticas e emiss��es de gases de efeito de estufa. Nela s��o apontados objetivos para aumentar a efici��ncia energ��tica do parque edificado, tendo como objetivo que a partir de 2020 todos os novos edif��cios sejam energeticamente eficientes e de balan��o energ��tico quase zero, com principal destaque para a compensa����o usando produ����o energ��tica pr��pria proveniente de fontes renov��veis. Este novo requisito, denominado nearly zero energy building, apresenta-se como um novo incentivo no caminho para a sustentabilidade energ��tica. As t��cnicas e tecnologias usadas na conce����o dos edif��cios ter��o um impacto positivo na an��lise de ciclo de vida, nomeadamente na minimiza����o do impacto ambiental e na racionaliza����o do consumo energ��tico. Desta forma, pretendeu-se analisar a aplicabilidade do conceito nearly zero energy building a um grande edif��cio de servi��os e o seu impacto em termos de ciclo de vida a 50 anos. Partindo da an��lise de alguns estudos sobre o consumo energ��tico e sobre edif��cios de balan��o energ��tico quase nulo j�� constru��dos em Portugal, desenvolveu-se uma an��lise de ciclo de vida para o caso de um edif��cio de servi��os, da qual resultou um conjunto de propostas de otimiza����o da sua efici��ncia energ��tica e de capta����o de energias renov��veis. As medidas apresentadas foram avaliadas com o aux��lio de diferentes aplica����es como DIALux, IES VE e o PVsyst, com o objetivo de verificar o seu impacto atrav��s da compara����o com estado inicial de consumo energ��tico do edif��cio. Nas condi����es iniciais, o resultado da an��lise de ciclo de vida do edif��cio a 50 anos no que respeita ao consumo energ��tico e respetivas emiss��es de CO2 na fase de opera����o foi de 6 MWh/m2 e 1,62 t/m2, respetivamente. Com aplica����o de medidas propostas de otimiza����o, o consumo e as respetivas emiss��es de CO2 foram reduzidas para 5,2 MWh/m2 e 1,37 t/m2 respetivamente. Embora se tenha conseguido reduzir ao consumo com as medidas propostas de otimiza����o de energia, chegou-se �� conclus��o que o sistema fotovoltaico dimensionado para fornecer energia ao edif��cio n��o consegue satisfazer as necessidades energ��ticas do edif��cio no final dos 50 anos.