Modelo de controlo difuso de um sistema de produção de energia com base em recursos renováveis

A satisfação das necessidades energéticas mundiais, cada vez mais exigentes, bem como a necessidade urgente de procurar caminhos que permitam usufruir de energia, da forma menos poluente possível, levam à necessidade de serem explorados caminhos que permitam cumprir estes pressupostos. A escolha da utilização das energias renováveis na produção de energia, torna-se cada vez mais interessante, quer do ponto de vista ambiental quer económico. O fundamento da lógica difusa está associado à recolha de informações vagas, que são no fundo uma linguagem falada por seres humanos, possibilitando a passagem deste tipo de linguagem para formato numérico, permitindo assim uma manipulação computacional. Elementos climáticos como o sol e o vento, podem ser descritos em forma de variáveis linguísticas, como é o caso de vento forte, temperatura baixa, irradiação fraca, etc. Isto faz com que a aplicação de um controlo a partir destes fenómenos, justifique ser realizado com recurso a sistemas de inferência difusa. Para a realização do trabalho proposto, foram consumados estudos relativos às energias renováveis, com particular enfoque na solar e na eólica. Também foi realizado um estudo dos conceitos pertencentes à lógica difusa e a sistemas de inferência difusa com o objetivo de perceber os diversos parâmetros constituintes desta matéria. Foi realizado o estudo e desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados, bem como do controlador difuso que é o busílis do trabalho descrito neste relatório. Para tal, o trabalho foi efetuado com o recurso ao software MATLAB, a partir do qual foram desenvolvidas aplicações que possibilitaram a obtenção de dados climáticos, com vista à sua utilização na toolbox Fuzzy Logic a qual foi utilizada para o desenvolvimento de todo o algoritmo de controlo. Com a possibilidade de aquisição de dados concluída e das variáveis que iriam ser necessárias definidas, foi implementado o controlador difuso que foi sendo sintonizado ao longo do trabalho por forma a garantir os melhores resultados possíveis. Com o recurso à ferramenta Guide, também do MATLAB, foi criada a interface do sistema com o utilizador, sendo possível a averiguação da energia a ser produzida, bem como das contribuições de cada uma das fontes de energia renováveis para a obtenção dessa mesma energia. Por último, foi feita uma análise de resultados através da comparação entre os valores reais esperados e os valores obtidos pelo controlador difuso, bem como assinaladas conclusões e possibilidades de desenvolvimentos futuros deste trabalho.

Sistema de Gestão Técnica Aplicado Aos Sistemas de Rega

A cidade do Porto é uma das regiões do país onde é importante uma gestão sustentável e integrada dos recursos hídricos. A (re) utilização de água surge neste contexto como uma possível resposta na sua utilização como um recurso hídrico passível de ser usado beneficamente, permitindo a poupança de fontes de água convencionais e aumentando a disponibilidade dos recursos hídricos existentes para finalidades que requerem padrões de qualidade mais exigentes. O potencial desta prática no nosso país é enorme, considerando que o volume de água tratada descarregada no ano 2000 era suficiente para suprir 10% das necessidades em água para rega num ano seco, sem necessidade de armazenamento sazonal. Por outro lado, um sistema de rega, quando devidamente projetado e funcionando adequadamente, permite que a água seja aplicada com um caudal, duração e frequência que maximizam o consumo da água e nutrientes pela planta. Este projeto consiste no desenvolvimento de um Sistema de Gestão Técnica para o controlo do sistema de rega dos jardins do ISEP – Instituto Politécnico de Engenharia do Porto com recurso a um autómato programável (PLC). Pretende-se otimizar os consumos energéticos do sistema de rega tendo em conta os parâmetros de humidade, temperatura e velocidade do vento característicos do local a regar. Outros dos objetivos é controlar o processo de enchimento e de rega. Esta operação consiste no controlo das bombas e respetivos débitos e conhecimento dos caudais necessários. Pretende-se, igualmente, definir e colocar em marcha todo o equipamento necessário para a realização do projeto. Os dados coletados devem ser tratados de tal modo que possam ser realizadas análises diárias, mensais e/ou anuais. Neste trabalho foram efetuados os cálculos de dimensionamentos relativamente às necessidades hídricas da planta e necessidades de rega, entre outros.

Sistema de Gestão Técnica Aplicado aos Sistemas de Rega

A cidade do Porto é uma das regiões do país onde é importante uma gestão sustentável e integrada dos recursos hídricos. A (re) utilização de água surge neste contexto como uma possível resposta na sua utilização como um recurso hídrico passível de ser usado beneficamente, permitindo a poupança de fontes de água convencionais e aumentando a disponibilidade dos recursos hídricos existentes para finalidades que requerem padrões de qualidade mais exigentes. O potencial desta prática no nosso país é enorme, considerando que o volume de água tratada descarregada no ano 2000 era suficiente para suprir 10% das necessidades em água para rega num ano seco, sem necessidade de armazenamento sazonal. Por outro lado, um sistema de rega, quando devidamente projetado e funcionando adequadamente, permite que a água seja aplicada com um caudal, duração e frequência que maximizam o consumo da água e nutrientes pela planta. Este projeto consiste no desenvolvimento de um Sistema de Gestão Técnica para o controlo do sistema de rega dos jardins do ISEP – Instituto Politécnico de Engenharia do Porto com recurso a um autómato programável (PLC). Pretende-se otimizar os consumos energéticos do sistema de rega tendo em conta os parâmetros de humidade, temperatura e velocidade do vento característicos do local a regar. Outros dos objetivos é controlar o processo de enchimento e de rega. Esta operação consiste no controlo das bombas e respetivos débitos e conhecimento dos caudais necessários. Pretende-se, igualmente, definir e colocar em marcha todo o equipamento necessário para a realização do projeto. Os dados coletados devem ser tratados de tal modo que possam ser realizadas análises diárias, mensais e/ou anuais. Neste trabalho foram efetuados os cálculos de dimensionamentos relativamente às necessidades hídricas da planta e necessidades de rega, entre outros.

Analysis of Forest Effects in Wind Farm Performance

The objective of the thesis is to analyze the behaviour of the wind flow when it is passing beside the forest. To complete this analysis, a parametric study was done based upon generalized situations. Some abacus have been made, which are related to forest and wind characteristics. The abacus were compared with a particular real case, namely Alexandrovo (Bulgaria), where it was concluded that the applicability of the abacus in projects with complex terrain is low and they must be used, from a quantitative point of view, for flat terrain, being hc the most important parameter.

A Multiple Criteria Utility-based Approa h for the Unit Commitment with Wind Power and Pumped Storage Hydro

The integration of wind power in eletricity generation brings new challenges to unit commitment due to the random nature of wind speed. For this particular optimisation problem, wind uncertainty has been handled in practice by means of conservative stochastic scenario-based optimisation models, or through additional operating reserve settings. However, generation companies may have different attitudes towards operating costs, load curtailment, or waste of wind energy, when considering the risk caused by wind power variability. Therefore, alternative and possibly more adequate approaches should be explored. This work is divided in two main parts. Firstly we survey the main formulations presented in the literature for the integration of wind power in the unit commitment problem (UCP) and present an alternative model for the wind-thermal unit commitment. We make use of the utility theory concepts to develop a multi-criteria stochastic model. The objectives considered are the minimisation of costs, load curtailment and waste of wind energy. Those are represented by individual utility functions and aggregated in a single additive utility function. This last function is adequately linearised leading to a mixed-integer linear program (MILP) model that can be tackled by general-purpose solvers in order to find the most preferred solution. In the second part we discuss the integration of pumped-storage hydro (PSH) units in the UCP with large wind penetration. Those units can provide extra flexibility by using wind energy to pump and store water in the form of potential energy that can be generated after during peak load periods. PSH units are added to the first model, yielding a MILP model with wind-hydro-thermal coordination. Results showed that the proposed methodology is able to reflect the risk profiles of decision makers for both models. By including PSH units, the results are significantly improved.

Integrating wind generation in the distribution network

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Controller implementation using analog reconfigurable hardware (FPAA)

This Thesis has the main target to make a research about FPAA/dpASPs devices and technologies applied to control systems. These devices provide easy way to emulate analog circuits that can be reconfigurable by programming tools from manufactures and in case of dpASPs are able to be dynamically reconfigurable on the fly. It is described different kinds of technologies commercially available and also academic projects from researcher groups. These technologies are very recent and are in ramp up development to achieve a level of flexibility and integration to penetrate more easily the market. As occurs with CPLD/FPGAs, the FPAA/dpASPs technologies have the target to increase the productivity, reducing the development time and make easier future hardware reconfigurations reducing the costs. FPAA/dpAsps still have some limitations comparing with the classic analog circuits due to lower working frequencies and emulation of complex circuits that require more components inside the integrated circuit. However, they have great advantages in sensor signal condition, filter circuits and control systems. This thesis focuses practical implementations of these technologies to control system PID controllers. The result of the experiments confirms the efficacy of FPAA/dpASPs on signal condition and control systems.

Going with the wind: The time for time-of-use tariffs

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

Acquisition of Horizon Wind Energy by EdP

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Finance from the NOVA – School of Business and Economics

A layer 2 multipath fabric using a centralized controller

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

eVentos 2 - Autonomous sailboat control

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Dynamic stiffness of the piled foundation of a onshore wind turbine

One of today's biggest concerns is the increase of energetic needs, especially in the developed countries. Among various clean energies, wind energy is one of the technologies that assume greater importance on the sustainable development of humanity. Despite wind turbines had been developed and studied over the years, there are phenomena that haven't been yet fully understood. This work studies the soil-structure interaction that occurs on a wind turbine's foundation composed by a group of piles that is under dynamic loads caused by wind. This problem assumes special importance when the foundation is implemented on locations where safety criteria are very demanding, like the case of a foundation mounted on a dike. To the phenomenon of interaction between two piles and the soil between them it's given the name of pile-soil-pile interaction. It is known that such behavior is frequency dependent, and therefore, on this work evaluation of relevant frequencies for the intended analysis is held. During the development of this thesis, two methods were selected in order to assess pile-soil-pile interaction, being one of analytical nature and the other of numerical origin. The analytical solution was recently developed and its called Generalized pile-soil-pile theory, while for the numerical method the commercial nite element software PLAXIS 3D was used. A study of applicability of the numerical method is also done comparing the given solution by the nite element methods with a rigorous solution widely accepted by the majority of the authors.

Wind Power in the Portuguese Landscape: Global Concerns and Local Costs

Wind turbines and solar panels are becoming second nature in Portugal, as its occurrence in the country becomes ubiquitous. Somehow, one could argue that renewable energy in Portugal is in the process of ‘naturalisation’ as part of a new – mechanised, but environmentally benign – landscape. Portuguese Institute for the Conservation of Nature and Biodiversity (ICNB) has shown an ambiguous stance on this issue, defending global concerns towards renewable energy, while at the same time attempting to engage locals in the preservation of extensive ‘classified areas’. In the course of this research, we tried to focus on these incongruities and to analyse how they are impacting local communities during the process of wind power installation.

A method to correct the flow distortion of offshore wind data using CFD simulation and experimental wind tunnel tests

The assessment of wind energy resource for the development of deep offshore wind plants requires the use of every possible source of data and, in many cases, includes data gathered at meteorological stations installed at islands, islets or even oil platforms—all structures that interfere with, and change, the flow characteristics. This work aims to contribute to the evaluation of such changes in the flow by developing a correction methodology and applying it to the case of Berlenga island, Portugal. The study is performed using computational fluid dynamic simulations (CFD) validated by wind tunnel tests. In order to simulate the incoming offshore flow with CFD models a wind profile, unknown a priori, was established using observations from two coastal wind stations and a power law wind profile was fitted to the existing data (a=0.165). The results show that the resulting horizontal wind speed at 80 m above sea level is 16% lower than the wind speed at 80 m above the island for the dominant wind direction sector.

A new methodology for urban wind resource assessment

In the latest years the wind energy sector experienced an exponential growth all over the world. What started as a deployment of onshore projects, soon moved to offshore and, more recently to the urban environment within the context of smart cities and renewable micro-generation. However, urban wind projects using micro turbines do not have enough profit margins to enable the setup of comprehensive and expensive measurement campaigns, a standard procedure for the deployment of large wind parks. To respond to the wind assessment needs of the future smart cities a new and simple methodology for urban wind resource assessment was developed. This methodology is based on the construction of a surface involving a built area in order to estimate the wind potential by treating it as very complex orography. This is a straightforward methodology that allows estimating the sustainable urban wind potential, being suitable to map the urban wind resource in large areas. The methodology was applied to a case study and the results enabled the wind potential assessment of a large urban area being consistent with experimental data obtained in the case study area, with maximum deviations of the order of 10% (mean wind speed) and 20% (power density).