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 ComputadoresA sustentabilidade da Humanidade em diversas áreas, tem sido assegurada pelo uso de combustíveis fósseis como principais fontes energéticas. Devido ao aumento exponencial do consumo energético e consequente diminuição destes recursos surgiu a necessidade de encontrar fontes de energia alternativas. Os avanços tecnológicos na área de produção de energia eléctrica a partir de recursos renováveis têm permitido a instalação destes sistemas um pouco por todo o Mundo. O elevado custo associado à instalação destes sistemas representa ainda uma barreira comercial sendo fundamental a sua optimização. Para tal, é necessário um conhecimento sobre as condições meteorológicas e parâmetros energéticos destes sistemas, no local de instalação. O trabalho proposto nesta Dissertação incide sobre o desenvolvimento de um sistema que interligue dados sobre as condições meteorológicas e parâmetros energéticos de sistemas de produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis. A realização deste trabalho permitiu a implementação de um sistema capaz de adquirir continuamente dados sobre a velocidade e direcção do vento, temperatura ambiente e radiação solar, e ainda parâmetros energéticos de um, ou vários, sistemas de produção de energia a partir de fontes renováveis. Para a validação da aplicação desenvolvida, foram analisados os dados de produção de um gerador eólico e um conjunto de painéis fotovoltaicos instalados no Departamento de Engenharia Electrotécnica da Faculdade de Ciências e Tecnologia. A aplicação desenvolvida na presente Dissertação permite, para além da aquisição de dados meteorológicos e energéticos, a sua monitorização e correlação através de uma interface gráfica simples e atractiva, facultando uma fácil interactividade com o utilizador

Sistema para optimização da extracção de energia de painéis solares fotovoltaicos

Neste artigo é apresentado um sistema para optimização da extracção da energia produzida por painéis solares fotovoltaicos. Este sistema detecta a direcção de maior intensidade da luz solar, orienta os painéis nessa direcção, e optimiza a extracção da energia produzida através de um circuito que faz com que os painéis operem no ponto de máxima potência (circuito MPPT – Maximum Power Point Tracker - circuito seguidor do máximo valor de pico da potência). A energia eléctrica produzida é utilizada para carregar baterias ou alimentar cargas.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) Projecto POCTI/ESE/48242/2002

Utilização de dispositivos de armazenamento de energia em apoio ao funcionamento de redes isoladas

Temos assistido nos últimos anos à proliferação da produção distribuída de electricidade, sobretudo, com recurso a fontes de energia renováveis, implicando a natural reestruturação das redes eléctricas existentes, desde a produção até ao consumidor final. As constantes preocupações na garantia da qualidade de serviço e até mesmo em termos ambientais, levam a que a operacionalidade das redes seja cada vez mais eficiente, visando a integração de tecnologias emergentes como é o caso dos sistemas de armazenamento de energia. A aposta nas energias de origem renovável nomeadamente a solar e a eólica, representa uma forma cada vez mais presente de geração de electricidade, tendo como grande inconveniente o regime de intermitência a que estão sujeitas, não se conseguindo tirar proveitos absolutos de todas as potencialidades que estas fontes proporcionam. Existem actualmente sistemas de armazenamento de energia que permitem optimizar o comportamento das redes. Nesta dissertação é feita uma abordagem a alguns desses sistemas, tendo como objectivo principal a demonstração das potencialidades de optimização dos sistemas de produção e distribuição de energia eléctrica com recurso a sistemas de armazenamento de energia, em redes isoladas e interligadas. É também feito um estudo do comportamento dinâmico de uma rede com vários cenários de ocorrência de defeitos, com e sem armazenamento de energia. Para isso a base deste trabalho consistiu na familiarização com uma ferramenta de grande potencial na simulação dinâmica de redes eléctricas, utilizado por prestigiados grupos de energia a nível mundial, na qual foi implementada a rede de teste e efectuadas as simulações do estudo

Aplicação do sistema de avaliação SBToolPT-H na otimização da sustentabilidade de um caso de estudo em Guimarães

O contexto presente alerta para a necessidade de repensar o atual modelo de consumo: a escassez de alguns recursos naturais, nomeadamente combustíveis fósseis e matérias-primas, e a consequente escalada de preços, tornam-se insustentáveis tanto a nível ambiental, como económico e social. A prática de uma construção sustentável é um dos passos mais importantes para fazer face a esta situação. Neste sentido, torna-se essencial a utilização de ferramentas que, durante a fase de projeto, permitam compreender os impactes associados às diferentes alternativas de projeto. O sistema de avaliação SBToolPT-H é uma importante ferramenta para os projetistas no sentido de se projetar com base nos princípios do desenvolvimento sustentável. Neste artigo apresenta-se a aplicação do sistema SBToolPT-H na otimização da sustentabilidade de um caso de estudo

Estratégia de optimização do sistema ibérico de produção de energia eléctrica com grande penetração de energias renováveis

Tese de mestrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012Este trabalho pretende analisar o sector eléctrico da Península Ibérica e sua possível evolução até 2050, no que diz respeito à produção de electricidade a partir de fontes renováveis. É feita a descrição do sistema produtor actual e são caracterizados os recursos eólicos e solar, abordando as maneiras de lidar com a variabilidade destes recursos energéticos, com especial foco no conceito de Virtual Power Plant. Escolhida a ferramenta que melhor se adapta ao estudo, o EnergyPLAN, foi modelado o sistema ibérico. Dos resultados finais das simulações realizadas, prevê-se que em 2020 os sistemas renováveis do sistema electroprodutor produzam cerca de 60,26% da electricidade consumida. Para 2050 incluiram-se dados sobre o avanço das tecnologias escolhidas, sendo simulados vários cenários, com a principal premissa de que a produção ao final do ano teria de ser igual ao consumo no final do ano. Destas simulações para um sistema 100% renovável, obtiveram-se preços de produção de electricidade entre 0,0413€/kWh e 0,0293€/kWh, consoante a optimização escolhida.This work intends to analise the electricity sector of the Iberic Peninsula and it’s possible evolution until 2050, regarding the production of electricity from renewable sources. A descritption of the actual production system is present and the solar and wind resources are characterized, addressing ways to deal with the variability of the energy resources, with special focus onto the concept of Virtual Power Plant. Chosen the tool that best adapts to the study, the EnergyPLAN was used to model the iberic system. From the final simulation results, it predicts that in 2020 the renewable systems in the production system will produce 60,26% of the electricity demand. For 2050, data information regarding the evolution of the chosen technologies, was used to simulate several scenarios, with the assumption that the final production from the system had to match the demand at the end of the year. From this simulation of a 100% renewable system, obtained prices for the generation of electricity range between 0,0413€/kWh and 0,0293€/kWh, depending the choosen optimization

Papel do armazenamento de energia em sistemas energéticos com elevada penetração de renováveis: avaliação do potencial para Portugal

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014O desenvolvimento económico à escala global tem colocado uma série de desafios entre os quais se destaca o problema do abastecimento energético, visto numa perspectiva integrada, atendendo por isso a constrangimentos económicos e ambientais. Assim, têm ganho relevância na últimas décadas as fontes renováveis de energia pelos seus benefícios ambientais e potencial económico. A variabilidade geográfica e temporal dos recursos renováveis coloca um obstáculo à sua integração num sistema electroprodutor que assenta numa rede eléctrica onde, por razões de estabilidade técnica, o balanço entre produção e consumo deve ser nulo em cada momento. Para acomodar esta variabilidade existem diferentes caminhos possíveis: 1) Melhoria da previsão meteorológica de modo a rentabilizar a alocação de recursos para produção de electricidade a cada momento. 2) Disseminação geográfica das fontes de produção variável de modo a obter uma curva de produção acumulada mais estável. 3) Investimento na rede de transmissão de modo a escoar excessos e ter apoio em caso de diminuição de produção. 4) Utilização de tecnologias de armazenamento de energia, à escala do sistema electroprodutor, que possibilitem garantir o abastecimento. O objectivo do trabalho passa por estudar a aplicação de diferentes soluções de armazenamento, num sistema com elevada penetração de energias renováveis, como por exemplo Portugal. Numa primeira fase, caracteriza-se o estado da arte das tecnologias de armazenamento. Depois, o modelo deverá ser validado com dados de produção e consumo relativos ao sistema energético português, que será usado como cenário de validação e referência. Por fim, pretende-se usar um sistema de modelação energética para construir diferentes cenários caracterizados pela penetração de renováveis, aplicação de armazenamento de energia, capacidade de interligação da rede eléctrica e custos associados da energia.Worldwide economic development has posed a series of challenges including the energy supply problem, seen from a holistic perspective, given some economic and environmental constraints. Therefore the renewable energy sources have raised awareness in the last decades given their environmental benefits and economic potential. The geographical and temporal variability of the renewable resources places a barrier to their integration in the electric power system which is based on the electric grid where, due to technical reasons, the balance between generation and consumption must be zero in every moment. To berth this variability there are some possible paths: 1) Improved meteorological forecasts in order to optimize power generation resources in every moment of the day. 2) Geographical spread of the variable power sources so that the cumulative generation is more stable. 3) Power grid capacity reinforcement in order to drain generation excesses and have support in case of variable generation decrease. 4) Use of grid-scale storage technologies to satisfy demand. The goal of this paper is to study the application of different storage solutions to a system with a high penetration of renewable energy like Portugal. At first the storage technologies state-of-the-art will be characterized. Afterwards, the model will be validated using generation and consumption data relative to the Portuguese electric power system, used as a validation and reference scenario. Ultimately, an energy modeling system will be used to build different scenarios characterized by renewable energy penetration, applied storage technologies, transmission line capacity and energy costs

Optimização de despacho económico integrando previsão de variabilidade de produção hídrica, eólica e solar

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universiade do Porto. 201

Modelação e optimização do dimensionamento de um sistema electroprodutor híbrido isolado

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014A falta de acesso a serviços de energia afecta milhões de pessoas por todo o mundo. Considerando ainda as regiões onde o acesso a electricidade é efectuado por queima de combustíveis fósseis, vulneráveis às variações de custo de combustível, torna-se urgente promover o acesso a serviços de energia limpos e economicamente viáveis. Uma potencial solução é a implementação de sistemas híbridos isolados que contem com os recursos renováveis locais. Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de optimização do dimensionamento e escalonamento para sistemas híbridos isolados que reúnam as tecnologias de conversão eólica e fotovoltaica, baterias e geração a diesel. O objectivo é auxiliar o decisor do projecto a determinar o número de equipamentos a instalar de cada tecnologia. O dimensionamento óptimo é alcançado minimizando o investimento total para 20 anos de vida útil do projecto. Determina-se deste modo o custo de energia ou LCOE (€/kWh). A metodologia consiste num modelo de dimensionamento e escalonamento que avalia a cada hora o balanço de energia produção/consumo, para 1 ano de dados climáticos. A metodologia desenvolvida é um problema de programação linear inteira mista e é aplicada na plataforma GAMS. São analisadas e comparadas diversas configurações de sistemas híbridos e é efectuada a análise de sensibilidade a factores económicos como o custo do diesel. É efectuada uma análise climática demonstrando a aplicabilidade da metodologia desenvolvida a diferentes condições climáticas. Os resultados verificam que a implementação de sistemas híbridos isolados é a opção economicamente mais viável nos cenários considerados. As melhores soluções económicas são as que aplicam os quatro subsistemas propostos: eólica, fotovoltaica, baterias e geradores a diesel.The lack of energy services affects millions of people all over the world. Considering yet the regions where the access to electricity is done by fossil fuels, vulnerable to cost variations, it becomes urgent to promote access to sustainable energy services both environment-friendly and economically viable. One potential solution is the implementation of isolated hybrid systems that rely on local renewable energy sources. In this work it is developed a methodology for the optimal sizing and scheduling for isolated hybrid systems that count with wind and photovoltaic conversion technologies, batteries and diesel generators. The goal is to help the project manager to determine the number of equipments to install of each technology. The optimal sizing is achieved by minimizing the total cost during 20 years of the useful life of the project. With that, it is possible to determine the cost of energy or LCOE (€/kWh). The methodology consists on a sizing and scheduling model that evaluates in each hour the energy balance of production/consumption, for one year of climate data. The developed methodology is a mixed integer linear programming problem and is applied in the GAMS platform. Various configurations of hybrid systems are analyzed and compared and a sensitivity analysis to economic factors like diesel cost is performed. Also a climate analysis is performed to conclude about the applicability of the developed methodology in different climates. The results demonstrate that the implementation of hybrid systems is the most viable economical option in the considered scenarios. The most economic solutions are the ones that include the four subsystems proposed: wind, photovoltaic, batteries and diesel generators

Plano de acção para a sustentabilidade energética do concelho de Aveiro

Mestrado em Sistemas Energéticos SustentáveisFace ao actual paradigma energético ser baseado em combustíveis fósseis e cerca de 75% da população europeia viver em cidades, urge a adopção de políticas à escala municipal que revertam a actual tendência insustentável. Nesse sentido a União Europeia criou o Pacto de Autarcas que visa em adoptar um compromisso em que os signatários têm como objectivo diminuir em 20% as suas emissões de CO2 até 2020. Desse modo, o concelho de Aveiro em parceria com a Universidade de Aveiro produziu um Plano de Acção para a Sustentabilidade Energética que se vê reflectido no presente trabalho. Da matriz energética elaborada, tendo em conta o ano de referência de 2005, inventariou-se que o consumo era de 2616GWh e uma emissão de CO2 associada de 712304tCO2. Face estudo compreendido entre 2000 e 2005, projectaram-se os consumos e emissões até 2020 que visam valores na ordem dos 4850GWh e 1069558tCO2. Com base no diagnóstico elaborado propôs-se um conjunto de acções assentes na mobilidade, edifícios, eficiência energética, energias renováveis, governação, sensibilização e formação que visam reduzir em 20% o consumo e as emissões de CO2 em 2020, ou seja, para valores na ordem 3880GWh e 855646tCO2 respectivamente. Conclui-se que o planeamento energético num município é muito importante, indo além da simples protecção ambiental, dado que ao aumentar a eficiência energética do concelho, aumenta também a competitividade económica e, por consequência, torna-se mais atractivo aos investimentos externos, aumentando assim o emprego e o bem-estar social.In order of the current energy paradigm is based on fossil fuels and about 75% of the European population lives in cities, urge the adoption of policies to municipalities to reverse the current unsustainable trend. In this sense the EU has created the Covenant of Mayors which aims to adopt a compromise in which the parties aim to reduce by 20% its CO2 emissions by 2020. Thus, the Municipality of Aveiro in partnership with the University of Aveiro has produced a Sustainable Energy Action Plan that is reflected in this work. From the energy matrix produced, taking into account the reference year of 2005, it was inventoried the energy consumption of 2616GWh and the CO2 emissions of 712304tCO2. Taking in account a study between 2000 and 2005, is projected consumption and emissions by 2020 aimed at values of around 4850GWh and 1069558tCO2. Based on the diagnosis given, it was proposed a set of actions based on mobility, buildings, energy efficiency, renewable energy, governance, sensitizing and training aimed at reducing 20% consumption and CO2 emissions in 2020, for values in order 3880GWh and 855646tCO2 respectively. We conclude that the energy planning in a municipality is very important, going beyond simple environmental protection, since by increasing the energy efficiency of the municipality, also increases the economic competitiveness and, therefore, becomes more attractive to foreign investment, increasing as employment and social welfare

Optimização da estratégia de operação de mini-hídricas integrando informação de previsão de produção

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201