Search

Submitted by Paulo Costa (paulomoises@estv.ipv.pt) on 2016-12-27T18:41:05Z No. of bitstreams: 1 Gouveia_et_al-2016-International_Transactions_on_Electrical_Energy_Systems.pdf: 1190719 bytes, checksum: 685a0372b46075eed1f9c78297f67b96 (MD5) Approved for entry into archive by Rosa Silva (ralves@estv.ipv.pt) on 2017-01-03T16:12:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Gouveia_et_al-2016-International_Transactions_on_Electrical_Energy_Systems.pdf: 1190719 bytes, checksum: 685a0372b46075eed1f9c78297f67b96 (MD5) Made available in DSpace on 2017-01-03T16:48:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gouveia_et_al-2016-International_Transactions_on_Electrical_Energy_Systems.pdf: 1190719 bytes, checksum: 685a0372b46075eed1f9c78297f67b96 (MD5) Previous issue date: 2016-01-20 info:eu-repo/semantics/publishedVersion

The emergence of micro-generation as a technically sound alternative has lead, in recent times, to the concept of micro grid, a network of LV consumers and producers able to export electric energy in some circumstances and also to work in a isolated way in emergency situations. Research work about the organization of micro grids, control devices, functionalities and other technical and economic aspects is presently being carried out, in order to establish a consistent technical framework to support the concept. Among other aspects, the effect of micro grids in the reliability of the distribution network has been pointed out as an important advantage, due to the ability of isolated operation in emergency situations. In order to address this topic, the present paper identifies the situations where the existence of a micro grid may reduce the interruption rate and time and thus improve the reliability indices of the distribution network. The relevant expressions necessary to quantify the reliability are also presented. An illustrative example is included, where the global influence of the micro grid in reliability is commented.

Recently, the new concept of microgrid (muG) has been emerging on distribution networks as a way to ease the integration of micro generation in LV networks and increase reliability. A muG is an association of a low voltage distribution network, small modular generation systems (micro-generators), loads and storage devices having some local coordinated functions. This entity can operate in two different modes: interconnected or emergency. In the first mode, the microgrid is connected with the distribution network, importing or exporting electricity and/or ancillary services. When in emergency mode, the microgrid operates isolated from the distribution network and uses local resources, changing from power control to frequency control and, if necessary, shedding load. A micro grid will only be established if its promoters achieve sufficient advantages that justify the incurred costs, namely the investment, operation and maintenance costs. The main purpose of this paper is to identify all the relevant costs and benefits and build a decision model for the situation, taking into account the regulatory framework, which is essential for the definition of some of the benefits. The paper also shows how to include in the evaluation the risk associated to the uncertainties in data and parameters. An illustrative example is included that shows a possible situation of equilibrium between global costs and benefits

This paper addresses the allocation of electrical losses in distribution networks with embedded generation, in a liberalized environment. The nonlinear nature of the issue, the loss changes due to voltage variation and, specially, the contribution of embedded generation to loss variation are considered. The proposed method is based on tracing the real and imaginary parts of the currents and has two steps. First, the losses in the distribution network, in the absence of embedded generation, are allocated to the consumers (or their providers). Second, the variations in the losses that result from the influence of embedded generation are allocated to the generators. These variations are a measure of the avoided or added costs related to losses. In the allocation process, made in a branch basis, both real and reactive powers are considered. The methodology presented in this paper can be used to evaluate embedded generation incentives or to design tariffs for the use of the distribution network.

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação de mestrado. Engenharia Electrotécnicae de Computadores (Área de especialização de Sistemas de Energia). 2001. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

O fenómeno do aquecimento global e as consequentes alterações climáticas torna inevitável a reestruturação dos atuais sistemas energéticos, intensivos em carbono. Ao longo dos últimos anos, muita investigação sobre políticas e tecnologias para a descarbonização tem vindo a ser desenvolvida, resultando num elevado volume de artigos científicos, projetos de investigação e patentes. Este volume torna complexa a compreensão da relevância das diversas tecnologias e estratégias de descarbonização que a comunidade científica tem vindo a propor. O presente trabalho, desenvolvido no âmbito do projeto Transições Transformativas Sustentáveis - Conciliar a Aceleração das Transições para Baixo Carbono com Transformações do Sistema (PTDC/GES-AMB/0934/2020), apresenta uma metodologia que permite percecionar as tendências tecnológicas, no âmbito da descarbonização, presentes na literatura científica, projetos e patentes. Esta metodologia, baseada em análise bibliométrica, utiliza de dois programas informáticos de mineração de texto, especificamente, o “Tools for Innovation Monitoring” (TIM) e o VOSviewer. A aplicação da metodologia desenvolvida, sobre bases de dados de publicações científicas (SCOPUS e Web Of Science), de patentes (PATSTAT) e projetos de investigação (CORDIS), evidencia que as tecnologias de captura e armazenamento de carbono, o H2, o armazenamento de energia, as fontes renováveis de energia e a mobilidade elétrica foram, no período 2011-2021, aquelas que mais atenção receberam por parte da comunidade científica. Não obstante, outras tecnologias foram também identificadas, incluindo tecnologias de resposta da procura, microrredes e redes inteligentes. Os domínios de tecnologias promissoras identificados são enquadrados em três grupos fundamentais: tecnologias do lado da oferta (exemplo: eletricidade, H2), tecnologias do lado da procura (exemplo: mobilidade elétrica, resposta da procura) e tecnologias relacionadas com infraestruturas (exemplo: redes inteligentes e microrredes). As tecnologias mais relevantes que foram identificadas são descritas, evidenciando-se a sua maturidade e custo. Ainda que dependentes das bases de dados consideradas, os resultados apontam para uma ênfase nas tecnologias do lado da oferta, podendo abordagens mais distribuídas e com grande potencial de descarbonização, nomeadamente do lado da procura, não estarem a ser suficientemente investigadas. Outra conclusão retirada é que não existe um caminho “mágico” universal para a transição energética, o que se deve ao facto de os recursos energéticos disponíveis em diferentes regiões serem diversos e de se encontrarem em diferentes proporções. Assim, países com abundância de recursos renováveis tendem a centrar esforços nesses recursos, enquanto países com recursos fósseis tendem a optar por tecnologias de captura e armazenamento de carbono. A maturidade das tecnologias e a sua relação custo-benefício também influenciam os decisores, uma vez que as opções por tecnologias são condicionadas pela maturidade destas a qual tende a reduzir os respetivos custos. ABSTRACT: The phenomenon of global warming and consequent climate change makes the restructuring of current carbon-intensive energy systems inevitable. Over the last few years, much research on policies and technologies for decarbonisation has been developed, resulting in a high volume of scientific articles, research projects and patents. This volume makes it complex to understand the relevance of the different technologies and decarbonisation strategies that the scientific community has been proposing. The present work, developed within the project titled Sustainable Transformative Transitions - Reconciling the Acceleration of Transitions to Low Carbon with System Transformations (PTDC/GES-AMB/0934/2020), presents a methodology that allows the perception of technological trends, within the scope of decarbonisation, in the scientific literature, projects and patents. The process is based on bibliometric analysis, using two text mining computer programs, specifically the "Tools for Innovation Monitoring - TIM" and the VOSviewer. The developed methodology was applied in databases of scientific publications (SCOPUS and Web Of Science), patents (PATSTAT) and research projects (CORDIS). The result shows that carbon capture and storage technologies, hydrogen, energy storage, renewable energy sources and electric mobility were, in the period 2011-2021, those that received the most attention from the scientific community. However, other technologies have also been identified, including demand response technologies, microgrids and smart grids. The identified promising technology domains fall into three key groups: supply-side technologies (e.g. electricity, hydrogen), demand-side technologies (e.g. electric mobility, demand response) and infrastructure-related technologies (e.g. smart grids and microgrids). The most relevant technologies identified are then described, showing their maturity and cost. Although dependent on the databases considered, the results emphasise supply-side technologies, with more distributed approaches with great potential for decarbonisation, namely on the demand side, possibly not being sufficiently investigated. Another conclusion drawn is that there is no universal "magic" path for energy transition because the energy resources available in different regions are diverse and found in different proportions. Thus, countries with abundant renewable resources tend to focus on these resources, while countries with fossil resources tend to opt for carbon capture and storage technologies. The technologies' maturity and cost-benefit ratio influence decision-makers since the options for technologies are conditioned by their maturity, which tends to reduce the respective costs.

A monitorização de parques solares fotovoltaicos é, em particular nas instalações de maior potência instalada, uma atividade crucial para assegurar o adequado desempenho técnico e económico destas unidades de produção de eletricidade. A referida monitorização implica a aquisição de dados relativos ao funcionamento das centrais, em termos de grandezas elétricas e não elétricas (meteorológicas). Estes dados possibilitam o cálculo de indicadores de desempenho (por exemplo energia efetivamente produzida face ao valor expectável) e a deteção de situações de falha. A aquisição dos dados necessários à monitorização contínua de uma central impõe a comunicação com diversos equipamentos instalados no parque fotovoltaico. O presente trabalho, realizado em parceria com a empresa Voltalia Portugal S.A., tem por objetivo fundamental o desenvolvimento de um sistema de aquisição e registo de dados (“datalogger”) provenientes de equipamentos instalados em parques solares fotovoltaicos, nomeadamente inversores, sensores (temperatura, irradiância, tensão e corrente), autómatos e até mesmo servidores. O sistema desenvolvido destina-se, principalmente, a ser utilizado em parques solares mais antigos, cujos equipamentos não possuem acesso a softwares com as funcionalidades pretendidas. O desenvolvimento deste projeto teve como base partes de dataloggers anteriormente desenvolvidos pela Voltalia, em particular no que se refere a drivers de comunicação com dispositivos instalados nas centrais fotovoltaicas. Estes componentes de programação já existentes foram melhorados e adaptados para a utilização no datalogger desenvolvido neste trabalho. Adicionalmente, foi desenvolvido todo o sistema de aquisição, tratamento e armazenamento de dados referentes a grandezas elétricas (potências, tensão elétrica, corrente elétrica, frequência, energia, nível de carga em baterias, etc.) e não elétricas (temperaturas, irradiância, pressão atmosférica, velocidade e direção do vento, humidade relativa, etc.). Além disso, foi também implementada uma interface gráfica que permite visualizar as grandezas relevantes, para além da definição de utilizadores e respetiva atribuição de permissões relacionadas com o uso do sistema. O sistema desenvolvido irá funcionar num Raspberry Pi, que por sua vez terá de efetuar uma comunicação com um sistema central de modo a recolher os dados necessários dos equipamentos, esta comunicação será possível através do uso de um serviço de comunicação desenvolvido (aplicação de comunicação) pela própria Voltalia. ABSTRACT: The monitoring of photovoltaic plants is an important activity to ensure the adequate technical and economic performance of these electricity production units, especially in higher power facilities. The mentioned monitoring implies the acquisition of data relative to the functioning of the plants in terms of electrical and non-electrical (meteorological) quantities. This data enables the calculation of performances indicators (for example, the energy produced versus its expected value) and the detection of fault situations. The continuous acquisition of photovoltaic plant data requires communication with multiple types of equipment installed on those power plants. The present work, developed in partnership with Voltalia Portugal S.A., aims to create acquisition and data-logging system from equipment installed in photovoltaic plants, including inverters and sensors (temperature, irradiation, tension and current), automatons and even servers. This project is aimed mainly at older photovoltaic plants whose equipment doesn’t possess dedicated software with the required functionalities. The development of this project used parts of software previously developed by Voltalia, particularly concerning communication drivers with devices installed in photovoltaic plants. These existing programming components were improved and adapted for use in the datalogger developed. The system for acquiring, processing, and storing electrical (power, electrical voltage, electrical current, frequency, energy, battery charge level, etc.) and non-electrical (temperatures, irradiance, pressure atmosphere, wind speed, relative humidity, etc.) data was developed. In addition, a graphical interface was implemented, allowing the visualization of the temporal evolution of relevant quantities, the management of alarms, the definition of users and the respective attribution of permissions related to the use of the system. The developed system will run on a Raspberry Pi, which in turn will perform a communication with a central system to collect the necessary data from the equipment, this communication will be possible with the use of a communication service (communication application) developed by Voltalia themselves.

A produção de energia a partir de fontes renováveis, e em particular a energia fotovoltaica, tem vindo a crescer de forma muito significativa ao longo dos últimos anos. Este crescimento tem sido impulsionado pela necessidade de se aplicarem medidas que permitam mitigar as alterações climáticas, que são um dos maiores desafios que a humanidade enfrenta na atualidade. A produção de eletricidade em regime de autoconsumo insere-se neste contexto e é assumida como uma linha de atuação importante. A Diretiva Europeia 2018/2001 do Parlamento Europeu e do Conselho de 11 de dezembro (relativa à promoção da utilização de energia de fontes renováveis), transposta para a ordem jurídica portuguesa através do Decreto-Lei n.º 162/2019 de 25 de outubro veio reforçar a importância da produção em regime autoconsumo, consagrando a definição dos conceitos de autoconsumidor de energia renovável em regime individual ou coletivo, bem como de comunidades de energia renovável. Este trabalho, desenvolvido em colaboração com a empresa TripleWatt, insere-se neste âmbito e apresenta uma proposta de um modelo que permite definir o gerador fotovoltaico economicamente mais adequado (melhor Valor Atualizado Líquido do investimento) para uma determinada situação de autoconsumo, em particular autoconsumo coletivo. Esta definição consiste no estabelecimento da potência de pico a instalar no gerador bem como na definição da orientação e inclinação dos painéis fotovoltaicos. No processo de determinação do gerador mais adequado é utilizada, entre outra, informação sobre históricos de consumos de energia elétrica dos consumidores envolvidos bem como sobre a produção esperada para o gerador a instalar. Esta última é obtida com recurso a informação disponibilizada em bases de dados disponíveis. O modelo desenvolvido foi implementado em ambiente Matlab e testado com dados de cenários realistas, constituindo-se desta forma os casos de estudos deste trabalho. ABSTRACT: The production of energy from renewable sources, and in particular photovoltaic energy, has been growing significantly over the last few years. This growth has been driven by the need to apply measures to mitigate climate change, which is one of the greatest challenges facing humanity today. The production of electricity under a self-consumption regime is part of this context and is assumed to be an important line of action. The European Directive 2018/2001 of the European Parliament and of the Council of 11 December (relating to the promotion of the use of energy from renewable sources), transposed to the Portuguese legal system through Decree-Law No. 162/2019 of 25 October it reinforced the importance of self-consumption production, enshrining the definition of the concepts of self-consumer of renewable energy on an individual or collective basis, as well as renewable energy communities. This work, developed in collaboration with the company TripleWatt, falls within this scope and presents a proposal for a model that allows defining the most economically appropriate photovoltaic generator (best Net Updated Value of Investment) for a given self-consumption situation, in particular collective self-consumption. This definition consists of establishing the peak power to be installed in the generator as well as defining the orientation and inclination of the photovoltaic panels. In the process of determining the most suitable generator, information is used, among other things, about historical consumption of electricity by consumers, as well as about the expected production for the generator. The expected value for the energy produced by the photovoltaic generator is obtained using information provided in available databases. The developed model was implemented in a Matlab environment and tested with real scenario data that constitute the case studies of this work.

O presente trabalho apresenta uma solução para colmatar uma lacuna existente no processo de gestão da manutenção de parques fotovoltaicos a cargo da empresa Voltalia S.A.. Efetivamente, a empresa possuía um sistema de gestão de manutenção, mas não possuía um processo de referenciação uniformizado que permitisse a interligação entre os equipamentos reais nos parques fotovoltaicos e o referido sistema de gestão da manutenção. Nesta dissertação/projeto, expõe-se a metodologia e a ferramenta desenvolvida para superar a lacuna referida. A metodologia centrou-se, numa primeira fase, no levantamento de todos os equipamentos que podem integrar uma central fotovoltaica e na posterior definição da designação padrão e respetiva estruturação em diagrama de árvore. Na fase seguinte, com toda a estruturação criada, foram definidas regras de codificação para cada nível do diagrama de árvore. Neste processo contemplou-se sempre as características do respetivo nível hierárquico, criando assim um código único para cada equipamento de forma a contribuir para processos de planeamento e de controlo de equipamentos eficazes e de forma padronizada. A ferramenta foi desenvolvida de forma a automatizar todo o processo de estruturação e codificação de equipamentos. Esta, foi desenvolvida em Visual Basic for Applications (VBA), e permite, com base na metodologia anteriormente enunciada, elaborar a codificação e estruturação de forma automática. Esta ferramenta, quando disponibilizada aos gestores de parques, permite que estes possam quantificar os equipamentos existentes. Com base na informação recolhida, a ferramenta elabora o diagrama de árvore e a respetiva codificação. Adicionalmente, a feramenta permite gerar um ficheiro com as características de importação do sistema de gestão de manutenção referido, permitindo assim a ligação entre os equipamentos dos parques fotovoltaicos e o sistema de gestão da manutenção. Até ao momento, a ferramenta apresentada neste documento, foi já implementada em cerca de 500 parques fotovoltaicos, estando integrados no sistema de gestão de manutenção da empresa Voltalia S.A., segundo as diretrizes enunciadas aqui apresentadas. ABSTRACT: The present work presents a solution to fill a void in the maintenance management process of photovoltaic parks by Voltalia SA. Effectively, the company had a maintenance management system, but did not have a standardized reference process that allowed seamless interconnection between the real equipment in the photovoltaic parks and the said maintenance management system. In this dissertation, the methodology and the tool developed to overcome the mentioned void is disclosed. The methodology focused, in a first phase, on the survey of all the equipment that can integrate a photovoltaic power plant and on the subsequent definition of the standard designation and respective structuring in a tree diagram. In the next phase, with the structure created, coding rules were defined for each level of the tree diagram. In this process, the characteristics of the respective hierarchical level were always considered, thus creating a unique code for each equipment so to add to the efficient planning and equipment control processes in a standardized way. The tool was developed to automate the entire process of structuring and coding equipment. It was developed in Visual Basic for Applications (VBA), and allows, based on the methodology previously stated, to develop the coding and structuring automatically. This tool, when available to park managers, allows them to quantify existing equipment. Based on the information collected, the tool elaborates the tree diagram and its codification. In addition, the tool can generate a file with the import characteristics of the referred maintenance management system, thus allowing the connection between the equipment of the photovoltaic parks and the maintenance management system. Up to this time, the tool presented in this document has already been implemented in around 500 photovoltaic parks, being integrated into the maintenance management system of Voltalia S.A., according to the guidelines presented here.

Os sistemas eléticos projetados, em grande parte, tendo em conta a utilização de grandes centrais de produção de energia elétrica, as quais se caracterizam pela sua elevada disponibilidade e, em algumas tecnologias pela flexibilidade de operação (ou seja, permitem adaptar de forma relativamente simples o nível de produção). A integração de produção distribuída nas redes elétricas, em particular aquela cujo regime de produção é dependente de condições climatéricas (e portanto com variações significativas, incluindo no curto prazo), tem vindo a produzir efeitos para os quais as redes elétricas não foram dimensionadas, em particular as redes de distribuição. Ao longo dos anos, têm-se vindo a estudar formas que permitam mitigar os efeitos negativos resultantes daquela integração, sem inviabilizar a operação das unidades de produção distribuída. O estabelecimento de limites à potência das unidades de produção distribuída. O estabelecimento de limites à potência das unidades de produção distribuída (global e individual) tem sido uma das medidas mais comumente utilizadas. Estes limites são frequentemente, mais conservadores, uma vez que são estabelecidos considerando regimes extremos (carga mínima na rede e produção máxima das unidades de produção distribuída). No caso das centrais fotovoltaicas, estes limites determinam o máximo de potência a injetar na rede elétrica, mesmo existindo viabilidade técnica (existência de maior consumo ba rede nesse período) e produção disponível por parte da central. Esta dissertação propões a implementação de um sistema destinado ao controlo da potência injetada de uma central fotovoltaica interligada à rede elétrica de distribuição. Este controlo tem como foco principal a definição da potência ativa máxima, que a cada momento, a central pode injetar na rede recetora, bem como, o fator de potência correspondente, Ademais, o sistema permite um controlo dinâmico da potência ativa injetada máxima e o respetivo fator de potência. Esse controlo dinâmico pode ser utilizado ao invés do limite conservativo que tradicionalmente são impostos no ponto de interligação da central com a rede elétrica. o sistema implementado foi desenvolvido com base numa aplicação (a operar em sistema operativo Windows), a qual, se destina a aplicar, no inversor, os setpoints desejados de limite de potência ativa máxima, que pode ser injetada na rede elétrica, e o respetivo fator de potência. Como forma de estimar a influência das perdas desde a central ao ponto de interligação, foi desenvolvido um algoritmo que permite o cálculo dos valores de setpoint com a compensação das perdas. O sistema permite também, para além, do controlo através de comandos locais, o controlo através de comandos remotos (a partir de uma aplicação desenvolvida para envio de mensagens para aplicação local).

As fontes de energia renovável têm sido utilizadas como resposta à dependência das fontes de energia fóssil. Neste contexto, a energia solar fotovoltaica (FV) tem vindo a assumir uma ´ importância crescente. Em Portugal, a definição do regime de microprodução possibilitou a instalação de sistemas FV com alguns kW de potencia instalada. No início de 2015, com a introdução do novo regime ˜ para a produção distribuída, tornou-se possível a produção de energia em regime de ˜ autoconsumo a partir de pequenos sistemas FV. Num mercado tão competitivo como o solar FV, as soluções de produção de energia são comercializadas com o menor custo possível. Habitualmente, uma forma de reduzir este custo consiste em não incluir um sistema de monitorização adequado, que permita o ˜ acompanhamento da instalação FV. Consequentemente, torna-se difícil avaliar se o desempenho da instalação está de acordo com o esperado, traduzindo-se, muitas vezes, na perda de produção de energia elétrica. ´ Esta dissertação enquadra-se neste âmbito, tendo como principal objetivo o desenvolvimento de um sistema de monitorização de baixo custo para instalações FV de pequena dimensão. Este sistema e caraterizado por ser uma solução completa de monitorização, com baixo custo quando comparado com o custo da instalação FV, e de fácil instalação nos pequenos sistemas FV. O sistema de monitorização desenvolvido permite a recolha, armazenamento e visualização (através de uma interface Web) das variáveis elétricas e meteorológicas relevantes para a adequada monitorização de instalações FV de pequena dimensão, dotadas de um inversor monofásico. Além disso, o sistema desenvolvido possibilita a identificação de situações de falha de produção de energia e permite efetuar análises de desempenho ´ a instalação (através do calculo de vários indicadores). Por ´ ultimo, o sistema desenvolvido permite a integração com o ˜ sistema central de supervisão da Martifer Solar, possibilitando o acompanhamento diário da ´ instalação FV por uma equipa especializada. Este trabalho foi desenvolvido em parceria com a Martifer Solar, empresa focada no desenvolvimento, Engenharia, Gestão de Compras e Construção (EPC) e serviço de Operação e Manutenção (O&M) das centrais FV. ABSTRACT: Renewable energy has been used to deal with the dependence of the energy produced through the use of fossil resources. In this context, the photovoltaic (PV) solar energy is a growing reality. In Portugal, the old regime of microgeneration allowed the installation of PV plants with few kW of installed power. In early 2015, this regime was replaced by a new one that allows energy for selfconsumption to be generated through the use of small PV plants. In a market so competitive as the photovoltaic, the solutions for eletricity generation are sold at the possible lowest cost. Typically, one of the adopted options to reduce these costs consists in avoiding the inclusion of an appropriate monitoring system, which would enable to follow the behavior of the PV plant. Consequently, it becomes difficult to evaluate if the performance of the PV plant is in agreement with the expected, often resulting in the loss of energy production. This work falls within this context, being its main objective the development of a low-cost monitoring system devoted to small sized PV plants. The developed system is characterized by being a complete monitoring solution, with low cost when compared to the cost of a PV system, and by its easy installation with small PV plants (single inverter plants with installed power up to few kW). The developed monitoring system is able to collect, store and display electrical and environmental variables that are relevant for a suitable monitoring of a small PV plant. Moreover, it can identify situations of energy production failures and analyze the performance of a PV plant (by calculating performance indicators). Finally, the developed system allows the integration with the central system of supervision of Martifer Solar, which makes the daily monitoring of PV plant by an expert team possible. This work was developed in partnership with Martifer Solar, a fully-integrated player in the global photovoltaic market focused on Development, EPC (Engineering, Procurement, and Construction) and Operation and Maintenance (O&M) Service.

O consumo de energia nos edifícios representa 40 % da energia total consumida na União Europeia (UE). Neste contexto, e visando a diminuição da dependência energética e a diminuição da emissão de poluentes atmosféricos, a Diretiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Concelho de 19 de Maio de 2010 definiu o conceito de “Edifício com necessidades quase nulas de energia” e estabeleceu metas temporais a partir das quais todos os edifícios novos têm obrigatoriamente de apresentar um elevado desempenho energético, sendo as suas necessidades de energia (nulas ou muito reduzidas) suplantadas, em larga escala, por energia proveniente de sistemas locais de produção renovável. Esta dissertação enquadra-se neste âmbito, tendo como principal objetivo o desenvolvimento e instalação de uma plataforma destinada à avaliação do comportamento de algoritmos de gestão de sistemas híbridos autónomos de microgeração, nomeadamente no que se refere à forma de alimentação de cargas (prioritárias e não prioritárias), à gestão do sistema de armazenamento, à monitorização da produção de diferentes tecnologias de microgeração e à avaliação do SoC e do SoH do sistema de armazenamento. A plataforma foi desenvolvida visando o estudo de sistemas híbridos destinados à alimentação de instalações residenciais unifamiliares, sem prejuízo de que, no futuro, a utilização possa ser alargada a outras instalações. A plataforma desenvolvida permite a simulação dos consumos de uma instalação elétrica residencial típica bem como a aquisição de informação relativa a estes consumos e à produção das unidades de microprodução integradas no sistema (uma turbina microeólica e um gerador fotovoltaico). Adicionalmente, a plataforma integra um sistema, baseado na contagem de Coulomb, que permite estimar o estado de carga (SoC) e de saúde (SoH) do sistema de armazenamento do sistema autónomo. A implementação deste sistema confere a possibilidade de se efetuar uma gestão dos consumos, procedendo, em função do SoC instantâneo, ao deslastre de cargas segundo uma ordem de mérito. Este tipo de gestão, com algoritmos concebidos para o efeito, poderá otimizar a utilização da energia disponível (alimentando as cargas prioritárias em detrimento das menos prioritárias) bem como a vida útil das baterias integradas no sistema de armazenamento. ABSTRACT: Energy consumption in buildings accounts for 40% of total energy consumed in the European Union (EU). In this context, aiming to reduce energy dependence and the reduction of emissions of atmospheric pollutants, Directive 2010/31 / EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 defined the concept of "building with nearly zero-energy "and establishing dates from which all new buildings must have to have a high energy performance, and its energy needs (zero or very limited) supplanted to a large extent by renewable sources. This work falls within this context, the main objective the development and installation of a platform to evaluate performance of autonomous hybrid micro-power generation management algorithms, in particular as regards the load power form (priority and not priority), the storage system management, monitoring the production of different technologies of autonomous system and evaluation of the SoC and the storage system SoH. The platform was developed for the study of hybrid systems for feeding single-family residential, notwithstanding that in the future, the use can be extended to other facilities. The developed platform allows the simulation of consumption of a typical residential consumer and the acquisition of information related to these consumption and production of micro units into the system (one wind generator and a photovoltaic generator). Additionally, the platform includes a system based on Coulomb count that estimates the state of charge (SOC) and health (SoH) of the storage system. The implementation of this system gives the possibility to perform a management of consumptions, proceeding according to the instant SoC, the load shedding according to an order of merit. This type of management, with algorithms designed for this purpose, can optimize the use of available energy (feeding the priority loads to the detriment of lower priority) and the life of the battery integrated into the storage system.

Os sistemas de monitorização e supervisão são um recurso crucial à exploração de centrais fotovoltaicas (FV), permitindo a recolha de dados sobre o seu funcionamento. Estes dados, após processamento adequado, permitem determinar indicadores de desempenho, efetuar comparações, identificar tendências de comportamento, detetar e localizar anomalias em equipamentos/sistemas e definir planos de manutenção otimizados. A consequência mais evidente da utilização destes sistemas é a melhoria do desempenho técnico-económico das centrais FV. O presente trabalho apresenta um sistema capaz de disponibilizar informação relativa ao funcionamento de uma central FV, independentemente da sua dimensão, num dispositivo móvel. Este trabalho foi proposto pela empresa Martifer Solar para uma eventual mais-valia dos seus sistemas de supervisão. A arquitetura proposta contempla aspetos importantes na conceção de Sistemas de Informação, como sejam a flexibilidade e a segurança de sistemas. É feito com recurso a um webservice baseado em SOAP (Simple Object Access Protocol) que interliga a aplicação servidor com uma aplicação cliente, desenvolvida para dispositivos móveis com SO Android, denominada de mSMARMSYST. Nesta aplicação pode ser consultada um lista de todos os equipamentos e o seu estado de comunicação, todos os erros que estão a ocorrer num determinado parque FV, ver produções de energia momentâneas, observar histórico de dados e produção diária para ajudar na manutenção e supervisão de um parque FV. ABSTRACT: The monitoring and supervision systems are crucial to the operation of photovoltaic plants (PV), allowing the gathering of data about its operation. This data, after proper processing, allow to obtain performance indicators, the establishment of comparisons, the identification of behavior trends, the detection and location of malfunctions in equipment / systems and the definition of optimized maintenance plans. The most obvious consequence of the use of monitoring and supervision systems is the improvement of the technical and economical performance of PV plants. This document presents an architecture of a system able to provide information about the operation of a PV plant, regardless of its size, in a mobile device. The proposed architecture includes important aspects concerning the design of information systems, namely concerning the system flexibility and security. The project was made using a webservice based on SOAP protocol that connects database server with client mobile device application mSMARMSYST. In this application the user can search for a list of all equipment and their communication status, can see errors that are occurring in a given PV plant, see real time energy production, observe historical data and view data in a graphic format. This functions are perfect to assist in the maintenace and supervision of the PV plant.

A monitorização da qualidade do ar é essencial para estimar a exposição da população à poluição do ar, apoiar estudos sobre os efeitos dos poluentes atmosféricos sobre a saúde e ainda dar a informação à população. A monitorização em rede com uma maior cobertura espacial permitiria um melhor conhecimento das concentrações, fontes e dinâmica dos poluentes atmosféricos. No entanto as redes de monitorização da qualidade do ar com uma elevada densidade espacial e com a utilização de métodos convencionais tornam-se impraticáveis devido aos seus elevados custos de aquisição e manutenção, necessidades de energia e de abrigos de grandes dimensões. Existe portanto, a necessidade de serem encontradas alternativas mais baratas, mais flexíveis, com necessidades de manutenção e de energia reduzidas, requisitos que podem ser alcançados com sensores de menores dimensões e menor custo e com recurso a técnicas de determinação alternativas às utilizadas nos métodos convencionais. O presente trabalho teve como principais objetivos o estudo do funcionamento de sensores de baixo custo existentes no mercado para determinação de dióxido de azoto (NO2), a seleção e aquisição de um sensor e o estudo da sua fiabilidade. O sensor de NO2 selecionado foi um sensor eletroquímico (Alphasense, B4 NO2) e o estudo incidiu fundamentalmente na análise do seu desempenho por comparação com equipamentos que utilizam o método de referência (quimiluminescência), inseridos em estações de monitorização da qualidade do ar e com tubos de difusão (amostragem por reação com a etilenodiamina e determinação por espectrofotometria de ultravioleta). Foi avaliada a variação do zero ao longo do tempo (zero drift), a influência da temperatura e a sensibilidade provocada pelo gás ozono (O3) na resposta dada pelo analisador eletroquímico, com base nas recomendações descritas nas fichas técnicas do sensor eletroquímico analisado. Para a avaliação do zero drift, o sensor foi exposto a “ar limpo” durante períodos mínimos de 10 horas. A avaliação foi realizada após medições “in situ” que decorreram durante um período aproximado de 6 meses. A influência da temperatura na resposta do sensor foi avaliada, submetendo o sensor a variações de temperatura e mantendo-o exposto a “ar limpo”. Para a avaliação da sensibilidade provocada pelo O3 na resposta dada pelo analisador eletroquímico foram realizadas medições de NO2 no ar ambiente com o analisador eletroquímico em simultâneo com equipamento que utilizam o método de referência na determinação de NO2 e O3. Dos resultados obtidos, assinala-se a boa estabilidade do zero conseguida ao longo dos cerca de 6 meses de utilização do sensor, com uma variação máxima de 0,3ppb. No que se refere à influência da temperatura verificou-se que, o algoritmo de cálculo fornecido pelo fornecedor do sensor eletroquímico melhora e ajusta corretamente o sinal do sensor, no entanto, para temperaturas acima dos 30ºC, a correção dada pelo algoritmo não é suficiente, registando-se um decaimento do sinal que pode chegar aos 20ppb. A sensibilidade cruzada do sensor ao O3 verificou-se ser de aproximadamente 60%. Nas medições realizadas com o analisador eletroquímico, com o método de amostragem por difusão passiva (tubos de difusão) e com o método de referência, foram registados valores de concentrações médias horárias de NO2 reduzidas em grande parte do período de medição, com valores abaixo do limite de deteção do sensor eletroquímico (

Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica - Energia e Automação Industrial A presente dissertação procura contribuir para a divulgação e melhor integração do conceito de microcogeração (μCHP) nos sistemas de aquecimento central residenciais O trabalho começa com a exposição das principais motivações e dos objetivos que se pretendem alcançar. De seguida, são apresentados conceitos relativos ao aquecimento central residencial e às tecnologias mais promissoras da uCHP. A contribuição mais importante deste trabalho consiste na definição de um modelo que permite simular o comportamento de uma unidade de μCHP quando aplicada com o objetivo de satisfazer as necessidades térmicas típicas de uma habitação. Este modelo permite efetuar simulações considerando que a unidade de μCHP satisfaz as necessidades de energia térmica de forma direta (produção térmica feita no momento do consumo) ou indireta, utilizando um depósito de armazenamento térmico (produção térmica não é necessariamente feita no momento do consumo). A modelização desenvolvida é aplicada a casos de estudo realistas, baseados numa unidade de μCHP específica aplicada numa habitação localizada em Viseu e com consumos de energia térmica bem definidos. Os resultados obtidos permitem retirar conclusões interessantes sobre o comportamento elétrico e térmico da unidade μCHP utilizada. Adicionalmente, os resultados permitem inferir conclusões sobre a influência que a utilização de depósitos de armazenamento de energia térmica e a otimização do funcionamento da unidade de μCHP podem produzir. ABSTRACT: This dissertation aims to contribute for the dissemination and better integration of the concept of micro cogeneration (μCHP) in residential central heating systems. The work begins with the exposition of the main motivations and goals to be achieved. Afterwards, the concepts related to residential heating systems and the most promising technologies of μCHP are presented. The most important contribution of this work consists on the definition of a model devoted to the simulation of the behavior of a μCHP unit applied with the purpose of satisfying typical thermal needs of a house. The model allows performing simulations considering that the μCHP unit satisfies the needs for thermal energy directly (thermal production made at the moment of consumption) or indirectly using a thermal storage tank (heat production does not necessarily occur at the moment of consumption). The developed model was applied to real case studies based on a specific μCHP unit running on a typical residence located in Viseu, whose consumption of thermal energy is well known (defined through typical profiles). The results of the simulations allow to draw interesting conclusions about the electrical and thermal behavior of the used μCHP unit. Moreover, the results permit inferring conclusions about the influence that the use of thermal energy storage produces, as well as the optimization of the operation of the μCHP unit.

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica-Energia e Automação Industrial Ao longo dos últimos anos, a produção distribuída de eletricidade teve um rápido crescimento, devido aos mecanismos de incentivo que foram implementados principalmente nos países que integram a União Europeia. Perante este cenário tem-se assistido a um aumento da ligação de pequenas unidades de produção distribuída (microgeração) à rede de baixa tensão. Este facto tem levado à investigação sobre formas de integrar dos sistemas de microgeração nas redes baixa tensão. Neste âmbito, um dos conceitos que têm vindo a ser desenvolvido são as microredes elétricas. No entanto, novos conceitos como os condomínios energéticos poderão também ser englobados no seio do sistema elétrico. A presente dissertação procura contribuir para a definição do conceito de condomínio energético, visto como uma expansão natural das microredes e, consequentemente, na definição de modelos que podem ser aplicados para dimensionamento destas entidades. Os modelos desenvolvidos procuram potenciar os benefícios mais relevantes da produção distribuída, tendo em consideração os seguintes fatores: i) dimensionamento de uma rede elétrica totalmente (condomínio autónomo) ou parcialmente (condomínio com consumo líquido zero) autónoma; ii) conjugação de redes elétricas e de calor; iii) localização da produção distribuída no interior da rede visando a redução de perdas e a não degradação dos níveis de tensão; e iv) dimensionamento otimizado da rede de distribuição de eletricidade integrada no condomínio. A metodologia desenvolvida é aplicada a casos de estudos baseados em redes reais. Os resultados obtidos permitem retirar conclusões que caracterizam os potenciais benefícios e custos que resultam da implementação do conceito de condomínio energético. A dissertação é finalizada com a avaliação da capacidade dos condomínios energéticos prestarem serviços à rede a montante. Esta avaliação teve em consideração as características destas estruturas, nomeadamente a possibilidade de alterar a carga e a produção internas. ABSTRACT: Over the past few years, distributed generation of electricity had a rapid growth due to incentive mechanisms that have been implemented mainly in the countries of the European Union. Considering this concept, we have observed an increase of the connection of small units of distributed production (microgeneration) to the low voltage network. This has led to the research on ways to integrate the microgeneration systems in low voltage network. In this context, one of the concepts that have been developed is the electrical microgrids. However, new concepts such as energetic condominiums may also be included within the electrical system. This work aims to contribute to the definition of energetic condominiums, seen as a natural expansion of microgrids and consequently as a definition of models that can be applied to the measurement of these entities. The developed models intend to maximize the most relevant benefits of the distributed generation by taking into account the following factors: i) Total dimensioning of an electrical grid (autonomous condominium ) or partially autonomous (with zero net energy); ii) combination of heat and electrical networks; iii) location of distributed generation within the network in order to reduce loss and no degradation of voltage levels; and iv) optimized dimensioning of the network distribution of electricity integrated in the condo. The methodology applied is based upon real networks study cases. The results obtained allow us to draw conclusions which characterize the potential benefits and costs resulting from the implementation of the concept of energetic condominium. The dissertation concludes with an evaluation of the ability of condominiums to provide energy services to the upstream network. This evaluation has taken into account the characteristics of these structures, mainly the possibility of changing the amount of charge and internal production.

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica-Energia e Automação Industrial consumo em edifícios representa 40% do total da energia consumida na União Europeia (UE), contribuindo de forma significativa para a emissão de poluentes atmosféricos e para a dependência energética que caracteriza o espaço europeu. A Directiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Conselho de 19 de Maio de 2010 procura obviar esta situação, definindo o conceito de «Edifício com necessidades quase nulas de energia», e estabelecendo datas a partir das quais todos os novos edifícios deverão apresentar um elevado desempenho energético e cujas necessidades de energia devem ser satisfeitas, em grande medida, por energia proveniente de fontes renováveis. Esta dissertação enquadra-se neste contexto, contribuindo para a definição de procedimentos para dimensionamento de sistemas de produção de energia elétrica e térmica capazes de satisfazer as necessidades de edifícios de habitação. O dimensionamento destes sistemas é efetuado tendo em consideração perfis típicos de consumo de energia, e visa a obtenção de soluções tecnicamente adequadas ao menor custo. A inexistência de perfis térmicos com definição dos consumos típicos ao longo das horas do dia implicou a necessidade de se proceder à sua construção. A integração de sistemas de armazenamento de energia térmica e elétrica foi incluída, inclusive no que se refere à respetiva vida útil. Alguns procedimentos de gestão potencialmente aplicáveis a estes sistemas são apresentados ao longo do trabalho, destacando-se o controlo das unidades de microcogeração por necessidades térmicas e por necessidades elétricas. As metodologias desenvolvidas foram aplicadas a um caso de estudo correspondente a uma habitação unifamiliar, permitindo a obtenção de conclusões sobre o desempenho de sistemas autónomos com diferentes constituições, definidos com o objetivo de satisfazerem apenas as necessidades de energia elétrica ou, simultaneamente, as necessidades de energia elétrica e térmica. A avaliação do desempenho económico destes sistemas finaliza a dissertação. ABSTRACT: The energy Consumption in buildings accounts for 40% of total energy consumed in the European Union (EU), contributing significantly to the emission of atmospheric pollutants and for the energy dependence that characterizes the European area. The Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010, seeks to remedy this situation by defining the concept of nearly zero- energy buildings, and establishing dates from which all new buildings must have a high energy performance and whose energy needs must be met, in a large measure, by renewable sources. This work intends to contribute to the development of procedures for sizing systems able to produce electricity and thermal energy in order to meet the needs of residential buildings. The sizing of these systems is performed taking into account typical profiles of energy consumption, and aims to obtain technically adequate solutions at the lowest cost. The lack of thermal profiles with typical consumption along the hours of the days imposed the need to provide for their construction. The integration of thermal and electrical energy storage was consumed, included their service life. Some management procedures potentially applicable to these systems are presented throughout the work namely concerning the control of microcogeneration units that allow thermal and electrical energy generation. The methodologies developed were applied to a case study based on a single family dwelling, allowing to obtain conclusions about the performance of autonomous systems with different constitutions, defined in order to meet the electrically or both electrical and thermal energy needs. The evaluation of the economic performance of these systems concludes the dissertation.

Esta dissertação apresenta um sistema capaz de agregar a energia disponível em múltiplas fontes de energia e torna-la disponível num único barramento. Este sistema foi desenhado e projetado tendo em vista a sua aplicação num sistema destinado ao autoconsumo que permita a ligação tanto de painéis fotovoltaicos como de turbinas eólicas. O sistema implementado baseia-se num conjunto distribuído de conversores DC/DC flyback interligados com um único barramento DC. Para além disso, cada fonte de energia possui o seu próprio conversor e sistema de controlo sendo completamente independente e isolada do barramento. Devido a esta flexibilidade, o sistema implementado permite a adição ou remoção de fonte de energia elétrica (painéis e/ou turbinas eólicas), sem interferir nas restantes. Além disso, o sistema de controlo de cada conversor foi projetado para extrair a máxima potência de cada fonte de energia através da aplicação de um algoritmo Maximum power point tracking (MPPT). Os resultados práticos obtidos com três fontes de energia demonstram que o sistema proposto apresenta um rendimento global que ronda os 90%. Além disso, testes práticos realizados com um módulo fotovoltaico mostram que o sistema proposto é capaz de extrair a máxima potência disponível em cada fonte com um pequeno erro. ABSTRACT: This paper presents a system able to aggregate available energy in multiple power sources and make it available in a single bus. This system was designed and engineered to be connected to a self-consumption system allowing the connection of both photovoltaic modules and wind turbines. The implemented system is based on a distributed set of DC/DC flyback converters interconnected with a single DC bus. Furthermore, each energy source has its own driver and controller system. It is completely independent and isolated from the bus. Because of this flexibility, the implemented system allows the addition or removal of power sources (panels and/or wind turbines) without interfering with the others. Furthermore, the control system of each converter is designed to extract the maximum power of each power source by applying a Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm. Practical results obtained with three distinct energy sources show that the proposed system has an overall efficiency of around 90%. In addition, practical tests with a FV module show that the proposed system is able to extract the maximum power available in each source with a small error.

Dissertação de Mestrado em Eng. Eletrotécnica-Energia e Automação Industrial As baterias de Lítio–Fosfato de Ferro (LiFePO4) têm vindo a assumir-se como uma das mais promissoras tecnologias de armazenamento de energia, particularmente para aplicações de pequena escala relacionadas com a mobilidade elétrica e com os sistemas de aproveitamento de energias renováveis. As características que estas baterias apresentam são favoráveis a tais aplicações, nomeadamente o facto de esta tecnologia ser segura, durável, apresentar reduzido impacto ambiental, possuir um rendimento elevado e uma taxa de autodescarga reduzida. O presente trabalho apresenta uma descrição da tecnologia LiFePO4 e descreve as respetivas vantagens e inconvenientes face a outras tecnologias de armazenamento. Adicionalmente é apresentado um conjunto de ensaios efetuados com baterias LiFePO4, os quais permitiram caracterizar o comportamento de baterias deste tipo, nomeadamente no que se refere à tensão (em carga e em vazio) e ao rendimento do processo de carga e descarga. Para o efeito foi desenvolvida uma plataforma de ensaios dotada de um banco de cargas, um carregador e um sistema de controlo, monitorização e registo de dados. A referida plataforma e os dados recolhidos nos ensaios serviram de suporte ao desenvolvimento e teste de um algoritmo capaz de estimar e transmitir, a um sistema de gestão de energia, o estado de um sistema de armazenamento baseado em baterias LiFePO4, nomeadamente no que se refere ao estado de carga (SoC) e de saúde (SoH). O algoritmo desenvolvido baseia-se no método da contagem de Coulomb, tendo sido integrado um mecanismo de ajuste automático e dinâmico. O algoritmo foi testado usando a plataforma desenvolvida, a qual foi parametrizada para simular um consumidor doméstico alimentado por um sistema isolado da rede elétrica constituído por um gerador fotovoltaico e por um sistema de armazenamento baseado em baterias LiFePO4. Os testes efetuados mostram que o algoritmo permitiu estimar o SoC e o SoH de uma bateria com um erro máximo de 1,5 e 3%, respetivamente. ABSTRACT: Lithium-Iron Phosphate (LiFePO4) batteries have been considered one of the most promising technologies for energy storage, particularly concerning the small-scale applications related to electric mobility and renewable energy systems. The features of these batteries favor such applications, namely the safety and durability of this technology, the high efficiency and low self-discharge rate and the low environmental impact resulting from the use of that technology. This dissertation presents a description of the LiFePO4 technology and describes its advantages and disadvantages in comparison to other storage technologies. Moreover, it presents a set of experiments carried out with LiFePO4 batteries, which allowed to characterize the behavior of the tested batteries, namely regarding the voltage (open-circuit and load voltage) and the efficiency of the charging and discharging processes. For this purpose, a test platform equipped with a load bank, a charger circuit, and a system devoted to control the charging/discharging processes as well as to monitor and store relevant data, was developed. The platform and the data collected in the experiments were then used to support the implementation and test of an algorithm able to estimate, in real time, the state of a storage system based on LiFePO4 batteries, specifically concerning the state of charge (SoC) and the state of Health (SoH). That algorithm is based on the Coulomb counting method. In order to mitigate the difficulties that characterize this method, an automatic and dynamic adjustment mechanism was included. Additionally, the implemented solution has the ability to communicate the SoC and the SoH to a power management system (Power Box). The algorithm was tested using the developed platform, which has been parameterized to mimic a domestic grid-isolated consumer with a photovoltaic (PV) generator as the supply source. In order to satisfy the consumption that occurs at periods without PV generation, an energy storage system composed by LiFePO4 batteries was assumed. The performed tests have shown that the algorithm estimated the SoC and the SoH of the battery bank with a maximum error of 1,5 and 3%, respectively.