ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia"
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- Algoritmos Genéticos para Otimização de soluções integrando carregadores de veículos elétricos, auto-produção e armazenamento de energiaPublication . Nascimento, Fernanda Claudino Leite; Roque, Luís Augusto Correia; Mota, Alzira Maria Teixeira daÉ crescente a importância da energia renovável e da mobilidade elétrica, para enfrentar os desafios ambientais e energéticos atuais. Acerca da mobilidade elétrica, o número crescente de veículos elétricos a bateria e veículos elétricos híbridos plug-in, traz a necessidade de mais infraestrutura de carregamento, destes tipos de veículos, nas cidades e nas estradas, onde tais infraestrutas precisam estar conectadas à rede elétrica de distribuição, resultando em restrições como disponibilidade de potência. Este trabalho faz uma abordagem acerca do dimensionamento de uma estação de carregamentos rápidos de veículos elétricos, lidando com esse desafio através da implementação de um sistema de armazenamento de energia baseado em bateria BESS e considerando a inserção no sistema de uma fonte de energia renovável (energia solar). Pretendemos minimizar os custos globais de energia, para evitar atualizações futuras na infraestrutura e potencializar a integração de recursos de energia renovável. A metodologia adotada baseia-se no Algoritmo BRKGA, um método aplicado em problemas de otimização combinatória, para encontrar soluções ótimas que levem em consideração a carga de carros elétricos, a geração de energia renovável local e o armazenamento eficiente de energia com custos mínimos. Através de estudos de caso com diferentes cenários, implementamos a metodologia proposta. Foram obtidos resultados para o dimensionamento de uma estação de recarga com auto produção de energia de fonte renovável que minimizam os custos de energia. Este trabalho, destaca a importância contínua da pesquisa em Algoritmos Genéticos e seu papel relevante na resolução de problemas complexos relacionados à energia e mobilidade elétrica, pavimentando o caminho para um futuro mais sustentável e ecologicamente consciente.
- Análise Bibliométrica do Estado da Arte da Energia EólicaPublication . Pereira, Sérgio Paulo da Silva; Mota, Alzira Maria Teixeira daDesde a década de 1970, tem-se verificado um aumento nos estudos relacionados com a utilização de fontes de energia renovável, em especial a energia eólica, devido à necessidade de reduzir os impactos ambientais dos combustíveis fósseis. Inicialmente estes estudos estavam restritos a sistemas de energia eólica utilizando torres e aerogeradores. No entanto, atualmente observa-se um interesse na tecnologia emergente, como os sistemas aéreos de produção de energia eólica. Desta forma realizou-se uma análise bibliométrica entre 1996 e junho de 2023 sobre a energia eólica e tecnologia emergente combinando métodos quantitativos e qualitativos na análise exploratória das produções científicas sobre estes temas, disponíveis em língua inglesa e portuguesa. Das diversas fontes existentes optou-se por só utilizar o motor de pesquisa “Google Scholar”, devido à sua capacidade de realizar pesquisas abrangentes em produções científicas, incorporando resultados de outros mecanismos de procura. Antes de iniciar a pesquisa, definiu-se as palavras-chave a utilizar, limitou-se a quantidade de produções científicas a analisar e estabeleceu-se quais os elementos a considerar na análise bibliométrica. Assim, para este estudo o tamanho da amostra é de 500 publicações em língua inglesa e 100 em língua portuguesa, nas quais foram posteriormente analisadas quanto às suas interconexões, correlações, distribuição geográfica e o número de citações. Para a análise das correlações recorreu-se ao software VOSviewer. Com base na amostra analisada, observou-se que o número de publicações científicas sobre energia eólica tradicional, em ambas as línguas, apresentou uma tendência de crescimento de 1996 a 2013, seguida por uma queda acentuada a partir de 2013. No que diz respeito às produções científicas associadas aos sistemas aéreos de geração de energia eólica, notou-se um crescimento significativo no número de publicações a partir de 2013. Conclui-se também que, no caso da energia eólica tradicional em língua inglesa, os Estados Unidos da América destacam-se como o país com o maior número de autores de produções científicas e também com a maior quantidade de publicações em revistas. No que se refere aos sistemas aéreos de geração de energia eólica, considerados como tecnologia emergente, observa-se que a Holanda lidera em termos de autores, embora as publicações sejam predominantemente realizadas em revistas dos Estados Unidos da América.
- Análise de estado/risco de ativos de muito alta tensãoPublication . SILVA, MIGUEL SOUSA E; Andrade, Tiago BrancoEste trabalho é realizado no âmbito da dissertação de mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. O tema desta dissertação é a análise de efeitos e riscos em ativos de muito alta tensão. Numa fase inicial deste trabalho é feita uma contextualização ao tema e são partilhados os objetivos do trabalho proposto. Foi também realizado um estado da arte relativo a tópicos que estão relacionados com o tema principal do trabalho. Neste documento é apresentada uma caracterização da Rede Nacional de Transporte e dos ativos pertencentes a uma rede de transporte de energia elétrica. É abordado também um tópico relacionado com manutenções, onde são apresentadas diferentes políticas de manutenção, desde políticas de manutenção corretiva, preventiva e preditiva. São apresentadas duas metodologias de cálculo com vista no cálculo de índices de saúde e criticidade dos ativos, para análise de estado e de risco dos mesmos. É feita uma aplicação destas metodologias a dois tipos de dispositivos, disjuntores e seccionadores, são também elaborados casos hipotéticos de estudos, de modo a avaliar possíveis resultados do uso destas metodologias. Na conclusão deste trabalho é abordada a importância da necessidade de manutenção dos ativos pertencentes à rede de transporte de energia elétrica e da correta aplicação das diferentes políticas de manutenção utilizadas. Conclui-se que recorrer ao cálculo de índices de saúde e criticidade é benéfico para a análise do estado e criticidade de ativos, sendo uma mais-valia para priorizar ações de intervenção entre ativos.
- Análise geoespacial para mapeamento e visualização da infraestrutura da rede elétrica de média tensão no apoio à sua expansãoPublication . GONÇALVES, PEDRO FILIPE RIBEIRO; Cruzvillasante, Fernando Lezama; Castro , Fábio Daniel da SilvaRecent studies have highlighted the growing importance of integrating geospatial analysis into the planning of Medium Voltage distribution networks. For this analysis, it is important to incorporate land use, slope constraints, and regulatory factors into cost models, ensuring solutions that are both technically feasible and economically sustainable. Building upon these foundations, this thesis explores the integration of Geographic Information Systems to support the expansion of Medium Voltage electricity distribution networks. Using Least Cost Path analysis in QGIS, multiple candidate routes were generated across eight case studies covering different regions, from south to north, of the Portuguese mainland. Each study area presented unique challenges, such as urbanized zones, industrial areas, aerodromes, agricultural land, and slope constraints, which were incorporated into spatial cost surfaces. These geospatial outputs were then processed with an optimization model built in Python, using Pyomo library and the optimization solver Gurobi, to evaluate engineering feasibility and economic efficiency. The model accounted for an optimal pole spacing and evaluated the cost related to each pathway generated. The findings demonstrate that the integration of Geographic Information Systems and optimization offers a powerful tool for Medium Voltage grid planning, enabling the identification of cost-effective and technically feasible routes. Results highlight the variability of costs across different conditions, showing that minor routing changes can lead to significant savings. Overall, this methodology bridges spatial analysis and decision-making, contributing to more sustainable and efficient energy infrastructure planning.
- Análise técnico-económica da colocação de uma bateria numa instalação fotovoltaica em autoconsumoPublication . Freitas, José Rui Nogueira; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoAtualmente, é evidente que o consumo intermitente de energia em instalações fotovoltaicas pode resultar em desperdício. Isso ocorre devido à produção excessiva e à integração dessa energia na rede a preços nulos. A inclusão de baterias de armazenamento apresenta-se como uma solução eficaz para capturar e conservar a energia excedente, permitindo seu uso posterior. Para a realização deste trabalho, foi necessário estudar os sistemas fotovoltaicos, analisando as diferentes tipologias, sua constituição e as características dos principais componentes. Neste contexto, esta dissertação concentra-se na otimização do consumo de energia em habitações, explorando a viabilidade da integração de um sistema de armazenamento de energia. Este estudo de caso tem como principal objetivo avaliar a viabilidade da aplicação de sistemas de armazenamento de energia em sistemas solares fotovoltaicos para autoconsumo residencial. A avaliação é realizada por meio de dois cenários distintos: no primeiro, uma habitação já possui um sistema fotovoltaico instalado e foi submetida a um retrofit; no segundo, a mesma habitação não possuía qualquer sistema fotovoltaico previamente instalado. Para ambos os cenários, foram analisadas diversas capacidades de armazenamento de diferentes marcas de baterias, estudadas em conjunto com diferentes potências do campo solar (2,67 kWp e 4,01 kWp). Para avaliar a viabilidade das soluções analisadas em ambos os cenários em estudo, foram tidos em conta os seguintes indicadores técnicos: autoconsumo direto, energia injetada na rede, consumo da bateria e redução do consumo da rede elétrica. A nível económico foram tidos em conta os seguintes indicadores: VAL, TIR e PRC. Os resultados obtidos neste estudo revelam a importância crucial de um dimensionamento adequado do sistema de produção e armazenamento de energia para a integração eficiente de fontes renováveis, como a energia solar fotovoltaica. Esta otimização não só beneficia os consumidores, reduzindo os custos de energia, mas também promove a sustentabilidade ambiental e fortalece a estabilidade da rede elétrica pública.
- Análise técnico-financeira de unidade de produção de hidrogénio verde com integração de uma central fotovoltaicaPublication . Almeida, Tiago Filipe Coelho de; Azevedo, Manuel Maria Pereira deA presente dissertação, explora a viabilidade técnica e económica de uma unidade de produção de hidrogénio verde, utilizando uma central fotovoltaica, baterias e conexão à rede pública de eletricidade. Inicialmente, com o intuito de apresentar e compreender as temáticas a abordar foi realizada um estado da arte sobre os componentes do sistema de produção de hidrogénio verde, incluindo eletrolisadores, baterias e energia solar fotovoltaica. Também foi discutido os benefícios ambientais do hidrogénio verde, destacando a sua contribuição para a redução das emissões de gases de efeito estufa, a promoção da independência energética e a criação de uma matriz energética mais sustentável para Portugal e para o mundo. A integração da energia solar fotovoltaica no processo de produção de hidrogénio é apontada como um passo importante na caminhada rumo à neutralidade carbónica, alinhando-se com as metas estabelecidas por acordos internacionais, como o Acordo de Paris. Em seguida, foi realizado o estudo em si, este propõe a integração de uma central solar fotovoltaica com uma potência de 20 MW e um eletrolisador de 10 MW, complementados por baterias que armazenam o excesso de energia solar. Foi realizado o dimensionamento da central fotovoltaica utilizada considerando a sua localização, as características dos equipamentos e ainda o cálculo do custo nivelado da energia (LCOE), com e sem o uso de baterias. Posteriormente, foi feita a escolha do eletrolisador com base numa análise técnica detalhada, abordando o seu funcionamento e características, como o tipo de membrana e os custos associados. Seguidamente foram considerados quatro cenários de operação, variando a integração das baterias e a aquisição de energia da rede através de contratos de Power Purchase Agreement (PPA), para garantir a aquisição de energia renovável da rede, quando necessário, que permitiram avaliar o impacto das diferentes configurações na eficiência e no custo da produção de hidrogénio. No final, a tese apresenta uma análise detalhada dos resultados obtidos nos quatro cenários de operação, comparando o custo de produção de hidrogénio (€/kg-H2), o tempo de operação do eletrolisador, a flexibilidade oferecida pelas baterias e o impacto da compra de energia da rede.
- Aplicação computacional para dimensionamento de canalizações elétricas em baixa tensãoPublication . MENESES, ADRIANO DA ROCHA; Carvalho, José António BelezaO dimensionamento de canalizações elétricas em baixa tensão exige elevado conhecimento de normas, regulamentos e demais legislação em vigor, que especificam as condições que deverão ser verificadas para realizar o dimensionamento e proteção das instalações de modo a garantir o bom funcionamento e exploração das instalações elétricas. O dimensionamento de canalizações elétricas necessita de consulta de um elevado número de tabelas e cálculos associados que, por consequência, requer grande dedicação e tempo necessário para realizar a função. Esta dissertação tem como objetivo desenvolver uma ferramenta computacional interativa de auxílio ao cálculo de canalizações elétricas em baixa tensão, tendo em conta os critérios de natureza técnica e económica, assim como o dimensionamento dos respetivos dispositivos de proteção, de modo a minimizar o tempo de execução dos projetos de instalações elétricas recorrendo a um programa simples e de fácil de utilização. O programa será desenvolvido em ambiente gráfico interativo de forma que a sua utilização seja intuitiva, simples e de fácil utilização.
- Aplicação do dynamic line rating na exploração dinâmica da Rede Nacional de TransportePublication . Bernardes, Vasco Oliveira; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoA capacidade máxima de um condutor de uma linha aérea para o transporte de energia elétrica é determinada com base no comportamento térmico. A estimativa dinâmica desta capacidade, denominada por Dynamic Line Rating (DLR), tem ganho destaque por ser uma tecnologia eficaz para minimizar a necessidade de expansão da rede em sistemas, com crescente necessidade energética e com o consequente aumento de fontes de produção de energia renováveis. Esta dissertação aborda as características da Rede Nacional de Transporte (RNT) e as suas variáveis de controlo, avaliando a viabilidade e os benefícios da implementação do DLR. A análise detalhada inclui a gestão pela Rede Elétrica Nacional (REN), o controlo de segurança aplicado e os principais componentes da infraestrutura, como cabos condutores e equipamentos instalados nas subestações. Também são estudados fatores críticos como a capacidade de interligação internacional, diferentes tipos de cabos e a capacidade máxima dos painéis de linha. Além disso, são exploradas as consequências do sobreaquecimento dos condutores, com ênfase nos efeitos do annealing, que afeta as propriedades mecânicas dos metais devido ao calor, e na importância de manter distâncias de segurança entre as linhas e objetos. O estudo aprofunda-se no DLR, uma tecnologia que ajusta a capacidade das linhas de forma dinâmica, em tempo real, com base em condições operacionais e ambientais. São analisados métodos diretos e indiretos para o cálculo da capacidade, comparando o DLR com abordagens tradicionais como o Static Line Rating (SLR), o Seasonally Adjusted Rating (SAR) e o Ambient Adjusted Rating (AAR) que se baseiam em condições fixas ou sazonais ou diárias não considerando a variação da velocidade do vento. A análise descreve a aplicação prática do DLR implementada na REN, destacando os benefícios potenciais, como a maximização da capacidade de transporte e a redução dos riscos de interrupções, garantindo uma operação mais eficiente e segura da rede elétrica. São comparados diferentes modelos de DLR, como os de Kuipers e Brown, CIGRE e IEEE, avaliando-se o impacto de fatores climáticos como temperatura ambiente, velocidade do vento e radiação solar no cálculo da capacidade de transporte. É, também, proposta uma metodologia híbrida que define, tanto a velocidade mínima do vento para assegurar um arrefecimento adequado quanto a corrente máxima admissível, evitando a sobrecarga dos equipamentos de medição. Adicionalmente, é realizada uma análise da qualidade das medições de temperatura em várias instalações da RNT, além de uma avaliação da temperatura de referência de verão para verificar o seu ajuste à realidade. Examinou-se, também, a adequação do local selecionado para a medição da radiação solar e sugeriu melhorias, comparando a qualidade das medições com os métodos propostos. O estudo sintetiza as principais descobertas, salientando a importância da caraterização detalhada da RNT e da adoção do DLR como uma solução crucial para enfrentar os desafios da gestão de redes de transporte de energia elétrica. Com este trabalho conclui-se que, a implementação do DLR pode representar um avanço significativo na eficiência e segurança da rede, integrando tecnologias inteligentes na gestão da infraestrutura energética.
- Aumento da potência da unidade de produção de energia elétrica de origem fotovoltaica instalada na etar do FreixoPublication . Peixoto, Hugo Filipe Marinho; Castro, Rui Paulo Ramos deOs sistemas de energia fotovoltaica são os sistemas responsáveis pela conversão de energia solar em energia elétrica, com baixos custos de produção, razão pela qual, existe um contínuo aumento do interesse por parte das entidades públicas e privadas, que visam a utilização deste tipo de energia para redução dos custos associados ao consumo energético e redução da pegada carbónica. A presente dissertação, visa descrever o estado da arte associado aos sistemas fotovoltaicos, com principal enfase, aos sistemas ligados à rede, bem como o reconhecimento das instalações de produção fotovoltaica sob gestão da Águas e Energia do Porto. Resultante dos objetivos definidos para descarbonização das cidades e por consequente da subscrição da iniciativa denominada de “Pacto do Porto para o Clima”, a implementação de medidas que visão a utilização eficiente dos recursos energéticos e a instalação de centros de produção de energias renováveis descentralizados, é uma das principais competências da Águas e Energia do Porto, pelo que o presente documento servirá como elemento preliminar para o dimensionamento do reforço da produção fotovoltaica numa das suas instalações.
- Aumento de Capacidade de Linhas Aéreas de Alta TensãoPublication . Silva, Nuno Miguel de Deus Anselmo; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoO Trabalho desenvolvido nesta dissertação decorreu no âmbito do estágio curricular, realizado na Painhas SA, no seu departamento de projeto. A empresa teve a adjudicação, por parte de Promotores (Eólico e Biomassa), de contratos de projeto e construção para o aumento de capacidade de transporte (Uprating) de linhas áreas de Alta Tensão existentes, que depois de projetados e aprovados pela E-Redes são licenciados na DGEG pela E-Redes. Assim, existiu a necessidade por parte da empresa de desenvolver esta vertente de projeto (Uprating), estabelecendo uma metodologia para a otimização dos ativos existentes da Rede de Distribuição e Transmissão. O objetivo deste estudo focou-se na análise dos métodos existentes para o aumento de capacidade destes circuitos, especificamente em linhas aéreas de alta e muita alta tensão, através de aumento da operação térmica do condutor existente (Uprating) ou da substituição do condutor existente por outro com tecnologia superior, mas de forma a não substituir os apoios existentes ou reforçá-los significativamente, reduzindo assim os custos inerentes ao tempo de cortes de corrente para a construção. Um dos projetos adjudicados à Painhas SA foi alvo deste estudo, onde depois de realizados estudos comparativos de três opções de cabos condutores com diferentes tecnologias (AAAC, ACCC e ACCR) ao nível dimensional, cálculos elétricos e mecânicos, foi concluído que o cabo condutor compósito ACCC foi a melhor opção tanto técnica como económica. Esta opção coincidiu com a escolha da E-Redes para o aumento de capacidade para este projeto. Foi também desenvolvida uma ferramenta de cálculo em MS Excel que facilita a análise comparativa para a tomada de decisão, que de uma forma rápida, através da introdução de opções e dados complementares, permite analisar a viabilidade técnica e económica do aumento de capacidade requerido, antes de passar a uma fase de detalhe do projeto.