ISEP - DM – Energias Sustentáveis
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Browsing ISEP - DM – Energias Sustentáveis by Sustainable Development Goals (SDG) "09:Indústria, Inovação e Infraestruturas"
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- Avaliação da resistência térmica de furos de geotermia através de simulação numérica de Testes de Resposta Térmica (TRT)Publication . PEREIRA, JORGE MANUEL DA FONSECA; Afonso, Maria José CoxitoEsta dissertação explora o potencial da energia geotérmica de muito baixa entalpia como solução sustentável para climatização de edifícios, no contexto da transição energética europeia. O foco principal é a avaliação da resistência térmica de furos geotérmicos (Rtf), através de simulações numéricas de Testes de Resposta Térmica (TRT) utilizando o software ANSYS Fluent. Foi desenvolvido um modelo tridimensional de furo geotérmico com permutador de calor tipo U simples, considerando dois materiais de enchimento: Bentonite e uma argamassa com condutividade térmica superior. Os resultados demonstram que o aumento da condutividade térmica do enchimento reduz a resistência térmica do furo, melhorando a eficiência do sistema. A simulação numérica revelouse uma ferramenta eficaz para otimizar o desempenho térmico e apoiar decisões técnicas e económicas na conceção de sistemas geotérmicos. O estudo conclui que a escolha adequada dos materiais de enchimento é determinante para a eficiência energética e sustentabilidade dos sistemas de climatização geotérmica.
- Estudo do aumento da capacidade da Unidade de Produção Fotovoltaica de Autoconsumo da Lidergraf, SAPublication . Vinhas, Daniel Filipe de Carvalho; Sá, Christopher Silva Alves de; Carneiro, AndreaEste trabalho visa analisar a possibilidade de um aumento da capacidade da Unidade de Produção em Autoconsumo da Lidergraf, SA. A empresa, que já tem uma Unidade de Produção de Autoconsumo em funcionamento de 750 kWp, que lhe permite uma autossuficiência anual de aproximadamente 18%, mas tem a intenção de a ampliar, aproveitando espaço existente e a oportunidade legislativa. Foi realizado um dimensionamento da Unidade de Produção em Autoconsumo de forma a chegar a pelo menos 50% de autossuficiência com o recurso a ferramentas informáticas como PVSyst e Helioscope. Determinou-se que seria necessário acrescentar 1 148,85 kWp à instalação existente e desenhou-se a implementação dos módulos fotovoltaicos no terreno disponível. Serão necessários acrescentar 2070 módulos fotovoltaicos, distribuídos por mesas solares estacadas em terreno, e conectados a 9 inversores de corrente. Após o contacto a diferentes fornecedores e instaladores certificados, foi possível determinar um valor aproximado de investimento inicial de 676 000,00 €. Convertendo o valor de produção de energia anual, tendo em conta a perda de rendimento dos módulos, foi possível concluir que o prazo do retorno do investimento será de 4,19 anos. O período de vida para a instalação foi de 30 anos e o investimento é recomendável.
- Gamification for user engagement in renewable energy communities: Case studies from Italy and PortugalPublication . TORRES, ÂNGELO MIGUEL DA SILVA; Castro, Olga dos Remédios SobralThe transition to decentralized low-carbon energy systems increasingly depends on the active involvement of users, particularly within renewable energy communities. In this context, optimizing user behavior becomes both a technical and social priority. This thesis proposes an integrated framework that combines behavioral modeling, gamification, and incentive design to promote energy efficiency and self-consumption within these communities. The framework quantifies user actions, translates them into behavioral metrics, and rewards them through a customized point-based system. It was applied in two case studies, Porto and Torino, using a consistent methodology, though within different legislative environments. In the Italian case, a structured monetary incentive scheme significantly improved user responsiveness by enhancing the perceived value of behavioral changes. In Portugal, limited photovoltaic capacity and a non-linear bill reduction model made it more difficult for users to perceive the impact of their actions. Nevertheless, the results confirm that well-designed incentives can effectively engage users in varying contexts. The study was conducted over one week in both summer and winter, with the reported results representing the average across both seasons. Italian users generated an average of €23,29 per week in incentives, corresponding to 258,79 points. Portuguese users earned an average of 121,41 points per week, equivalent to €10,93. These points can be exchanged for personalized rewards adapted to the context of each community. On top of that, the gamification strategies could be scalable for the whole year, and the results showed that there is potential to get significant rewards for a year if the self-sufficiency is increased. The findings demonstrate that gamified, user-centric incentives are effective in aligning individual behavior with the collective goals of renewable energy communities. Future work should focus on smart metering, algorithmic load shifting, and harmonized legislation to fully unlock their potential, removing all the existing barriers.
- Mercado de energia e sustentabilidade: modelos de expansão para energias renováveis em países em desenvolvimentoPublication . MENDES, DAVID; Andrade, Tiago BrancoO estudo aborda os principais aspetos relacionados à transição para energias renováveis em países em desenvolvimento, explorando os desafios, oportunidades e estratégias envolvidas nesse processo. Num cenário global devido à necessidade de reduzir emissões de carbono e alcançar os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), o trabalho destaca a promoção das energias sustentáveis para responder simultaneamente à crescente procura energética e às exigências ambientais. Inicialmente, com base em análises de diferentes contextos, o estudo observou algumas abordagens convencionais, como o uso de hidroelétricas, que enfrentam limitações significativas em termos da sustentabilidade económica e ambiental. Nesse sentido, são identificados modelos inovadores, como sistemas descentralizados e híbridos, que emergem como soluções viáveis para ampliar o acesso à energia, especialmente em regiões remotas. A interação entre diferentes modelos, sejam públicos, privados ou em parcerias, também é analisada como um fator crucial para viabilizar a expansão das renováveis. Entre os desafios podemos destacar os altos custos iniciais, a intermitência das fontes renováveis e a necessidade de uma infraestrutura tecnológica avançada. Metodologicamente, o estudo adota uma abordagem quantitativa e comparativa, recorrendo à ferramenta de simulação EnergyPLAN para construir e analisar cenários energéticos de dois países com contextos distintos, a Turquia e a Tanzânia. O modelo foi calibrado com dados oficiais de capacidade instalada, fatores de capacidade e procura elétrica, permitindo avaliar o desempenho e a sustentabilidade de diferentes combinações tecnológicas até 2035. Os resultados simulados indicam que, na Turquia, a participação das fontes renováveis poderá crescer de 39,6% em 2023 para 54,6% em 2035, acompanhada por uma redução das emissões de gases de efeito de estufa, de 122,72 Mt CO2 eq para 94,95 Mt CO2 eq, mesmo com o aumento da procura elétrica. Já na Tanzânia, a simulação previu que a participação das fontes renováveis poderá atingir 99% em 2035, garantindo a segurança do abastecimento com a utilização complementar de gás natural. De um modo geral, conclui-se que os modelos com alta participação de energia renovável contribuem para o alcance das metas climáticas globais e o desenvolvimento sustentável. No entanto, atualmente sem um alto investimento em tecnologias de armazenamento de energia, um modelo 100% renovável é insustentável devido à intermitência que estes recursos apresentam. Assim, considerando este desafio, os países em desenvolvimento não devem, pelo menos até 2035, abandonar totalmente as fontes não renováveis, permanecendo essenciais na garantia da segurança e estabilidade do sistema elétrico. Entre estas fontes, o gás natural deverá destacar-se devido às suas características.
- Modelos de Gestão de Energia com BESS: Análise da Viabilidade Operacional e EconómicaPublication . SABENÇA, NUNO CARLOS SILVA; Castro, Olga dos Remédios SobralO presente trabalho avalia a viabilidade técnica e económica da implementação de um sistema de armazenamento de energia com recurso a baterias, tendo como caso de estudo o Parque Eólico do Alto Minho – uma instalação de produção renovável em operação, sob gestão da empresa Finerge, no âmbito de uma colaboração estabelecida para este estudo. A investigação fundamentou-se na análise de dados reais de produção do parque, complementados por dados meteorológicos para estimar períodos com registos em falta. Simultaneamente, foram incorporados dados do mercado elétrico nacional, de forma a refletir a dinâmica real dos preços e identificar oportunidades operacionais relevantes. Com base na integração destas fontes, foram desenvolvidos modelos estratégicos de gestão de energia, que consideraram múltiplas configurações de baterias e diversos spreads mínimos, com o objetivo de identificar condições operacionais favoráveis. As estratégias analisadas incluíram o aproveitamento de energia excedente (curtailment), a arbitragem de preços no mercado diário e a prestação de serviços de sistema. Do ponto de vista operacional, o modelo de gestão de energia multiestratégico – que integra todas as estratégias em análise – demonstrou uma clara superioridade face às abordagens baseadas em estratégias isoladas, alcançando lucros totais 547% superiores em relação ao modelo assente exclusivamente no aproveitamento de energia curtailed, 138% superiores face ao modelo baseado unicamente na arbitragem de energia, e 105% superiores relativamente ao modelo que combina curtailment e arbitragem. Estes resultados evidenciam não só a relevância da diversificação estratégica como elemento central para garantir a viabilidade do investimento, mas também o impacto positivo da integração da participação em serviços de sistema na estrutura operacional do modelo. A análise económico-financeira realizada demonstrou que as baterias com uma duração de 2 horas apresentam o melhor desempenho económico entre as alternativas estudadas. Em particular, a configuração de 40 MWh / 20 MW destacou-se como a mais eficiente, registando taxas internas de retorno entre 10,8% e 13,2%, um período de retorno do investimento de aproximadamente sete anos e um custo nivelado de armazenamento na ordem dos 70 €/MWh. Estes resultados evidenciam um desempenho económico sólido e competitivo, reforçando o potencial destas soluções no contexto da transição energética e da integração de fontes renováveis no sistema elétrico. Este estudo reforça a importância dos sistemas de armazenamento na transição energética, oferecendo base sólida para decisões em futuros investimentos no setor.
- O papel do hidrogénio nos edifícios residenciais, análise ao caso portuguêsPublication . SILVA, BERNARDO BARBOSA DA; Andrade, Tiago BrancoAtualmente, cerca de 19% da energia produzida é utilizada em edifícios residenciais, pelo que, com os objetivos e metas definidas pela comunidade internacional para a descarbonização e para a sustentabilidade, é necessário recorrer a novas fontes de produção de energia. Tendo por base os referidos objetivos e metas da descarbonização, o hidrogénio é uma das possíveis alternativas, desde logo por se apresentar como um vetor de energia mais sustentável e limpo, em relação aos demais combustíveis fósseis, tendo este uma distribuição em abundância por todo o planeta. Neste seguimento, nesta dissertação iremos avaliar a viabilidade na utilização do hidrogénio nos edifícios residenciais, como alternativas aos usuais combustíveis fosseis usados. São, nesta dissertação, apresentados os processos de produção de hidrogénio, as aplicações e cadeias de valor do mesmo, sendo analisado o estado das infraestruturas de produção, distribuição e armazenamento de hidrogénio, com enfase no caso português. Foi elaborado um caso de estudo, tendo como objetivo, a avaliação energética, económica e ambiental do impacto e da viabilidade do hidrogénio nos edifícios residenciais a nível nacional, analisando desta forma a viabilidade do mesmo. Concluiu-se que o hidrogénio trará reduções a nível ambiental de produção de carbono em cerca de 7,88% no cenário 2, no entanto trará um aumento a nível energético de 15% e um aumento de 2,72% do custo económico em comparação ao cenário 1. Posto isto, a introdução de hidrogénio é uma alternativa viável para a aplicação nos edifícios residenciais no seguimento do PNEC, no entanto aumenta os custos económicos e energéticos nos edifícios residenciais.
- Otimização de armazenamento de energia com utilização de hidrogénioPublication . SILVA, FILIPE CASIMIRO DA; Carvalho, José António BelezaA transição energética global impulsionou inúmeros investimentos ao longo dos últimos anos em energias renováveis, nomeadamente eólica e solar. Porém a sua intermitência apresenta um desafio relevante, especificamente a níveis de segurança no abastecimento energético. A procura por soluções eficientes e estratégicas para mitigar a intermitência das mesmas tem vindo a aumentar, o hidrogénio apresenta-se como um vetor energético promissor capaz de armazenar energia excedente de fontes renováveis e permitir a sua posterior reconversão em eletricidade ou aplicações na mobilidade. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é estudar uma solução integrada na produção, armazenamento e reconversão de hidrogénio, com foco na otimização técnica e económica. Inicialmente, é feita uma pesquisa das principais tecnologias de produção de hidrogénio recorrendo a eletrolisadores, armazenamento de hidrogénio e a reconversão do mesmo utilizando motores de combustão interna a hidrogénio ou células de combustível. O projeto foi apresentado pela empresa Finerge, nomeadamente pelo Engenheiro Celso Xavier que desempenha a função de gestor de inovação, a localização do projeto em estudo é na central eólica da Raia com posterior soma de três aerogeradores e dois parques solares. O objetivo deste trabalho é avaliar todo o sistema, ou seja, determinar as características técnicas ideais de cada componente de forma a obter o melhor lucro. Para isto foram desenvolvidos modelos de simulação em Excel de forma a integrar o curtailment proveniente do parque mencionado anteriormente com a produção de hidrogénio. Posteriormente é avaliada também a possibilidade de integrar a produção de hidrogénio com o mercado MIBEL, adição de baterias para maior autonomia de produção do sistema e venda de hidrogénio para mobilidade com o intuito de se conseguir uma melhor viabilidade económica do projeto. É ainda analisado um caso particular da possibilidade de um motor de combustão interna alimentado a hidrogénio prestar serviços de sistema de reserva secundária. Concluiu-se de uma forma geral que equipamentos de maior escala apresentaram indicadores económicos mais favoráveis, dado que o custo de equipamento por unidade de potência é menor em equipamentos de maior escala do que equipamentos de menor escala. Contudo, verificou-se que os custos das tecnologias, face à receita gerada no presente projeto, são muito elevados o que compromete a viabilidade económica do mesmo.
- Planeamento estratégico de sustentabilidade rumo a 2030 numa refinaria de açúcarPublication . SOUZA, THIFANY SABADINE DE; Sá, Christopher Silva Alves deA crescente exigência por práticas empresariais sustentáveis e o reforço da legislação europeia motivaram a RAR Açúcar a desenvolver um roadmap de Sustentabilidade com horizonte até 2030. Este trabalho teve como objetivo estruturar esse roteiro estratégico, alinhando a empresa aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) e à Diretiva de Relato de Sustentabilidade Corporativa (CSRD - Corporate Sustainability Reporting Directive 2022/2464). Como suporte, foi realizado um exercício de benchmarking com 18 empresas do sector açucareiro, o qual revelou que cerca de 70% possuem metas e compromissos ligados à Agenda 2030, e que 44,4% têm estratégias alinhadas com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS). Este exercício permitiu alinhar as metas da RAR Açúcar com as práticas mais comuns do sector, respeitando a sua realidade específica e posicionando a empresa de forma sólida no contexto atual. Após a definição do plano de ação, iniciou-se o desenvolvimento de um dashboard de sustentabilidade em Power BI, capaz de centralizar dados e facilitar o acompanhamento dos indicadores definidos. Esta ferramenta permitirá à empresa monitorizar a execução das metas até 2030, assegurando maior transparência, fiabilidade e capacidade de resposta às exigências futuras. Neste trabalho foi criada uma matriz de dupla materialidade baseada na análise de informação obtida em workshops com recolha de percepções dos stakeholders internos e externos. Neste processo identificaram-se 10 tópicos materiais, distribuídos por três pilares estratégicos: ambiental, social e de gestão. Estes tópicos foram organizados em 6 áreas de trabalho, das quais resultaram 13 metas concretas e 65 indicadores de desempenho (KPIs – Key Performance Indicators). O trabalho resultou num modelo aplicável e adaptado à realidade da RAR Açúcar, promovendo uma integração efetiva da Sustentabilidade na estratégia organizacional e o enquadramento com as principais tendências do sector.
- Produção de bioetanol a partir de biomassa microalgal utilizada no tratamento de águas residuaisPublication . COSTA, SÓNIA SOFIA LOBÃO DA; Caetano, Nidia de SáWastewater treatment is a major environmental challenge, while microalgae offer a sustainable solution by simultaneously removing nutrients and generating biomass suitable for bioenergy production. This study examines the integration of microalgae in wastewater treatment, as well as the valorization of the resulting biomass for bioethanol production. Cultivation experiments were conducted using effluents from the Gaia Litoral wastewater treatment plant, employing a 50:50 (v/v) mixture of primary-treated and secondary-treated wastewater, scaled up to a final volume of 30 liters over four weeks. Physicochemical and biological parameters were monitored, revealing high nutrient removal efficiencies: up to 97% for inorganic carbon, 83% for total nitrogen, and 82% for orthophosphate. Microscopic analysis confirmed the predominance of Scenedesmus sp. within the microalgal consortium. Episodes of sedimentation and acidification were mitigated by periodic medium renewal, thereby ensuring the stability of the cultures throughout the study. Regarding biomass valorization, twelve different combinations of pretreatment and hydrolysis were evaluated. Although glucose release was limited, the samples subjected to thermal pretreatment or ultrasound-assisted pretreatment followed by enzymatic hydrolysis with Ultraflo exhibited the highest sugar concentrations, with Samples 6 and 11 standing out, showing arabinose concentrations of 2.962 g/L and 0.654 g/L, respectively, after hydrolysis, and corresponding biomass concentrations of 1.105 g/L and 2.370 g/L. After fermentation, arabinose decreased to 0.211 g/L and 0.008 g/L in the same samples, indicating partial fermentation. Fermentation using Saccharomyces cerevisiae resulted in low ethanol yields (<0.056% v/v), with the highest absolute yield obtained in Sample 10 (0.220 g in 500 mL), restricted by incomplete hydrolysis, possible inhibitor formation such as phenolics, organic acids, and salt residues, and limited pentose fermentation by Saccharomyces cerevisiae (that could be improved by using a yeast able to ferment pentoses, such as Pichia stipitis). Despite these limitations, the results demonstrate the potential of microalgae in integrated processes of environmental remediation and energy biomass production, highlighting their contribution to sustainable biorefinery strategies.
- Produção de biogás a partir de biomassa microalgal residual usada em tratamento de águas residuais domésticasPublication . FERREIRA, JOÃO PAULO MARTINS; Caetano, Nidia de Sá; Figueiredo, Sónia Adriana Ribeiro da CunhaA utilização de microalgas no tratamento de águas residuais representa uma alternativa sustentável aos processos convencionais, permitindo cumprir os limites legais de descarga e produzir energia a partir da biomassa produzida, contribuindo para a autossuficiência energética das ETARs e para os objetivos de neutralidade energética até 2045, definidos pela Diretiva Europeia 2024/3019.Neste contexto, o presente trabalho avaliou o potencial da aplicação de microalgas autóctones no tratamento de águas residuais domésticas e na valorização energética da biomassa via produção de biogás. O estudo foi desenvolvido em parceria com a ETAR de Gaia Litoral, recorrendo a uma mistura 50:50 (v/v) de efluente após tratamento primário e secundário, em cultivos escalados até 30 L. Durante o tratamento biológico observou-se uma elevada eficiência na remoção de nutrientes, como de nitrogénio (N) e fósforo (PO₄³⁻). Verificaram-se elevadas eficiências de remoção para ambos os nutrientes, sendo o melhor resultado para o nitrogénio. Assim, obteve-se uma redução de 34,43 mg/L para 5,63 mg/L, resultando numa redução de 83%, enquanto para o fósforo se registou uma diminuição de 5,66 mg/L para 1,01 mg/L, correspondente a cerca de 82% de remoção de fósforo. Entre as espécies de microalgas observadas, a que melhor se adaptou e desenvolveu foi a Scenedesmus sp., reconhecida pela sua resiliência e elevada capacidade de assimilação de nutrientes, confirmando o seu potencial como organismo-chave para processos de biorremediação e produção de biocombustíveis. Nos primeiros ensaios de codigestão anaeróbia da biomassa microalgal com a lamas do digestor verificaram-se inicialmente produções de biogás reduzidas, entre os 250 e 400 NmL, este baixo rendimento pode ser explicado pela baixa razão C/N (≈4/5) e AGV/ALC (<0,2), muito abaixo do valor recomendo pela bibliografia. Para superar esta limitação, procedeu-se à adição de lamas mistas (primárias e secundárias), aumentando assim a fração de matéria orgânica biodegradável e consequentemente a razão de C/N aumentou para 8/9 e uma razão AGV/ALC estabilizou em 0,2-0,4, o que permitiu obter um aumento na produção de biogás. Esta estratégia resultou num claro aumento do rendimento em biogás, produzindo valores superiores a 2000NmL de volume total de biogás. Em particular, a codigestão de microalgas pré-tratadas com a mistura das lamas originou incremento de cerca de 10% na produção total de biogás, atingindo 2320 NmL face aos 1990 NmL sem biomassa microalgal, confirmando sinergias entre substratos e validando esta solução como uma via eficaz de valorização energética em ETAR.