ISEP - Instituto Superior de Engenharia do Porto
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Browsing ISEP - Instituto Superior de Engenharia do Porto by Sustainable Development Goals (SDG) "07:Energias Renováveis e Acessíveis"
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- Carbon footprint assessment of two photovoltaic plantsPublication . Ribeiro, David Barbosa; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoAs the world moves towards sustainable energy sources to reduce the impacts of climate change, photovoltaic (PV) systems have become a crucial player in the renewable energy sector. This study evaluates the carbon footprint linked with the life cycle of PV plants. The aim is to give valuable insights into the environmental effects of their deployment. This article analyzes and compares the greenhouse gas emissions of two solar photovoltaic plants in Portugal. Both plants have the same equipment, peak power, and nominal power for injection into the grid. The only difference between them is the metal structure that supports the photovoltaic modules: plant A has a 2V tracker-type structure, and plant B has a 2V fixed structure. By comparing the two, it will be possible to determine the effect of the different structures on greenhouse gas emissions and the total energy output over the plant's 30-year lifespan.
- Conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos como medida de estabilidade da frequência dos sistemas elétricos de energiaPublication . MENDES, ANTÓNIO TIAGO RIBEIRO; Carvalho, José António BelezaAs metas de neutralidade carbónica estabelecidas pela União Europeia e por diversos países em todo o mundo impulsionaram uma transformação dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE), caracterizada pela substituição gradual da geração térmica síncrona por Fontes de Energia Renovável (FER), como a eólica e a solar. A transição energética, embora necessária para alcançar as metas estabelecidas, introduz desafios significativos à estabilidade dos SEE, uma vez que as FER ainda não contribuem para a estabilidade em níveis equiparáveis aos de um gerador síncrono, seja ao nível da inércia, que tem registado uma redução assinalável nos últimos anos, seja no controlo de tensão ou na potência de curto-circuito. Neste contexto, os compensadores síncronos apresentam-se como uma solução promissora para assegurar, de forma eficaz, o papel de estabilidade até agora desempenhado pela produção termoelétrica. Entre as soluções de compensação síncrona destacam-se duas abordagens: a conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos e a construção de novos compensadores. Dado o contexto, a solução de conversão representa uma oportunidade única para rentabilizar ativos que seriam, de outro modo, descomissionados, apresentando custos de investimento até 50 % inferiores e prazos de implementação mais reduzidos, comparativamente à construção de novos compensadores síncronos. Ainda assim, esta potencial vantagem económica e operacional deve ser avaliada face aos requisitos técnicos exigidos e à viabilidade específica de conversão de cada central, uma vez que nem todas se encontram em iguais condições técnicas e estado de conservação. Na literatura atual, a informação necessária para conduzir esta avaliação encontra-se dispersa e limitada, sobretudo ao nível técnico. Assim, nesta dissertação, propõe-se uma metodologia sistemática para analisar a viabilidade técnica e económica da conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos, identificando os principais desafios e modificações técnicas, os aspetos económicos envolvidos, e comparando as vantagens e desvantagens desta opção face à construção de novos compensadores síncronos. Para validar a metodologia proposta, desenvolve-se um caso de estudo utilizando como referência as condições reais de uma central termoelétrica existente. Os resultados obtidos confirmam não só a viabilidade da conversão do caso estudado, como também a eficácia e aplicabilidade da metodologia enquanto ferramenta prática e replicável a diferentes contextos e tipologias de centrais. O trabalho desenvolvido demonstra que as centrais termoelétricas existentes podem desempenhar um papel essencial no contexto da transição energética, através da sua conversão em compensador síncrono, proporcionando benefícios económicos e as condições técnicas necessárias para que a crescente integração das FER decorra sem colocar em causa os níveis de fiabilidade dos sistemas elétricos de energia.
- Desenvolvimento de uma plataforma para simulação e otimização de redes de energia inteligentes com dados abertosPublication . SILVA, BERNARDO FILIPE DIAS; Carvalho, Piedade Barros LopezEste relatório foi redigido no âmbito da unidade curricular Preparação para a Dissertação incluída no plano de estudos do Mestrado em Engenharia Informática do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O projeto documentado foi desenvolvido pelo estagiário, membro da equipa de desenvolvimento do GILT. O GILT propôs o desenvolvimento de uma Plataforma para a Simulação e Otimização de Redes de Energia Inteligentes com Dados Abertos. O principal objetivo deste projeto/estágio consistiu na criação de uma plataforma que permita aos gestores de energia simular e otimizar redes de energia inteligentes (smart grids) de forma a maximizar a eficiência e integrar novas tecnologias. A plataforma desenvolvida possibilita a simulação de diferentes cenários de integração de fontes renováveis, como a solar e a eólica, e a análise do impacto de tecnologias emergentes, como os veículos elétricos e os sistemas de armazenamento de energia, nas redes elétricas. Para isso, a plataforma utiliza dados abertos que tornam os cenários simulados mais realistas e ajustados às condições do mercado energético atual. Para além dos gestores de energia, os consumidores beneficiam indiretamente ao contar com redes mais eficientes e sustentáveis. Os governos e os reguladores são também stakeholders-chave, considerando o papel da plataforma na promoção de políticas públicas, no cumprimento de normativos e no incentivo à integração de tecnologias limpas. Os desenvolvedores de tecnologia e as instituições académicas encontram na plataforma uma oportunidade para melhorar soluções inovadoras e realizar investigação que aborde cenários energéticos avançados. As comunidades locais são beneficiadas pelo aumento da inclusão e pela sustentabilidade das redes energéticas, enquanto os investidores vêm oportunidades de retorno financeiro ao apostar numa tecnologia que alia eficiência energética e inovação.
- EditorialPublication . Carvalho, José António Beleza; Beleza Carvalho, José António(Excerto editorial) Voltamos à vossa presença com mais uma publicação da nossa revista “Neutro-à-Terra”. Ao fim de 16 anos continuamos a intervir, semestralmente, na área científica da Engenharia Eletrotécnica, com a publicação de vários artigos técnicos e científicos que procuram ser uma mais valia na resolução de problemas nesta vertente da Engenharia, mas também uma forma de apoio aos estudantes e a todos os profissionais de Engenharia Eletrotécnica.
- Energia eólica offshore na União Europeia: Desafios e oportunidadesPublication . Moreira, Bruno Miguel Soares; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoA energia eólica offshore surgiu como uma solução promissora para atender aos objetivos energéticos climáticos impostos pela União Europeia. A capacidade de produção tem sido acompanhada por avanços tecnológicos que aproveitam os recursos eólicos disponíveis nas zonas costeiras dos países, tanto a norte como a sul da Europa. Neste artigo será apresentada a evolução da indústria eólica no mar (offshore), assim como a estratégia europeia para a produção de energia a partir das fontes oceânicas. São também demonstrados alguns dos incentivos e metas que visam garantir a continuidade da tecnologia e o desenvolvimento da indústria offshore. São exploradas as perspetivas futuras de energia eólica offshore, destacando o seu potencial para desempenhar um papel ainda mais significativo no mix energético europeu. As oportunidades e desafios desta indústria emergente são destacadas na análise SWOT desenvolvida neste artigo, concluindo pela sua importância na promoção da sustentabilidade e na redução das emissões de gases poluentes, delineando assim os caminhos para um futuro energético mais limpo. São ainda apresentados os projetos eólicos mais relevantes na área, apoiados e financiados pela União Europeia.
- Engineering a Sustainable Future with EPS@ISEPPublication . Malheiro, Benedita; Guedes, Pedro; Leal Filho, Walter; Gasparetto Rebelatto, Bianca; Annelin, Alice; Boström, Gert-OlofThe challenge of engineering education is to transform engineering students into agents of innovation and well-being. In addition to solid scientific and technical knowledge, critical thinking, problem-solving and interpersonal competencies, it implies the ability to design and implement solutions supported by ethical and sustainability principles. With this goal in mind, the European Project Semester (EPS) provides a student-centred project-based learning framework. It is offered by a group of European higher education institutions, including the Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), the engineering school of the Polytechnic of Porto. Students work in teams of four to six, from different fields of study and nationalities, to design solutions to problems that affect individuals, society or the planet, taking into account the state of the art, the market and the ethical and sustainability implications of their decisions. These solutions are then implemented in a proof-of-concept prototype. Most of the projects address problems in education, the environment, food production and smart cities and have a strong educational, ethical and sustainability drive, encouraging students to develop sustainability competencies. This work analyses team papers of illustrative EPS@ISEP projects searching for evidences of the development of sustainability competencies. The proposed method maps keywords related to the sixteen United Nations Sustainable Development Goals to the contents of team papers by applying natural language processing and reusing the list of SDG keywords proposed by Auckland University. The results confirm EPS@ISEP fosters sustainability competencies in engineering undergraduates.
- Fitorremediação de nutrientes em excesso na Ribeira da Costa/CourosPublication . MARTINS, ANA RITA TEIXEIRA; Gonçalves, Ana Clara Fortio Mourato Teixeira Grosso; Morais, Simone BarreiraA crescente pressão antrópica sobre os sistemas fluviais urbanos tem conduzido a fenómenos de degradação ecológica e eutrofização, exigindo soluções sustentáveis e eficazes para a melhoria da qualidade da água. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficácia de três espécies de macrófitos, T. latifolia L., J. effusus L. e I. pseudacorus L., na remoção de nutrientes (nitratos, azoto amoniacal e fósforo) através de ensaios laboratoriais controlados, e a sua posterior aplicação em contexto real, na Ribeira da Costa/Couros, Guimarães, como estratégia de reabilitação ecológica. Os resultados laboratoriais demonstraram que T. latifolia, I. pseudacorus e J. effusus foram particularmente eficazes na remoção de nitratos, com taxas de remoção de 100% em todos os casos, comparativamente aos 33,4% observados no grupo controlo, resultando em diferenças estatisticamente significativas. Relativamente ao fósforo, J. effusus obteve uma taxa de remoção de 100%, I. pseudacorus de 98,5% e T. latifolia de 96,0% em contraste com os 71,1% registados no controlo. Quanto ao fosfato, J. effusus revelou novamente uma remoção completa (100%), seguida por I. pseudacorus com 98,5% e T. latifolia com 96,1%, superando significativamente os 65,7% do grupo sem plantas. As diferenças estatisticamente significativas na remoção de fósforo e fosfato foram observadas apenas entre I. pseudacorus e J. effusus em comparação com o grupo controlo. Relativamente ao azoto amoniacal, observaram-se taxas mais moderadas, com T. latifolia a alcançar 87,8%, I. pseudacorus 86,1% e J. effusus 85,3%, comparativamente aos 77,4% do grupo controlo, não tendo sido detetadas diferenças estatisticamente significativas neste parâmetro. A análise visual confirmou o desenvolvimento das plantas ao longo do ensaio, com maior vigor observado em T. latifolia e I. pseudacorus. Em contexto real, verificou-se um crescimento satisfatório das espécies em zonas da ribeira com menor perturbação humana, embora tenha sido observada a proliferação de espécies invasoras e o desaparecimento dos macrófitos introduzidos em zonas mais expostas. Os resultados de monitorização da água apontam para uma manutenção da qualidade da mesma, sem alterações significativas, o que reforça a importância da densidade de plantação, tempo de maturação e controlo de variáveis externas, como descargas ilegais, carga contaminante e presença de espécies exóticas. Estes resultados validam o potencial da fitorremediação com macrófitos como ferramenta de reabilitação ecológica urbana e destacam a necessidade de abordagens integradas e de longo prazo para garantir a sua eficácia.
- Graciosa Island’s Hybrid Energy System Expansion Scenarios: A Technical and Economic AnalysisPublication . Jesus, José; Nogueira, Teresa; Magano, JoséThe island of Graciosa in the Azores faces unique energy challenges due to its remote location and reliance on imported diesel fuel. As a result, a hybrid energy system has been implemented that combines wind and solar energy with energy storage and diesel generators. This article examines the expansion of the island’s hybrid energy system, by simulating four alternative scalable scenarios that take into account expected technological advances over the next 20 years, including technologies such as biomass and hydrogen. Homer Pro and PVSyst software were used for optimizing the design of the stand-alone hybrid renewable energy system, with the aim of achieving cost-effective configurations and optimizing production, storage, and power grid management. Four simulations were performed to evaluate the expansion scenarios, namely in terms of configurations, component sizing, and economic feasibility. The results show that the most balanced, cost-effective scenario is the one that combines all the energy sources considered: photovoltaic, wind, biomass, battery storage, and hydrogen. The originality of this study lies in the scenario comparison methodology used to evaluate the viability and expansion of a hybrid energy system using modern renewable energy production technologies adapted to the specific insular conditions of Graciosa Island, assessing the economic impact and taking into account the imperative of energy security. This paper provides valuable insights into the potential and challenges of hybrid energy systems on the island of Graciosa and is instrumental for projects alike in similar remote regions.
- O Hidrogénio como vetor energético do futuroPublication . Souto, Hugo José da Costa; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoApesar da trágica crise da Covid-19, a situação pandémica tem impulsionado a transição energética global e o crescimento da tecnologia do Hidrogénio (H2). Vários países têm anunciado políticas para acelerar o desenvolvimento da indústria deste combustível e, ao mesmo tempo, explorado estratégias para impulsionar a sua inovação, aspeto crucial para reduzir os custos e melhorar o desempenho do eletrolisador. O hidrogénio pode ser obtido de diferentes fontes de matérias-primas sendo uma das principais a água, através do uso de eletrolisadores de hidrogénio que efetuam a eletrólise. Apesar dos eletrolisadores serem conhecidos há mais de dois séculos, as atuais tendências tecnológicas têm influenciado o seu desenvolvimento e as suas aplicações na indústria. O princípio da eletrólise da água é simples, no entanto, as diferenças no eletrólito e temperatura de funcionamento orientam a construção de diferentes tecnologias que, por sua vez, conduzem à seleção de diferentes componentes e métodos de produção de H2. Neste artigo é caraterizada a tecnologia de obtenção de H2 pelos equipamentos atualmente comercializáveis, como é o caso dos eletrolisadores: alcalinos, de óxido de sódio e os de membrana de protões. São apresentados os seus modos de funcionamento e as suas caraterísticas. É elaborada uma análise comparativa entre as diferentes tecnologias, com base em dados técnicos recolhidos e informação disponibilizada pelos agentes económicos.
- Monitorização de recursos em ambiente fabrilPublication . SILVA, AUGUSTO ULISSES TERROSO DA; Felgueiras, Manuel Carlos Malheiro de CarvalhoA Bosch Security Systems, localizada em Ovar, utiliza nas suas instalações diversos recursos essenciais ao funcionamento industrial, nomeadamente energia elétrica, ar comprimido, azoto e água, cujo custo agregado ascende, em média, a 90 000 € mensais. Atualmente, o consumo destes recursos é registado apenas de forma global, impossibilitando identificar detalhadamente as áreas, departamentos ou equipamentos com maior utilização ou consumos atípicos. Esta limitação compromete a gestão eficiente dos recursos, dificulta a identificação de oportunidades de melhoria e inviabiliza a imputação rigorosa de custos. A implementação de um sistema de monitorização de recursos permitiria desagregar os consumos, proporcionando uma visão detalhada de cada recurso, desde o consumo global das instalações até aos consumos individuais de cada equipamento. Esta abordagem possibilita ganhos significativos, nomeadamente a otimização do uso dos recursos, a redução de custos e a melhoria na gestão de equipamentos e infraestruturas. Adicionalmente, permite antecipar eventuais avarias mediante a identificação de padrões anómalos de consumo, bem como atribuir os custos de forma proporcional à utilização de recursos por departamento da empresa. O presente trabalho endereça parcialmente este problema através do desenvolvimento e implementação de um sistema de monitorização de energia elétrica, ar comprimido e azoto nas diferentes áreas do parque industrial da empresa. A solução concebida procurou alinhar-se com os princípios definidos pela norma ISO 50001, que estabelece boas práticas para a gestão eficiente da energia. Os resultados obtidos demonstram a relevância e a aplicabilidade da abordagem proposta, contribuindo não apenas para a melhoria da eficiência energética, da sustentabilidade e da competitividade da organização, mas também para o seu alinhamento com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável.