ISEP - DM – Energias Sustentáveis
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- Analisador de qualidade de energia eléctrica embebido na instalação eléctricaPublication . Freitas, Sara Catarina Pinto; Felgueiras, Manuel Carlos Malheiro de Carvalho; Martins, Rodolfo Manuel Maia da Cruz; Sousa, António João dos SantosA monitorização da qualidade da energia eléctrica tem revelado importância crescente na gestão e caracterização da rede eléctrica. Estudos revelam que os custos directos relacionados com perda de qualidade da energia eléctrica podem representar cerca de 1,5 % do PIB nacional. Para além destes, tem-se adicionalmente os custos indirectos o que se traduz num problema que necessita de minimização. No contexto da minimização dos danos causados pela degradação de energia, são utilizados equipamentos com capacidade de caracterizar a energia eléctrica através da sua monitorização. A utilização destes equipamentos têm subjacente normas de qualidade de energia, que impõem requisitos mínimos de modo a enquadrar e classificar eventos ocorridos na rede eléctrica. Deste modo obtêm-se dados coerentes provenientes de diferentes equipamentos. A monitorização dos parâmetros associados à energia eléctrica é frequentemente realizada através da instalação temporária dos esquipamentos na rede eléctrica, o que resulta numa observação de distúrbios a posteriori da sua ocasião. Esta metodologia não permite detectar o evento eléctrico original mas, quando muito, outros que se espera que sejam semelhantes ao ocorrido. Repare-se, no entanto, que existe um conjunto alargado de eventos que não são repetitivos, constituindo assim uma limitação aquela metodologia. Este trabalho descreve uma alternativa à metodologia de utilização tradicional dos equipamentos. A solução consiste em realizar um analisador de energia que faça parte integrante da instalação e permita a monitorização contínua da rede eléctrica. Este equipamento deve ter um custo suficientemente baixo para que seja justificável nesta utilização alternativa. O analisador de qualidade de energia a desenvolver tem por base o circuito integrado ADE7880, que permite obter um conjunto de parâmetros da qualidade de energia eléctrica de acordo com as normas de energia IEC 61000-4-30 e IEC 61000-4-7. Este analisador permite a recolha contínua de dados específicos da rede eléctrica, e que posteriormente serão armazenados e colocados à disposição do utilizador. Deste modo os dados recolhidos serão apresentados ao utilizador para consulta, de maneira a verificar, de modo continuo a eventual ocorrência das anomalias na rede. Os valores adquiridos podem ainda ser reutilizados vantajosamente para muitas outras finalidades tais como efectuar estudos sobre a optimização energética. O trabalho presentemente desenvolvido decorre de uma utilização alternativa do dispositivo WeSense Energy1 desenvolvido pela equipa da Evoleo Technologies. A presente vertente permite obter parâmetros determinados pelo ADE7880 tais como por exemplo harmónicos, eventos transitórios de tensão e corrente e o desfasamento entre fases, realizando assim uma nova versão do dispositivo, o WeSense Energy2. Adicionalmente este trabalho inclui a visualização remota dos através de uma página web.
- Análise da Evolução da Legislação Aplicada a Empresas Consumidoras Intensivas de EnergiaPublication . Carvalho, José Filipe Rocha; Brandão, Roque Filipe MesquitaAs questões ambientais cada vez mais no topo das preocupações mundiais, aliadas à necessidade de utilização de forma sustentável dos recursos, levam a uma consequente evolução das legislações afetas aos consumos energéticos dos países. Os consumos energéticos globais têm vindo a aumentar ano após ano devido às necessidades cada vez maiores de um planeta cujos recursos não são infinitos. O aumento dos consumos promove um consequente aumento das emissões gasosas de CO2, que trazem inúmeras implicações já visíveis em alguns países. O caso da China é preocupante, sendo de longe o país com maiores impactos relativamente a este âmbito. Portugal tem vindo a conseguir diminuir os seus consumos, mas ainda assim caracteriza-se ser por um consumidor primário de combustíveis fósseis (principalmente petróleo), o que se traduz numa dependência energética acima dos 70%, apesar dos esforços na exploração de fontes endógenas. Com vista à promoção da eficiência energética e ao cumprimento e implementação das diretivas europeias, foram criados programas e legislação, como por exemplo a Estratégia Nacional para a Energia (ENE 2020) e o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE). A Agência para a Energia (ADENE) desenvolve a sua atividade no âmbito do PNAEE e é aqui que se insere o Sistema de Gestão dos Consumos Intensivos de Energia (SGCIE). O SGCIE é um sistema que prevê que as instalações consumidoras intensivas de energia (CIE) realizem ações que promovam o aumento da eficiência energética e a redução de consumos. Antes do SGCIE, existia o Regulamento de Gestão dos Consumos de Energia (RGCE), cujo objetivo principal era o mesmo, porém datava da década de 80, ou seja já muito antigo face à atualidade e portanto carente de evolução.Esta dissertação aborda os dois regulamentos, apontando as características de cada um e a sua aplicabilidade no meio industrial. Posteriormente, ambos são aplicados utilizando dados reais dos consumos de duas empresas distintas permitindo assim observar quais as principais diferenças entre ambos. Por fim, são obtidas as principais conclusões de acordo com os resultados obtidos assim como as possíveis razões que levaram às alterações encontradas.
- Análise da implementação de energia transitiva numa comunidade de energiaPublication . Silva, Veríssimo Baldé Gomes da; Vale, Zita Maria Almeida doO sistema de energia elétrica tem vindo a alterar-se significativamente nos últimos anos, apresentando atualmente uma componente significativa de produção através de fontes de energias renováveis e também de geração distribuída, correspondente a instalações com baixa potência instalada geograficamente distribuídas, por oposição às centrais de produção convencionais. Contudo, a falta de coordenação entre o consumo e a produção de origem renovável, como o sol e o vento, põem em causa o bom funcionamento da rede elétrica. As redes elétricas inteligentes aparecem como uma solução adequada para os problemas apresentados pela rede elétrica tradicional, uma vez que a fiabilidade, segurança e flexibilidade são as características deste tipo de rede elétricas. De forma a garantir o equilíbrio da produção e do consumo é necessário fazer uma adaptação dos perfis de consumo aos perfis de produção. Esta pode ser feita através da redução dos consumos em certos períodos, ou da transferência de parte do consumo para períodos mais adequados, ou promovendo o aumento do consumo em períodos que a produção a partir de fontes renováveis exceda o consumo total previsto. Esta dissertação apresenta um estudo sobre a gestão da energia elétrica dos consumidores finais através da sua produção de energias renováveis. São abordados temas como a Gestão no Lado da Procura (GLP) e Resposta à Procura (RP) de energia elétrica, assim como mercados de energia par a par. Como resultado do estudo sobre redes inteligentes, é implementado a Energia Transativa (ET) num simulador já existente, onde os consumidores finais têm um papel interventivo no sistema elétrico. Estes têm a capacidade de negociação da energia produzida em excedente em cada período, entre os consumidores mais próximos e posteriormente no mercado retalhista, de acordo com uma tarifa de eletricidade horária. Neste sentido, são realizados três casos de estudo, onde será comparado o impacto económico da funcionalidade da energia transativa na rede inteligente, em detrimento do sistema de energia elétrico tradicional.
- Análise de ciclo de vida de materiais construtivos: contributo para a certificação de edifíciosPublication . Ferraz, Elda Dora Bahamonde de Serpa Pinto; Caetano, Nídia de SáA crescente preocupação sobre as questões ambientais a nível mundial, conduziu à criação de metodologias de avaliação dos impactes ambientais provocados por produtos e sistemas. Como o sector da construção é responsável por grande parte desses impactes, é evidente a necessidade de aplicar medidas que visam mitigar ou, no mínimo, reduzir até valores aceitáveis, essas agressões ao meio ambiente. Esta situação conduziu à aplicação da metodologia da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) ao sector da construção. Este relatório de estágio, foca-se principalmente na vertente ambiental da ACV, particularmente nos indicadores energia incorporada, carbono incorporado e potencial de aquecimento global (GWP), para comparar diferentes tipologias de edifícios. Para tal, desenvolveu-se uma ferramenta de cálculo em MS Excel (LCA4Building) que, mediante a introdução do tipo e quantidades dos materiais de construção de um determinado projeto, calcula os valores da energia incorporada, carbono incorporado e potencial de aquecimento global, permitindo fazer uma comparação do desempenho do projeto no que respeita a estes indicadores, para as várias tipologias de construção ou materiais alternativos. A LCA4Building permitiu analisar cinco edifícios de diferentes tipologias. Os resultados mostram que o Edifício de Serviços Municipais apresenta um desempenho muito fraco, em relação ao GWP com o valor de 1193,68 kgCO2eq/m2 , enquanto que a Habitação Unifamiliar revelou ter um desempenho excelente naquele indicador, com o valor de 186,82 kgCO2eq/m2 , o qual representa apenas 15,6 % do pior valor obtido para o Edifício de Serviços Municipais. A ferramenta permitiu avaliar o efeito da substituição de alguns materiais por outros que, tendo idêntico desempenho estrutural/funcional, permitiram reduzir os impactos analisados, e aproximar o seu desempenho de edificações mais sustentáveis. Assim, com algumas alterações simples nos materiais construtivos, foi possível reduzir o valor do GWP associado ao Edifício de Serviços Municipais para 986,64 kgCO2eq/m2 , representando uma redução de 17,4 %. No caso da Habitação Unifamiliar o valor do GWP passou a 164,44 kgCO2eq/m2 , uma redução de cerca de 12 % de um valor que já era muito baixo. A ferramenta desenvolvida, revela-se assim uma mais valia para a empresa (SOPSEC), permitindo-lhe fazer uma avaliação simplificada do desempenho das soluções projetadas e, desse modo otimizá-las. No entanto, outras fases do ciclo de vida deveriam também ser contabilizadas, antes de se poder fazer uma avaliação global dos impactos da edificação.
- Análise de otimização energética de um edifício comercial e residencialPublication . Santos, Afonso Cerqueira; Faria, Pedro Nuno SilvaCom as alterações climáticas a surgirem cada vez mais em todo o planeta, como sociedade devemos procurar por formas de reduzir e mitigar o nosso impacto. A otimização energética e o uso eficiente de energia, visam melhorar a eficácia de consumo e reduzir perdas. O presente trabalho apresenta a análise energética de um edifício com quatro pisos, áreas residenciais, comerciais e escritórios, e a comparação dos seus desempenhos e balanços energéticos. Este estudo vem em seguimento do trabalho feito anteriormente, e procura expandir o escopo de resultados obtidos, para outros tipos de consumidores de energia. O edifício e os equipamentos de consumo de energia elétrica foram definidos para posteriormente serem sujeitos a simulação. A otimização foi feita por um algoritmo de múltiplos períodos, tendo em conta o conceito de resposta da procura (demand response). Foram estudados dois cenários com os dados de entrada usados no estudo anterior, como referência, e novos dados selecionados especificamente para o edifício modelado. Os cenários, provaram o funcionamento do algoritmo de otimização com reduções de consumo de 5%, ao longo do dia. Adicionalmente, o algoritmo foi capaz de deslocar com sucesso o funcionamento de máquinas de lavar, e da bombagem do edifício. Por fim, foi possível comprovar o funcionamento da otimização, com utilizadores residenciais e comerciais, e considerando o conforto dos mesmos.
- Análise de sensibilidade na simulação dinâmica de um grande edifício escolar existentePublication . Moço, Pedro Miguel Fernandes; Castro, Olga dos Remédios SobralDado o panorama de conservação de energia a nível nacional e mundial, torna-se hoje em dia muito importante, que seja possível controlar e estimar o consumo energético nos edifícios. Assim, atendendo à actual problemática energética e ao crescente consumo energético nos edifícios, é importante parametrizar, avaliar e comparar este consumo. Neste sentido, nas últimas décadas, têm sido efectuados desenvolvimentos técnicos, quer ao nível do equipamento de campo para efectuar monitorização e medição, quer ao nível da simulação dinâmica de edifícios. Com esta dissertação de mestrado, pretendeu-se efectuar a simulação dinâmica de um edifício escolar existente a funcionar em pleno, e efectuar uma análise de sensibilidade relativamente ao grau de variação dos resultados obtidos através da aplicação de dois programas de cálculo térmico e energético. Foram utilizados, o programa VE-Pro da IES (Integrated Environmental Solutions) e o programa Trace 700 da TRANE. Ambos os programas foram parametrizados com os mesmos dados de entrada, tendo em atenção as opções de simulação disponibilizadas por ambos. Posteriormente, utilizaram-se os dados retirados da simulação para calcular a classificação energética no âmbito do sistema de certificação energética (SCE), através de uma folha de cálculo desenvolvida para o efeito. Foram ainda consideradas várias soluções de eficiência energética para o edifício, com vista a poupanças reais de energia, tendo sempre atenção ao conforto térmico dos ocupantes. Dessas medidas fazem parte, medidas relacionadas com a iluminação, como a substituição da iluminação existente por luminárias do tipo LED (Light Emitting Diode), soluções de energias renováveis, como a instalação de colectores solares para aquecimento das águas quentes sanitárias, e painéis fotovoltaicos para produção de energia, bem como medidas ligadas aos equipamentos de climatização. Posteriormente, recalculou-se a classificação energética afectada das melhorias. Os resultados obtidos nas duas simulações foram analisados sob o ponto de vista do aquecimento, arrefecimento, ventilação, iluminação e equipamentos eléctricos. A comparação das duas simulações para cada parâmetro acima referido, apresentaram variações inferiores a 5%. O desvio maior verificou-se na ventilação, com o valor de aproximadamente 4,9%. Transpondo estes resultados para o cálculo do IEE (Índice de Eficiência Energética), verificou-se um desvio inferior a 2%.
- Análise de sustentabilidade das operações de manutenção durante o ciclo de vida de um parque fotovoltaicoPublication . Duarte, Tiago dos Santos; Martins, Florinda FigueiredoAs centrais fotovoltaicas, representam fontes de produção de energia elétrica através do recurso a uma fonte energia renovável com um potencial “infinito”. Energia elétrica que posteriormente poderá ser utilizada em diversas aplicações como o consumo doméstico, consumo industrial ou armazenamento. Contudo, para que durante a sua utilização se consigam atingir os níveis de produção estimados e garantir o fornecimento da procura, é imprescindível uma boa performance destas centrais. Isto significa que durante o ciclo de vida de um parque fotovoltaico existirão diversas intervenções de manutenção, tais como reparação ou substituição de módulos fotovoltaicos, inversores, transformadores e dispositivos de seccionamento de alta tensão para que se garanta a performance estimada e para que possam ser cumpridos todos os contratos associados. Assim configura-se como apropriado determinar o impacto destas atividades de manutenção durante o ciclo de vida da instalação fotovoltaica. Com este trabalho pretende-se a criação de uma matriz de avaliação de sustentabilidade, que possa posteriormente ser usada em futuras instalações no processo de tomada de decisão, contribuindo para o aumento da qualidade de uma instalação e futuras atividades mais sustentáveis. Na aplicação da matriz num caso de estudo foi possível concluir que a dimensão ambiental foi a que sofreu maior impacto. Desta foram, foram calculadas quantitativamente as emissões produzidas durante as diversas ações de manutenção, tendo-se percebido que a manutenção corretiva tem um maior impacto na emissão de poluentes para a atmosfera.
- Análise do ciclo de vida da produção do butanolPublication . Brito, Marta Filipa Ferreira; Martins, Florinda FigueiredoEste trabalho teve como objetivo avaliar e comparar os impactes ambientais da produção do butanol considerando três processos produtivos: um que usa fontes fósseis e dois que usam fontes renováveis, nomeadamente palha de trigo e milho. Para o primeiro caso considerouse o processo oxo e os restantes usaram o processo de produção ABE (acetona, butanol e etanol). Na primeira etapa estudaram-se e descreveram-se os diferentes processos referidos. A análise do ciclo de vida foi depois aplicada efetuando as quatro fases nomeadamente definição do âmbito e objetivo, inventário, avaliação de impactes e interpretação dos resultados obtidos. O inventário foi efetuado tendo em conta a bibliografia existente sobre estes processos e com o auxílio da base de dados Ecoinvent Versão3 Database™. Na avaliação de impactes utilizou-se o método Impact 2002 + (Endpoint). Concluiu-se que a produção do butanol pelo processo ABE utilizando o milho é a que apresenta maior impacte ambiental e a que produção do butanol pelo processo ABE usando a palha de trigo é a que apresenta um menor impacte ambiental, quando o processo de alocação foi efetuado tendo em conta as massas de todos os produtos produzidos em cada processo. Foi efetuada uma análise de sensibilidade para a produção de butanol usando palha de trigo e milho relativa aos dados de menor qualidade. No processo da palha de trigo fez-se variar a quantidade de material enviado para a digestão anaeróbia e a quantidade de efluente produzida. No processo relativo ao milho apenas se fez variar a quantidade de efluente produzida. As variações tiveram um efeito pouco significativo (<1,3%) no impacte global. Por fim, efetuou-se o cálculo dos impactes considerando uma alocação económica que foi executada tendo em conta os preços de venda para o ano 2013 na Europa, para os produtos produzidos pelos diferentes processos. Considerando o valor económico verificou-se um aumento do peso relativo ao butanol, o que fez aumentar significativamente o impacte ambiental. Isto deve-se em grande parte ao baixo valor económico dos gases formados nos processos de fermentação. Se na alocação por massa for retirada a massa destes gases os resultados obtidos são similares nos dois tipos de alocação.
- Análise do comportamento térmico e energético de um edifício de habitação e de comércio e serviços com simulação dinâmicaPublication . Vieira, Rita Carlos Teixeira; Fontão, Eunice Maria VilaverdeOs edifícios têm grande impacto nas emissões de gases com efeito de estufa, devido ao alto consumo de energia causado pelo uso de equipamentos elétricos antigos, falta de manutenção adequada traduzindo-se em baixa eficiência energética que resulta da incapacidade de utilizar energia de forma eficaz. A certificação energética vem melhorar a eficiência incentivando a práticas mais sustentáveis. No âmbito deste tema foi realizado um estágio, onde foram utilizadas ferramentas para o estudo de comportamento térmico e energético, tanto em edifícios de habitação como de comércio e serviço. No caso da habitação foi utilizada a folha de cálculo do ITEcons e folha de cálculo do PTnZEB. Para os edifícios de comércio e serviços foi realizada a análise térmica com o apoio do Hourly Analysis Program. Realizaram-se durante o estágio um conjunto de tarefas e estudos, nos quais se destacam dois estudos. Para os quais foi realizada a caracterização da sua envolvente opaca e envidraçada, ventilação e sistemas técnicos. Foi feito um estudo e respetiva certificação energética de um edifício de habitação utilizando a folha de cálculo do ITEcons. O segundo estudo foi para um edifício de comércio e serviços utilizando as duas folhas PTnZEB, a simulação dinâmica multizona e o cálculo dinâmico simplificado. Com o objetivo de comparação das principais diferenças dos resultados alcançados. No edifício de habitação obteve-se classe energética A, como esperado, pois trata-se de um edifício novo. No edifício de serviços, a classificação energética resultante foi um B, em ambos os casos simulação dinâmica e cálculo dinâmico, uma vez que se trata de um edifício que irá ser sujeito a uma grande renovação.
- Análise do desempenho energético de um parque eólico através de indicadoresPublication . Rodrigues, Jeziel Lima; Felgueiras, Manuel Carlos Malheiro de CarvalhoEsta dissertação oferece contribuições para o campo da energia eólica, e fornece um roteiro claro para a tomada de decisão baseada em dados, bem como orientações práticas para otimizar a operação e manutenção. No contexto atual da transformação digital e crescente demanda energética surge a necessidade de soluções inovadores e sustentáveis em larga escala, como a energia eólica offshore. A energia eólica é uma fonte de energia renovável que tem o potencial de contribuir significativamente para a matriz energética global. A implementação e operação de projetos eólicos offshore são desafiadores devido aos custos elevados e à natureza intrínseca dos riscos no ambiente marítimo, por isso necessitam operar em sua máxima eficiência e desempenho, tendo em vista a viabilidade económica. Este trabalho tem como objetivo a compreensão dos fatores principais que influenciam o desempenho energético dos aerogeradores através dos dados que revelam as interrupções e falhas de sistemas. Os resultados obtidos nesta pesquisa destacam a necessidade de uma abordagem integrada, buscando o conhecimento técnico especializado com a aplicação de tecnologias de monitoramento em tempo real e análise de dados. Ao reconhecer os padrões de falhas e as lacunas de eficiência, os gestores podem direcionar seus esforços para aprimorar a fiabilidade, a disponibilidade e a performance geral dessas unidades geradoras de energia elétrica. Através da implementação das recomendações resultantes deste estudo, espera-se que as instituições possam alcançar uma expressiva rentabilidade e sustentabilidade, alinhando-se de forma eficaz com as demandas atuais, garantindo uma posição sólida no ambiente empresarial e contribuindo para um futuro energético mais equilibrado.