ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- Caracterização e Implementação de um Conversor Dual Active Bridge e Respetivo ControloPublication . Resende, Diogo Manuel Passos Pinhal Resende; Brito, Rui Miguel Monteiro deEste trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um conversor Dual Active Bridge (DAB). Numa primeira parte, é apresentado o enquadramento da necessidade do desenvolvimento deste projeto para a Addvolt, no seu contexto empresarial (eletrificação de camiões de frio). É apresentado o Estado da Arte sobre este tipo de conversores. Aqui são abordados conceitos teóricos sobre vários tipos de conversores de corrente contínua, no sentido de perceber a necessidade da utilização de isolamento galvânico em aplicações de alta potência. Ao mesmo tempo, é aprofundado o estudo do conversor DAB devido à sua robustez e possibilidade de fluxo de potência bidirecional. A par disto, são apresentados alguns dos componentes utilizados e abordadas algumas das técnicas de modulação e controlo mais utilizadas neste tipo de conversores. Após a decisão do tipo de modulação a utilizar no conversor, são efetuados cálculos e simulações para verificar se, com o material já adquirido, o conversor consegue atingir o nível de transito de potências para o qual foi dimensionado num estudo anterior. Foi definido um novo nível de potência e testado o funcionamento a vários níveis de temperatura. Posteriormente, é feita a montagem do conversor onde são identificados e resolvidos alguns problemas e finalizadas todas as etapas de condicionamento de sinal para a leitura de valores de tensão, corrente e temperatura. Em paralelo com isto, foi desenvolvido um código em C e uma interface gráfica para o controlo do conversor. Por ultimo, é testado o funcionamento do conversor, anotados os resultados e tiradas as conclusões.
- Algoritmos Genéticos para Otimização de soluções integrando carregadores de veículos elétricos, auto-produção e armazenamento de energiaPublication . Nascimento, Fernanda Claudino Leite; Roque, Luís Augusto CorreiaÉ 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.
- Modelo de partilha de energia para edifícios e comunidades energéticasPublication . Silva, Andressa Sousa da; Vale, Zita Maria Almeida doNos últimos anos, a preocupação crescente com a sustentabilidade ambiental e energética está diretamente ligada ao aumento global da demanda por eletricidade, impulsionado principalmente pela queima de combustíveis fósseis, o que resulta na emissão de (CO2) e contribui para as mudanças climáticas. Uma estratégia crucial para enfrentar esse desafio é melhorar a eficiência energética dos edifícios, reduzindo o consumo de energia e minimizando as emissões de carbono, especialmente diante do crescimento previsto da população mundial. Uma solução em destaque é a geração de eletricidade por meio de painéis solares instalados em edifícios, especialmente em áreas urbanas, visto que, estudos evidenciam os benefícios econômicos do compartilhamento da geração solar em edifícios com múltiplos apartamentos, tirando proveito das amplas áreas de telhado disponíveis e criando perfis de consumo de energia mais estáveis e proporcionando vantagens econômicas substanciais. Nesse contexto, apresenta-se uma metodologia de compartilhamento de energia em Comunidades de Energia Renovável (CER) com base na alocação de energia para os apartamentos. Essa abordagem utiliza a regra de alocação valor de Shapley, oriunda da teoria de jogos cooperativos que visa uma partilha justa e igualitária dos recursos. Para demonstrar a viabilidade e os benefícios dessa metodologia, foram realizados estudos de casos em um edifício. Diferentes critérios de alocação de energia foram analisados, incluindo a distribuição aleatória (caso I), a alocação baseada no valor de Shapley (caso II) e a combinação do valor de Shapley com a implementação do programa de Demand Response (DR) (caso III). Os resultados destacam a sensibilidade dos efeitos aos critérios de alocação de energia adotados, considerando a contribuição positiva, negativa e quantidade de energia consumida e gerada. De maneira significativa, o caso III demonstra ser o cenário mais favorável, com uma redução substancial nos custos em comparação com os demais casos, devido à aplicação eficiente da junção do valor Shapley com o programa de DR na redução do consumo de energia.
- 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.
- 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.
- Eficiência energética da frota automóvelPublication . Queirós, Sérgio Luís de Magalhães; Dias, Fernando Maurício Teixeira de SousaO transporte rodoviário é responsável por aproximadamente um quarto das emissões totais de gases com efeito de estufa na Europa. Este setor é, portanto, um dos principais focos do Pacto Ecológico Europeu, o plano da Comissão Europeia para alcançar a neutralidade climática na Europa até 2050. A crescente consciencialização ambiental e a emergência energética global, juntamente com os avanços tecnológicos e os incentivos governamentais, têm impulsionado a disseminação da mobilidade elétrica no setor dos transportes. Para compreender os diversos fatores que influenciam a mobilidade elétrica, este relatório propõe uma análise abrangente através da Análise PESTEL, que examina os fatores políticos, económicos, sociais, tecnológicos, ambientais e legais que afetam o desenvolvimento e a adoção de veículos elétricos. Esta análise serviu como base para a metodologia aplicada no estudo sobre a transformação de uma frota empresarial, realizado no contexto de um estágio, cujo objetivo era reduzir o consumo de combustíveis fósseis através da substituição por veículos elétricos. O capítulo prático do estudo abrange várias etapas essenciais. Inicialmente, foi realizado um levantamento de dados relativos à frota do ano de 2022, reunindo informações detalhadas sobre a utilização e os gastos associados aos veículos atuais. Procedeu-se ao tratamento dos dados e à eliminação de outliers, garantindo o menor erro associado aos dados analisados. A criação de perfis de utilização permitiu identificar os padrões de uso dos veículos na frota. Posteriormente, foi efetuado um levantamento do mercado e a definição de perfis de solução, analisando as opções disponíveis e identificando as mais adequadas às necessidades da frota. Por fim, desenvolveu-se uma calculadora de cenário, na qual são calculadas as necessidades energéticas e as respetivas despesas associadas, a poupança ambiental, os benefícios económicos e os indicadores financeiros, com e sem incentivos fiscais. Esta abordagem metodológica permitiu a realização de uma análise detalhada e fundamentada sobre a viabilidade e os benefícios da transição para uma frota de veículos elétricos. Desta forma, contribuiu para a criação de um cenário solucionador do objetivo e promoveu tanto a redução das emissões de gases com efeito de estufa, como uma maior sustentabilidade económica e ambiental.
- Integração de machine learning em subestações: estudos de previsãoPublication . Alves, Pedro João Pereira; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoTodo o setor energético está a passar por um período de mudanças drásticas em várias valências e isso exige que, cada vez mais, a rede seja fiável, estável e eficiente. Dado isto, o presente trabalho está intrinsecamente relacionado com as temáticas mencionados. Sendo o foco principal o estudo da implementação de machine learning em subestações de forma a aumentar a sua fiabilidade e, consequentemente, a sua estabilidade. As subestações atualmente contam com um avançado sistema de monitorização baseado no SCADA (Supervisory control and data acquisition), no entanto esta implementação apenas permite melhorias na ótica de monitorização e controlo da rede elétrica. A integração de machine learning irá permitir que se façam previsões de eventuais defeitos na rede. Primeiramente será feita uma introdução às subestações, a sua importância e respetivos equipamentos que a integram. Abordando concisamente os principais componentes de uma subestação e como os mesmos podem ser integrados no sistema de previsão. Segundamente será feita uma introdução ao machine learning, incluindo o seu funcionamento e as diferentes tipologias existentes. Concluindo esta parte com uma breve comparação entre os diferentes tipos. Após ser feita uma breve introdução das subestações e de machine learning separadamente, é feita uma análise das vantagens que poderão surgir da integração. Estando feita a introdução teórica, é elaborado um código em python que permite, com recurso a redes neuronais, fazer previsões e extrair dado das mesmas. São criados diferentes cenários para perceber quais os melhores parâmetros nesta situação de integração. Os dados desses cenários são apresentados e analisados. Com a análise feita, conclui-se com considerações importantes relativamente á utilidade do algoritmo e a eficiência demostrada.
- Instrumentação industrial: arquitetura tipo e soluções tecnológicas evoluídasPublication . Santos, Nuno Filipe Sousa; Ramos, Sérgio Filipe CarvalhoEste trabalho tem como objetivos a identificação do estado atual da instrumentação industrial e cibersegurança nesse contexto. São abordadas as principais tecnologias de instrumentação, incluindo arquiteturas de aquisição e comunicação de dados, com foco em parâmetros críticos como temperatura, nível, pressão e caudal. Além disso, a pesquisa explora medidas para implementar efetivamente a cibersegurança na instrumentação industrial. O trabalho visa dimensionar uma solução de engenharia na área de instrumentação industrial, com ênfase no desenvolvimento de uma infraestrutura que procura garantir a segurança das comunicações no escopo do projeto. O conjunto desses objetivos contribuirá para uma análise abrangente e aprofundada, proporcionando insights significativos para a compreensão e aplicação prática desses conceitos na indústria. Este estudo inclui um caso prático, fazendo uma análise do um projeto industrial proposto pela empresa QUADRANTE. Onde vai ser feito um balanço do orçamento necessário para implementação do mesmo e a respetiva caracterização e disposição dos equipamentos.
- Desenvolvimento de um manufacturing execution system numa indústria de elevadoresPublication . Fernandes, Marco António Veríssimo; Dias, Fernando Maurício Teixeira de SousaNo amanhecer da Quarta Revolução Industrial, o cenário industrial testemunha uma metamorfose sem precedentes, guiada pelo avanço exponencial da tecnologia. À medida que nos imergimos na era da Indústria 4.0, as fronteiras entre o físico e o digital desvanecem, dando origem a um novo paradigma de produção. O Trabalho para a dissertação "Desenvolvimento de um Manufacturing Execution System numa indústria de elevadores" apresenta um estudo detalhado sobre a implementação de um sistema de execução de manufatura (MES) em colaboração com a empresa Schmitt + Sohn Elevadores. O trabalho destaca a importância da gestão operacional focada na redução de desperdícios e custos, visando otimizar os processos de produção de elevadores de média/alta gama. A dissertação oferece insights valiosos sobre a aplicação prática de conceitos de gestão operacional e sistemas de execução de manufatura num contexto industrial específico. Além disso, o estudo aborda a integração do MES com o ERP (EnterPrise Resource Planning) da empresa, recolhendo dados provenientes dele e das múltiplas máquinas da fábrica, permitindo a criação automatizada de dashboards e apresentando indicadores-chave de desempenho (KPIs) pré-definidos. O trabalho contribui significativamente para a área de gestão operacional e sistemas de execução de processos, fornecendo informações valiosas para empresas que procuram otimizar seus processos produtivos e aumentar a competitividade de seus produtos
- 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.