ISEP - DM – Energias Sustentáveis
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- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Evaluation of CO2 enrichment as a pretreatment strategy for sewage sludge prior to anaerobic digestionPublication . AZEREDO, ANNA CAROLINA DE SOUZA NICOLLI DE; Freitas, Susana Maria Ribeiro e Sousa Mendes deThis study aimed to investigate the effects of carbon dioxide (CO₂) enrichment as a chemical pretreatment strategy for fresh sewage sludge, with a view toward its future application in optimizing anaerobic digestion (AD). The research was conducted through a systematic experimental approach, focusing on the detailed physicochemical characterization of sludge before and after controlled CO₂ injection, under different operational conditions. Initially, comparative tests were performed in both water and sludge using three types of microporous diffusers (SAIFILTER, REFRACTON, and TOPTITECH) to evaluate CO₂ mass transfer efficiency. The diffuser selection and optimal flow rate (4 L/min) were based on real-time measurements of the volumetric mass transfer coefficient (kLa) and dissolution efficiency. Subsequently, multiple enrichment trials were conducted using fresh sludge collected weekly from a municipal wastewater treatment plant, under strictly standardized sampling procedures to reduce variability. Chemical analyses included measurements of pH, oxidationreduction potential (ORP), electrical conductivity (EC), total solids (TS), chemical oxygen demand (COD and sCOD), the FOS/TAC ratio, and ammonium (NH₄⁺) concentration, both in raw and centrifuged samples. The study also assessed the effects of sludge aging under refrigeration for up to six days, with and without CO₂ enrichment, and included N₂ injection trials as a physical control. Results showed that CO₂ enrichment did not significantly alter pH or soluble COD (which remained between 6–7%), but consistently promoted a substantial increase in soluble NH₄⁺ concentrations— up to +63% post-injection, and up to +110% when combined with aging. This suggests a mechanism of physical desorption or shifts in ionic equilibrium within the sludge matrix. The kLa values in sludge remained low (max. 0.0016 s⁻¹), limiting CO₂ solubilization efficiency. The data indicate that CO₂ functions as a chemical conditioning agent—rather than a conventional physical or biological pretreatment— capable of modifying nitrogen speciation and redox balance without promoting significant organic matter solubilization. This effect may contribute to improved startup stability of anaerobic digesters, particularly in systems sensitive to ammonium variability.
- Inteligência artificial para gestão energéticaPublication . NUNES, ANTÓNIO PEDRO DE VAZ; Faria, Pedro Nuno SilvaEste trabalho tem como objetivo explorar o papel da Inteligência Artificial (IA) na gestão energética, destacando a sua contribuição para a sustentabilidade e eficiência no setor. A crescente procura de energia e os desafios associados às alterações climáticas tornam urgente a adoção de tecnologias avançadas que otimizem o uso de recursos energéticos e que reduzam os impactos ambientais. A IA, em conjunto com áreas como machine learning, deep learning e algoritmos de otimização, permite previsões precisas de consumo, a integração eficiente de fontes renováveis e a automatização de processos em redes inteligentes (smart grids). O estudo aborda ainda o papel das Comunidades Energéticas como soluções descentralizadas que promovem a produção, consumo e armazenamento de energia renovável a nível local. Estas comunidades, sustentadas por ferramentas como blockchain e contratos inteligentes, promovem a transparência e a democratização no setor energético. Adicionalmente, são discutidos métodos de armazenamento de energia e a sua relevância para mitigar a intermitência de fontes renováveis, além de práticas como Demand Response, que equilibram a oferta e a procura, maximizando a flexibilidade e a estabilidade do sistema elétrico. As inovações tecnológicas analisadas neste trabalho demonstram o potencial da IA e de sistemas avançados para superar desafios e transformar a gestão energética, alinhando‐a com as metas globais de sustentabilidade. Palavras‐
- 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.
- 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.
- Optimization and economic analysis of energetic systems in a wastewater treatment plantPublication . Gonçalves, Rúben Ramalho; Ramos, Sérgio Filipe CarvalhoThe main purpose of this work was the development of energy optimization procedures for a wastewater treatment plant. Along with it, solutions were presented and analysed for economic viability. For this aim, extensive bibliographic research was undertaken to better understand the existing tools, models, and results already achieved with each set of conditions. To elaborate the case-study, data for biogas production and electricity needs of a wastewater treatment plant were retrieve. Alongside it, the Solcast API was utilized to retrieve historical data. After schematizing the functioning of the plant, a rule-based approach was selected for the simulation and optimization of energy. To guide the programming, flowcharts were designed to mimic the relations between each set of variables and components. With the intent of making the simulator have a more widespread utilization, the required programming was executed in Excel and VBA (Visual Basic for Applications). The results were broken down and analysed with the objectives of burnt biogas minimization, cost reduction, and self-sufficiency in view. Results showed a vast improvement after the introduction of the energy optimization system, with self-sustainability ratio increasing from 70% to above 91% in all analysed scenarios with both biogas and photovoltaic as renewable energy sources. The implementation of a secondary cogeneration unit was studied, to reduce the amount of burnt biogas in low-purchase scenarios. Results showed that the application of a second cogeneration unit can be profitable, if the wasted biogas is close to 25% of the total production. Similarly, the cost-effectiveness of the implementation of the photovoltaic system was also analysed, due to the high amount of exceeding energy derived from this source of energy. Two solutions were tested. The first one showed that establishing a renewable energy community with neighbouring facilities is a viable alternative to utilize the excess of produced electricity, with the internal rate of return oscillating between 38.68% and 15.45%, depending on the simulation scenario. The second analysis consisted of a sensitivity analysis of the selling price of electricity. It utilized the scenario which yielded the worst result on the previous analysis. It determined that, for selling prices higher than 0.15 €/kWh, it can be a viable option to sell the electricity back to the grid, even though it does not achieve the same economic benefits as the community approach.
- Desenvolvimento de protocolos de testagem de catalisadores para a produção de hidrogénio verdePublication . Fortunato, Mariela Osíris Manuel; Caetano, Nídia de SáNum contexto global de crescentes preocupações com as alterações climáticas, o desenvolvimento de tecnologias que contribuam para o processo de transição energética assume grande importância. Neste âmbito, a produção de hidrogénio verde através da eletrólise da água revela-se bastante promissora, não só pela capacidade de produzir um vetor ou portador de energia sustentável, mas também pelo seu contributo para a redução das emissões de gases com efeito de estufa. No entanto, esta tecnologia apresenta algumas limitações, como a inexistência de protocolos padronizados para a testagem de catalisadores, que são fundamentais para a correta comparação de resultados entre diferentes laboratórios e, assim, para o avanço desta tecnologia. Com base na revisão bibliográfica, foi estudada a estabilidade de um material catalisador de irídio e realizados testes de degradação acelerada, com o objetivo de propor protocolos de testagem de catalisadores por meio de técnicas de caracterização eletroquímica utilizando o elétrodo de disco rotativo. O catalisador foi caracterizado por voltametria cíclica, voltametria de varrimento linear e espectroscopia de impedância eletroquímica. O teste de estabilidade foi efetuado por cronopotenciometria, enquanto os testes de degradação acelerada foram realizados através de ciclos potenciodinâmicos de voltametria cíclica e ciclos alternados de tensão (arranque/paragem), simulando a intermitência típica de fontes de energias renováveis. Com os resultados obtidos, conclui-se que os protocolos de teste aplicados são eficientes e reprodutíveis. Desta forma, foram apresentadas duas propostas de protocolos para a testagem de catalisadores.