EOL - Teses de Mestrado
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- Avaliação da complementaridade dos recursos eólico e solar PV, em PortugalPublication . Ferreira, Pedro Miguel Silva; Estanqueiro, AnaRESUMO: Com o objetivo de reduzir as emissões de CO2, em Portugal, até 2050, pretende-se aumentar a capacidade de fontes de energia renovável, com enfoque na tecnologia solar fotovoltaica e eólica. Contudo estas duas tecnologias por serem dependentes de fatores meteorológicos, acarretam novos desafios para os operadores do sistema no estabelecimento do binómio oferta/procura de energia. Para auxiliar na descarbonização do sistema electroprodutor, recentemente, Portugal adotou o conceito de centrais híbridas renováveis onde é possível agregar estas duas fontes de geração (ou outras inclusive armazenamento). Com esta agregação é expectável atenuar a variabilidade da produção associada a cada tecnologia de forma individual, por via da complementaridade que existe entre ambas as fontes, e melhorar o desempenho técnico-económico da central e, ao mesmo tempo, pode dotar de alguma despachabilidade a própria central. Nesta dissertação, são analisados 224 parques eólicos em Portugal Continental, no período de 2015 e 2016. A análise destes parques eólicos (PEs) é realizada em três fases distintas, que passam pela i) caracterização da geração individual dos PEs com base nos dados de velocidade do vento obtidos através de um modelo de mesoescala; ii) caracterização da complementaridade, recorrendo a vários parâmetros de complementaridade (e.g., correlação e índices de complementaridade), entre a produção eólica e solar (esta última obtida através da ferramenta online PVGIS); iii) identificação da configuração de sobreequipamento (baseada em diferentes rácios de tecnologia eólica e/ou solar fotovoltaico) mais adequada a cada uma das 224 localizações em estudo. Neste último caso é analisado o impacto do sobreequipamento, recorrendo a vários parâmetros de análise, nomeadamente, foi avaliada o desempenho do parque produção com e sem previsão, sendo esta com um horizonte temporal de seis horas. A correlação média horária nacional entre a produção eólica e solar PV para a mesma localização, foi de -0.12, indicando um valor baixo de complementaridade. Por último, no geral, o produtor retiraria maiores retornos em ambiente de mercado só com o acréscimo de capacidade solar, contudo, para tal, seria necessária uma melhor metodologia de previsão para cada parque, que apresenta erros elevados. Analisando os vários parâmetros para esta última parte, sugere-se uma capacidade de sobreequipamento híbrida, com maior incidência em tecnologia solar. As regiões que retirariam o maior proveito das centrais híbridas seriam as regiões do interior Centro e Sul onde existe disponibilidade do recurso solar e, simultaneamente, onde existe os maiores aumentos dos fatores de capacidade dos parques. Os resultados obtidos para a zona Norte não apresentam grandes alterações face às outras regiões com a aplicação do novo sobreequipamento contudo, é a região que tem o maior índice de complementaridade entre as duas fontes de energia em análise. Com as conclusões deste trabalho, pode-se analisar as vantagens e desvantagens deste novo conceito, ainda pouco explorado na literatura, e ainda oferecer i) indicadores de como aumentar a rentabilidade dos seus investimentos inicias por parte dos produtores ou mesmo de novos investidores que se agreguem a estes para beneficiarem das estruturas atuais, e ii) aos operadores uma forma de gerir a rede ao incentivar os produtores para uma determinada configuração que mitigue a variabilidade da geração renovável.
- Previsão de curto tempo da produção eólica nacionalPublication . Santos, João Cravinho; Estanqueiro, Ana; Couto, AntónioRESUMO: De acordo com as metas estabelecidas para 2050 cerca de 32% da energia elétrica produzida e consumida, a nível europeu, terá de provir de fontes de energias renováveis. Nesse sentido é expectável que no futuro a penetração de fontes de energia renovável nos sistemas electroprodutores aumente. Para permitir que essa crescente penetração renovável ocorra sem prejuízos para a manutenção da qualidade de serviço e robustez do sistema electroprodutor é necessário desenvolver ferramentas e instrumentos que permitam essa mesma integração e que auxiliem a gestão de todo o sistema. Esta dissertação debruça-se sobre uma das fontes renováveis com maior expressividade no mix energético português, a energia eólica. Atualmente para auxiliar na gestão do sistema electroprodutor ferramentas de previsão de produção desempenham um papel preponderante. O valor destas ferramentas será ainda mais relevante no futuro onde é esperada uma elevada penetração eólica nos sistemas elétricos tendencialmente 100% baseados em energias renováveis. Assim sendo a presente dissertação tem como foco a aplicação e estudo da fiabilidade de metodologias de previsão de produção eólica de curto horizonte temporal (6 horas) para Portugal continental. Foram desenvolvidas, implementadas e analisadas duas metodologias de previsão de produção eólica distintas: o algoritmo dos k-vizinhos mais próximos e as redes neuronais artificiais. Foi também estudada a otimização de alguns dos parâmetros mais relevantes de cada uma das metodologias e o impacto dessa otimização na eficácia das previsões de produção eólica. Estas metodologias foram comparadas a uma abordagem de persistência que é utilizada neste trabalho como referência (benchmark) Para auxiliar neste processo de otimização procedeu-se a análise do erro médio quadrático, viés e correlação e implementou-se uma medida para análise da capacidade de sobre ou sub estimação das variações da produção em seis horas. Verificou-se que, das metodologias de previsão de produção eólica em estudo, a que apresenta melhor desempenho nas métricas analisadas foi a metodologia baseada em redes neuronais artificiais. Esta destaca-se pelo facto de conseguir identificar relações não lineares nos dados, característica que não está presente nas restantes metodologias de previsão implementadas. Face à metodologia de referência, as previsões obtidas através da metodologia das redes neuronais artificiais permitiram uma diminuição do erro médio quadrático em 15,27%. Já no caso da configuração mais adequada da metodologia dos k-vizinhos mais próximos a diminuição foi de 10.8%. A otimização das metodologias de previsão implementadas provou ser complexa, contudo demonstrou ser um passo extremamente relevante para identificar melhorias significativas na eficácia das previsões.
- Desenvolvimento de metodologias de agregação de turbinas/centrais eólicasPublication . Correia, Miguel Pereira B. Durão; Estanqueiro, Ana; Couto, A.RESUMO: A integração de energia eólica em larga escala tem criado diversos desafios aos operadores dos sistemas electroprodutores e aos seus produtores, devido ao seu carácter estocástico. Desta forma, têm sido desenvolvidas várias medidas e conceitos para permitir aumentar o valor, tanto ao nível técnico como ao nível financeiro, da produção de energia a partir desta fonte de energia renovável variável no tempo. Neste âmbito, surge o conceito de agregação de turbinas (ou parques eólicos) que visa a definição de uma estratégia agregadora de despacho, dentro de uma determinada área de controlo, como forma de mitigar alguns dos impactos da energia eólica aproveitando a variabilidade espácio-temporal do seu recurso primário – o vento. Assim, e como reportado por vários autores, a aplicação de metodologias de agregação poderá reduzir as flutuações de produção de energia eólica, através do efeito estatístico de alisamento, e, colateralmente, melhorar a previsão de produção eólica, na vertente operacional, e reduzir os custos associados às penalizações impostas aos produtores num ambiente de mercado, na vertente financeira. Nesta dissertação, é analisado um caso de estudo real, constituído por 99 turbinas distribuídas por 7 parques eólicos, para os anos de 2009, 2010 e 2011. Neste caso, são aplicadas diversas metodologias de agregação de carácter estatístico – Single Unit Representation, Self Organizing Map e K-Medoids - e probabilístico – Probabilistic Clustering - e analisados alguns parâmetros estatísticos relevantes no setor, tais como a percentagem de capacidade por classes de produção ou o gradiente horário de produção. De seguida, é aplicada uma técnica de previsão eólica de curto prazo, com um horizonte temporal de seis horas, que permite avaliar, para todas as metodologias de agregação, os desvios obtidos face à comparação com a produção eólica real e a redução dos custos associados às penalizações pagas pelos produtores, no contexto do Mercado Ibérico de Eletricidade (MIBEL). Assim, o principal objetivo deste trabalho é a identificação da metodologia de agregação que permita reduzir os erros na previsão da produção eólica e, consequentemente, possibilite uma estratégia agregadora de despacho com maiores benefícios para os produtores eólicos em ambiente de mercado, com a redução dos custos operacionais do sistema. Com este trabalho, as conclusões retiradas permitem demonstrar a importância e vantagem da aplicação das metodologias de agregação no funcionamento do sistema electroprodutor ou dentro de uma região de controlo. Quando comparados com os resultados do cenário de participação desagregada (i.e. cenário atual), assiste-se a uma melhoria dos parâmetros técnicos e financeiros analisados para os parques eólicos pertencentes ao caso de estudo, quando estrategicamente agregados.
- Avaliação do efeito de interferência de obstáculos no escoamento atmosférico sobre o mar: caso de estudo da ilha BerlengaPublication . Silva, João M. Henriques da; Estanqueiro, Ana; Silva, F. Marques daQuando possível, usar-se uma pequena ilha como base de suporte para uma estação anemométrica, torna-se numa forma especialmente simples e económica de se realizar observações do vento sobre o mar. Porém, esta comportar-se-á como um obstáculo à passagem do vento, sendo que, dependendo da sua geometria e dimensão, o vento no topo da ilha pode aumentar ou diminuir de intensidade e ainda mudar de direção. Além disso, a forma como a intensidade do vento se comporta no topo do monte, pode ainda depender do perfil vertical da velocidade média horizontal do escoamento de aproximação e, este por sua vez dependerá das condições de estabilidade atmosférica na região. Neste trabalho avaliou-se o comportamento do escoamento atmosférico sobre a ilha Berlenga, com recurso à simulação computacional (programa CFD Fluent) e verificação em túnel de vento. O estudo decorreu essencialmente para um perfil de velocidades médias do escoamento sobre o mar ajustado pelo valor 0,065 do expoente alfa da lei de potência, decorrente das condições médias de instabilidade atmosférica estimadas pelo modelo de previsão atmosférico MM5 naquela região. Porém, a validação dos resultados numéricos foi realizada para um perfil de camada limite diferente do referido, apresentando este boa concordância com os resultados do túnel de vento. Os resultados numéricos mostraram que para o escoamento de aproximação à ilha com expoente de alfa 0,065, a velocidade do vento no setor dominante aumenta cerca de 21 % no topo da ilha (a 20 m da superfície), onde está situada a estação anemométrica, face ao escoamento no mar. Apesar de não validados em túnel de vento, alguns perfis verticais do vento horizontal obtidos sobre a ilha (dos 20 m aos 200 m) mostram-se suficientemente próximos das observações da estação LiDAR, prenunciando a adequabilidade dos dados do vento aí registados à caracterização do potencial eólico da região.