Otimização de sistemas de autoconsumo baseados no potencial eólico para edifícios de elevada altura
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10348/10418 |
Resumo: | Com o excesso da utilização de energia proveniente de fontes não renováveis, é crucial que sejam adotadas novas soluções de geração de energia para compensar este excesso. A integração de fontes de energia renováveis em edifícios de elevada altura vem reduzir a necessidade de energia proveniente da rede elétrica nacional contribuindo para a maximização de autossustentabilidade dos serviços comuns (iluminação, elevadores, climatização, etc.). Aliada à geração de energia a partir de fontes renováveis em parques eólicos, onde está atualmente concentrada a maior produção de energia eólica, existe também uma solução que passa por tornar os consumidores produtores, um conceito denominado por “prosumer”. Estudos recentes apontam para baixas eficiências da integração de aerogerador no meio urbano, quer ao nível da produção energética, quer ao nível económico, resultando numa perda de confiança por parte dos utilizadores. As características pouco favoráveis do escoamento do vento no meio urbano, principalmente os baixos valores de velocidade e a turbulência existente, influenciam diretamente a produção energética e o tempo de vida útil das turbinas. Neste sentido, esta dissertação centra-se em avaliar o potencial eólico num edifício de elevada altura, neste caso, um hotel, através de simulações computacionais de fluídos dinâmicos, que identificaram dois possíveis cenários, quantificar o potencial de produção de energia eólica por parte das pequenas turbinas eólicas no local de instalação através dos dados meteorológicos e das características topográficas para os cenários mencionados, e, por fim, conceber um modelo computacional para otimizar a produção da energia eólica para um sistema de autoconsumo, com o objetivo de minimizar o custo total de energia comprada ao distribuidor de média tensão, rentabilizando ao máximo o retorno financeiro do investimento. Desta forma, através da minimização do custo total para a implementação do sistema de autoconsumo pelo modelo de otimização foi possível conhecer a melhor solução para o caso de estudo. A solução ótima do problema informa-nos de que a melhor escolha é uma turbina de eixo horizontal com um conjunto de baterias de 12,4 kW para a cobertura do edifício para um período de amortização do investimento de cerca de 7 anos, garantindo uma poupança para o período de vida útil do sistema de 76.324,15 € e uma redução de 36% dos picos de consumo em horas de cheia e cerca de 42% para as horas de ponta. |
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Estudos recentes apontam para baixas eficiências da integração de aerogerador no meio urbano, quer ao nível da produção energética, quer ao nível económico, resultando numa perda de confiança por parte dos utilizadores. As características pouco favoráveis do escoamento do vento no meio urbano, principalmente os baixos valores de velocidade e a turbulência existente, influenciam diretamente a produção energética e o tempo de vida útil das turbinas. Neste sentido, esta dissertação centra-se em avaliar o potencial eólico num edifício de elevada altura, neste caso, um hotel, através de simulações computacionais de fluídos dinâmicos, que identificaram dois possíveis cenários, quantificar o potencial de produção de energia eólica por parte das pequenas turbinas eólicas no local de instalação através dos dados meteorológicos e das características topográficas para os cenários mencionados, e, por fim, conceber um modelo computacional para otimizar a produção da energia eólica para um sistema de autoconsumo, com o objetivo de minimizar o custo total de energia comprada ao distribuidor de média tensão, rentabilizando ao máximo o retorno financeiro do investimento. Desta forma, através da minimização do custo total para a implementação do sistema de autoconsumo pelo modelo de otimização foi possível conhecer a melhor solução para o caso de estudo. A solução ótima do problema informa-nos de que a melhor escolha é uma turbina de eixo horizontal com um conjunto de baterias de 12,4 kW para a cobertura do edifício para um período de amortização do investimento de cerca de 7 anos, garantindo uma poupança para o período de vida útil do sistema de 76.324,15 € e uma redução de 36% dos picos de consumo em horas de cheia e cerca de 42% para as horas de ponta.With the excess use of energy from non-renewable sources, it is crucial that new energy generation solutions are adopted to make up for this excess. In this sense, the integration of renewable energy sources in high-rise buildings reduces the need for energy from the national electricity grid to maximize the self-sustainability of common services (lighting, elevators, air conditioning, etc.). Combined with the generation of energy from renewable sources in wind farms, where the largest production of wind energy is currently concentrated, there is also a solution that involves making consumers producers, a concept called “prosumer”. Recent studies point to low efficiency of the integration of wind turbines in the urban environment, both in terms of energy production and in terms of economics, resulting in a loss of confidence on the part of users. The unfavourable characteristics of wind flow in the urban environment, especially the low speed values and the existing turbulence, directly influence the energy production and the useful life of the turbines. In this sense, this dissertation focuses on assessing the wind potential in a high-rise building, in this case, a hotel, through computer simulations of dynamic fluids, which identified two possible scenarios, quantifying the potential for wind energy production by small wind turbines at the installation site through meteorological data and topographic characteristics for the mentioned scenarios, and, finally, to design a computational model to optimize the production of wind energy for a self-consumption system, in order to minimize the total cost of energy purchased from the medium voltage distributor, maximizing the return on investment. Thus, by minimizing the total cost for the implementation of the self-consumption system by the optimization model, it was possible to know the best solution for the case study. The optimal solution to the problem informs us that the best choice is a horizontal axis turbine with a set of 12,4 kW batteries for the roof of the building for an investment amortization period of about 7 years, ensuring savings for the system's useful life of 76.324,15 € and a 36% reduction in peak consumption during “full” hours and around 42% for “rush” hours.2021-05-24T10:00:03Z2021-03-17T00:00:00Z2021-03-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10348/10418porOliveira, Carlos José Seabra Costainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-02T12:56:46Zoai:repositorio.utad.pt:10348/10418Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T02:06:28.813758Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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