Atualmente, um dos grandes desafios deste século consiste na transição para um futuro de energia elétrica sustentável proveniente de fontes endógenas renováveis. Essa sustentabilidade, exigirá mudanças não apenas no modo como a energia elétrica é produzida e distribuída, mas também no modo como é usada. Como resultado o setor de energia elétrica tem vindo a sofrer profundas transformações. Em particular, o regime Português de auto consumidor permitiu que os clientes da rede elétrica de média e de baixa tensão podem ser produtores/consumidores de energia elétrica, contribuindo de forma ativa para uma maior eficiência energética. É neste contexto, onde se aposta na diversificação e na produção de energia através de fontes endógenas renováveis e numa maior participação do produtor/consumidor, que a complementaridade dos recursos renováveis (sistemas híbridos de energia elétrica) vai desempenhar um papel fundamental. Assim, o trabalho apresentado nesta tese refere-se a um estudo de investigação sobre vários temas relacionados com os sistemas híbridos de energia elétrica com capacidade de armazenamento. Em concreto, na tecnologia de produção de energia fotovoltaica (mais utilizada pelos produtores/ consumidores) foram desenvolvidas técnicas de modelação de confiança que permitam prever com rigor a produção de energia elétrica. Além disso, por forma maximizar a produção de energia, em todo o instante de tempo, foram desenvolvidas e testadas diversas técnicas de procura do ponto de máxima de potência com base em algoritmos de otimização. Outra questão de grande interesse num futuro próximo é a inclusão de sistemas de armazenamento de energia que possibilitem ao produtor/consumidor o controlo das suas instalações, de forma a gerirem os seus recursos e consumos consoante as suas próprias estratégias de atuação. Nesse sentido, foi desenvolvido um sistema capaz de monitorizar um sistema de armazenamento de potência infinita (teoricamente) e proposto um método de carregamento que possui a capacidade de se adaptar às condições das células. Por outro lado, para permitir que os produtores/consumidores retirem benefícios do seu sistema de produção com armazenamento, foi desenvolvida uma ferramenta computacional permitindo avaliar diferentes arquiteturas e tecnologias de produção/armazenamento de um sistema híbrido de energia elétrica. Além disso, é proposta uma estratégia de operação diária para um sistema híbrido de energia interligado com a rede elétrica com base na previsão dos preços de energia elétrica.

The increasing integration of electricity generated from renewable sources in the national electricity generating systems are posing new challenges to these systems management. In particular, in off-peak hours, the system management must ensure a suitable destination to any exceeding electricity created. One solution to deal with this problem is to export. Portugal has belonged to the leading group of countries where renewable sources grew most. Therefore its being studied for this country, the relationship between wind power electricity and the electricity exports for the period July 2007 to 2012, on a daily basis. Given the strong endogeneity between wind sources, exports, and the electricity generated in the ordinary regime, the methodology Vector Autoregressive (VAR) is used. This option also allows to evaluate the nature of the relationships without the prior need to distinguish endogenous from exogenous variables. The results show that causalities exist between the variables, that is, they interact with each other. In addition, there is a bidirectional causal relationship between consumption and production of wind energy and between the proxy electricity export and consumption. This study shows that there is endogeneity between variables and a positive correlation between exports electricity and wind energy production in Portugal. These results will help policy makers to take balanced positions within the power system.

Com a presente dissertação de mestrado em Engenharia Electromecânica pretende-se contribuir para o desenvolvimento e investigação em geradores lineares de relutância variável com aplicação na conversão de energia das ondas do oceano. O gerador linear de relutância variável em questão é de topologia tubular e destina-se a um sistema de absorção pontual com corpo flutuante. Nesta dissertação é feito, inicialmente, o enquadramento do caso Português relativamente à conversão de energia das ondas determinando as zonas da costa Portuguesa mais apropriadas para aplicação da tecnologia em questão. Posteriormente, é feita uma leve abordagem às teorias elementares que regem a hidrodinâmica das ondas e a sua conversão com a finalidade de avaliar o seu potencial energético para ser convertido. São enunciados os princípios de conversão electromagnética da máquina de relutância variável comutada e o seu funcionamento em modo gerador. De seguida é descrita a metodologia de cálculo analítico para o dimensionamento do gerador linear de relutância variável comutado de topologia tubular. É feita uma análise estatística a um conjunto de observações referentes à altura e período das ondas em sete zonas da costa Portuguesa com a finalidade de avaliar o seu potencial energético. Para estes parâmetros, são determinados os valores com maior probabilidade de ocorrência, os quais condicionarão a estrutura do gerador. De seguida é determinada a potência disponível nas ondas para conversão e, de acordo com esta, é dimensionado o gerador para operar de acordo com as ondas de uma localização. Por fim, conhecidas as dimensões da máquina, é feita uma análise numérica através de um software que utiliza o método de elementos finitos. Nesta análise são avaliadas, estaticamente, as características electromagnéticas do gerador para diferentes posições relativas assim como as zonas mais susceptíveis à saturação. È também determinada variação das forças e conteúdos energéticos para diferentes parâmetros geométricos do gerador.

A implementação de um mercado eléctrico liberalizado e a crescente integração de energia eólica na rede eléctrica, particularmente em Portugal, induzem novos desafios associados à crescente competitividade no sector eléctrico entre empresas produtoras e à elevada volatilidade e intermitência inerentes ao vento. Assim, torna-se indispensável para os agentes de mercado a existência de ferramentas computacionais mais eficientes que permitam obter previsões fiáveis e rigorosas dos preços da energia eléctrica e da potência eólica. Estas previsões possibilitam desenvolver melhores estratégias de oferta no mercado, maximizando o lucro, e optimizando a exploração dos recursos energéticos de origem eólica. Esta dissertação apresenta uma nova metodologia híbrida para a previsão dos preços da energia eléctrica e da potência eólica em Portugal, considerando o horizonte temporal de curto prazo, isto é, de um dia a uma semana. Esta nova metodologia baseia-se na combinação eficaz de sistemas neuro-difusos, programação evolucionária e optimização por enxame de partículas, sendo aplicada em casos de estudo reais. Os resultados obtidos são posteriormente comparados com resultados já publicados em revistas internacionais de referência, permitindo validar a proficiência da nova metodologia proposta.

No presente trabalho de Doutoramento procura-se contribuir para a investigação e desenvolvimento de geradores lineares de relutância variável comutados de topologia tubular com aplicação em sistemas de absorção pontual para a conversão de energia das ondas. É feito o enquadramento de Portugal na exploração do recurso energético das ondas e é apresentada a teoria linear, que permite a descrição do comportamento hidrodinâmico de uma onda regular. São apresentados os métodos estatísticos para a análise de mares irregulares. Os métodos referidos são posteriormente aplicados a um conjunto de observações de estados marítimos para a caracterização energética de quatro locais na costa Portuguesa. É descrito o funcionamento do dispositivo de absorção pontual, é definido o modelo matemático que rege o seu comportamento e são apresentadas as expressões analíticas que permitem o dimensionamento dos elementos mecânicos considerados no presente estudo. São identificados os vários tipos de configurações estruturais adoptados em máquinas lineares de relutância variável e mencionados os conversores electrónicos de potência típicos para o seu controlo. É feita a descrição dos princípios de conversão energética de máquinas lineares de relutância variável e são indicados os materiais normalmente adoptados para a sua construção. Para o gerador linear pretendido, são propostos quatro modelos estruturais de topologia tubular como possíveis opções. Cada modelo é caracterizado por três fases eléctricas e apresenta duas configurações distintas, em função da localização dos enrolamentos de fase. É proposta uma metodologia de projecto para cada modelo estrutural que tem por base a aplicação de métodos de optimização no dimensionamento de um gerador com capacidade de desenvolver uma dada força axial. Duas versões de projecto são consideradas. O projecto analítico, que envolve a solução de expressões analíticas para caracterização electromagnética de cada gerador e o projecto numérico, que utiliza o método de elementos finitos, por intermédio de um software comercial, para avaliar as grandezas electromagnéticas de cada modelo estrutural. É formulado o modelo matemático do gerador linear em estudo e é descrita a estratégia de controlo adoptada para o seu funcionamento em dispositivos de absorção pontual. O controlo por histerese é adaptado às condições de geração variável impostas pelas ondas com o objectivo de melhorar o desempenho de conversão do dispositivo de absorção pontual. O método do Enxame de Partículas e o método do Complexo de Box são propostos para a realização dos processos de optimização necessários ao projecto e análise do sistema de geração considerado neste trabalho. É feita a formulação dos problemas a optimizar e são expostos os algoritmos referentes a cada método. Com base nos resultados fornecidos pela análise estatística aplicada às condições marítimas de quatro locais da costa Portuguesa, são estabelecidos dois casos de estudo para o dimensionamento e análise do sistema de conversão. O Caso 1 é relativo às condições marítimas com maior probabilidade de ocorrência e o Caso 2 ao estado marítimo com maior densidade de energia. Dos quatro locais avaliados é seleccionado o local mais apropriado para a instalação do dispositivo de absorção pontual. De acordo com as condições marítimas deste local são dimensionados oito geradores para cada caso de estudo. O gerador com maior capacidade de geração eléctrica é eleito, para cada caso, como unidade de extracção de potência do dispositivo de absorção pontual. O sistema conversor de energia das ondas é avaliado para situações de carga imposta por uma onda regular. São calculadas as forças hidrodinâmicas exercidas no sistema e são determinados os parâmetros óptimos de controlo para diferentes cenários de operação. Em cada caso de estudo, é avaliado o desempenho do sistema com a estratégia de controlo proposta. Todo o processo de cálculo computacional é implementado em linguagem própria do software Matlab®. As forças hidrodinâmicas são calculadas pelo software Nemoh e a análise de elementos finitos é executada com o software MagNet®.

O cenário actual das energias origem fósseis provou ser insustentável. A preocupação constante com o nosso planeta, o aumento constante do preço petróleo, assim como de outras fontes de energias poluentes, faz com que as energias renováveis sejam a solução mais vantajosa e rentável. Tendo em vista a procura insistente por soluções que salvaguardem o nosso planeta, é cada vez mais importante explorar os meios e matérias-primas existentes de maneira a retirar maior partido daquilo que a Terra nos oferece. O tema desta dissertação incide sobre as Energias Renováveis em Portugal, o início da exploração das mesmas, as vantagens e desvantagens económicas e ambientais e uma breve abordagem sobre as explorações futuras. Durante a elaboração desta dissertação foram feitas pesquisas em livros específicos, revistas, em sites específicos sobre o tema. Apesar de ser um assunto bastante abordado nos dias de hoje, ainda existe alguma dificuldade em encontrar dados específicos, quer qualitativos quer quantitativos, para conseguir prever um cenário seguro para o futuro das Energias Renováveis em Portugal. Visto que em Portugal a exploração de recursos energéticos a partir de fontes de energia naturais, ainda se trata de um campo com muito por explorar, principalmente por dificuldades económicas e falta de verbas para grandes investimentos. Pretende-se com esta dissertação dar um contributo, através de pesquisas, analisar e apresentar uma visão sobre as Energias em Portugal, tendo em conta o estado das mesmas na Europa e no resto do Mundo.

As fontes de energia renováveis têm cada vez mais lugar no mercado energético mundial, muito devido a escassez dos combustíveis fosseis mas também devido ao aumento da consciência pela preservação do meio em que vivemos mas também pelo desenvolvimento sustentável. Contribuindo muito para isso os sistemas fotovoltaicos. Em Portugal o programa Renováveis na Hora criado pelo Decreto de lei 363/2007, veio dar vida ao mercado de microprodutores de energias renováveis. A presente dissertação aborda a avaliação e comparação de 16 sistemas fotovoltaicos conectados a rede ao abrigo do programa Renováveis na Hora. Neste trabalho é também comparada a produção real dos sistemas com as simulações realizadas através de vários programas de simulação de produção.

Esta tese incide sobre a previsão e a exploração de curto prazo em sistemas electroprodutores hídricos e eólicos. O objectivo é uma contribuição no âmbito quer das metodologias de previsão quer das estratégias de oferta em mercado de electricidade, considerando incerteza e risco. Novas metodologias de optimização são propostas para captar as consequências associadas ao comportamento do mercado de electricidade. A previsão da potência eólica e dos preços da energia eléctrica têm que contemplar exigências quer de informação limitada quer de viabilidade no que respeita aos recursos computacionais. Metodologias hibridas que combinam a WT, o PSO e o ANFIS vão ao encontro de soluções que originam estratégias económicas mais favoráveis para as empresas produtoras, contribuindo para contemplar as exigências anteriores. Estas metodologias auxiliam a optimização da exploração tendo em consideração o carácter estocástico das variáveis envolvidas no problema. O desenvolvimento de metodologias estocásticas possibilita mitigar a incerteza pela consideração de cenários que permitem à empresa produtora uma exploração de forma viável e fiável em ambiente competitivo, acedendo com níveis superiores de racionalidade às estratégias de licitações no mercado, que consideram a ponderação de risco na tomada de decisões. Para comprovar a proficiência das metodologias desenvolvidas são utilizados casos de estudo a onde, através dos resultados obtidos, é possível concluir sobre o seu desempenho favorável

Com a atual mudança de cenário regulatório e econômico, assim como a flexibilização do sistema elétrico e ainda a necessidade de proteger cargas contra perturbações na rede está sendo impulsionado o desenvolvimento de sistema com base em novas tecnologias, como a geração distribuída (GD). O presente estudo apresenta a análise dos impactos no perfil de tensão e perdas quando se insere uma nova fonte de Geração Distribuída (GD) no sistema. Para isto, considerou-se um sistema teste no noroeste do estado do Rio Grande do Sul de 80 barras, e alguns cenários de inserção de fontes de Micro e Mini Geração Distribuída. Modelou-se o sistema no software ATP Draw, e a partir dos dados obtidos do sistema radial, escolheram-se cenários distintos para inserir geradores distribuídos e analisar o perfil de tensão e as perdas no sistema. Com os resultados obtidos, o trabalho foi capaz de demonstrar a importância do local ótimo para a diminuição dos impactos, e espera-se de trabalhos futuros analisarem técnicas heurísticas e determinísticas para a alocação ótima de GD.