När konsekvenserna för miljön av att använda förbränningsmotorer blir allt mer påtagliga ökar behovet av alternativ för transport av människor och varor. Elfordon säljs i större utsträckning än någonsin förr. Men batterierna i elfordonen är även de en belastning på miljön när de produceras. Om batterierna skulle användas ytterligare efter att de inte längre går att använda i fordon skulle den relativa miljöpåverkan från produktionen minskas och det blir lättare att kompensera för den påverkan som redan skett för varje batteri. För att uppnå detta behöver batteriernas karakteristik undersökas. Degraderingen behöver fastställas för att beräkna hur mycket energi de kan cykla under sitt liv. Hur denna energi kan nyttjas effektivt och meningsfullt i ett modernt elnät är även det av vikt. Vad händer sedan vid slutet av batteriernas liv? Återvinning är ett viktigt steg i processen för att minimera klimatförändringar istället för att lämna batterierna på deponi. Resultaten visar att mängden cykler ett batteri klarar ner till en viss kapacitetsnivå beror kraftigt på arbetstemperatur, urladdningsdjup, C-förhålland och batterityp. Hybricons batterier av LTO-typ uppskattas klara som mest 11 459 cykler vid 10 % urladdningsdjup och 2 490 cykler vid 50 % urladdningsdjup. Användningsområden i den här rapporten där batterilager förväntas kunna användas effektivt är som kortslutningsförstärkning och begränsning av spänningshöjningar hos kunder med hög förimpedans i landsbygdsnät samt som UPS:er till telekommunikation. Kostnader för dessa applikationer uppskattas att kosta mellan ca 1700 kr/kWh och 7600 kr/kWh beroende på konstruktion och andrahandspris på batterierna. Det värde ett batteri uppskattas ha i den här rapporten är den mängd energi det kan lagra under sitt liv, vilket varierar beroende på de faktorer som nämnts tidigare och gör att varje enskilt fall behöver analyseras. Slutsatsen blir att det finns förutsättningar som gör det möjligt att effektivt och ekonomiskt fördelaktigt använda batterier i elnätet, särskilt då utvecklingstrenden visar att utrustningen ständigt blir billigare och tekniken bättre. Dock behöver fler analyser utföras, främst på åldringen i batteriernas andra liv. / As the consequences for the environment of using internal combustion engines are becoming increasingly apparent, the need for alternatives for the transport of people and goods increases. Electric vehicles are sold to a greater extent than ever before. But the batteries in electric vehicles are also a burden on the environment when they are produced. If the batteries were to be used further after they could no longer be used in cars, the relative environmental impact of the production would be reduced and it would be easier to compensate for the impact already made by each battery. To achieve this, the characteristics of the batteries need to be investigated. The degradation needs to be determined to calculate how much energy they can cycle during their life. How this energy can be used efficiently and in a meaningful way in a modern grid is also important. What then happens at the end of battery life? Recycling is an important step in the process to minimize climate change instead of leaving the batteries in landfill. The results show that the amount of cycles a battery can handle down to a certain capacity level depends heavily on operating temperature, discharge depth, C-ratio and battery type. Hybricons batteries of LTO-type is estimated to sustain for 11 459 cycles at 10 % depth of discharge och 2 490 cycles at 50 % depth of discharge. Applications in this report, where battery storage is expected to be used efficiently, is short-circuit amplification and limitation of voltage hikes at customers with high impedance in rural networks as well as UPSs to telecommunications. Costs for these applications is estimated to cost between circa 170 USD/kWh och 760 USD/kWh depending on construction type and second hand price of the batteries. The value of a battery is estimated in this report is the amount of energy it can store during its life, which varies depending on the factors mentioned earlier and necessitates analysis of each case. The conclusion is that there are conditions that make it possible to efficiently and with economical gain use batteries in the grid, especially as the trend shows that the equipment is constantly getting cheaper and the technology is getting better. Although more analysis is required, foremost on the aging of the batteries second life.

O objetivo deste trabalho é o estudo de métodos multigrid para a solução de equações elípticas na esfera, discretizadas em malhas esféricas geodésicas icosaédricas. Malhas esféricas geradas a partir de sólidos platônicos receberam crescente atenção ao longo da última década, por serem razoavelmente uniformes e não apresentarem concentração de pontos em torno dos pólos como as tradicionais malhas latitude-longitude. Em especial, as malhas geodésicas icosaédricas (geradas a partir de um icosaedro inscrito na esfera com suas faces projetadas na superfície) têm sido adotadas no desenvolvimento de diversos modelos atmosféricos. Nestes é comum a necessidade de resolução de equações do tipo Poisson como parte do método de integração, motivando o nosso trabalho. Adotamos uma discretização do operador de Laplace baseada em volumes finitos. Para tal escrevemos o laplaciano como o divergente do gradiente. O divergente é discretizado com base nos fluxos nos pontos médios das arestas das células computacionais (com o auxílio do teorema da divergência de Gauss) e no uso de diferenças centradas para aproximar as derivadas nesses pontos médios. Validamos a discretização para o operador de Laplace resolvendo uma equação de Poisson através dos métodos iterativos de Jacobi e Gauss-Seidel. Estes sabidamente não são eficientes computacionalmente, devido ao grande e crescente número de iterações necessárias para atingir a convergência ao refinar a malha. Uma alternativa muito eficiente para a resolução de equações elípticas é a métodologia multigrid. Investigamos alguns métodos multigrid propostos na literatura para a solução destas equações na malha esférica geodésica icosaédrica. A partir desse estudo, utilizando também como referência a Análise Local de Fourier para a equação de Poisson em malhas hexagonais uniformes, como uma aproximação para malhas geodésicas icosaédricas, escolhemos um algoritmo multigrid para implementação. Testamos algumas opções para as componentes do esquema multigrid. Obtivemos taxas de convergência muito boas com V(1,1) ciclos com relaxação por Gauss-Seidel, restrição full weighting e interpolação linear. / This work is dedicated to the numerical solution of elliptic equations on the sphere, discretized on geodesic icosahedral grids. Spherical meshes generated from projections of platonic solids received considerable attention in the last decade, once they are almost isotropic and do not present a concentration of grid points around the poles, as traditional latitude-longitude grids. In particular, the geodesic icosahedral spherical grids have been adopted in the development of several atmospheric models. In these models, the necessity to solve Poisson type equations is very common, providing a motivation for our present work. We have employed a discretization of the Laplace operator based on finite volumes. We write the Laplacian as the divergent of the gradient operator and use Gauss theorem to derive the discretization of the operator. We integrate the fluxes along the cell borders and approximate them through finite-differences. We first validated the discretization solving Poisson\'s equation with a simple (and very innefficient) Jacobi-Relaxation and Gauss-Seidel. We then investigated the use of multigrid type schemes for the solution of this equation. We have analysed some schemes proposed in the literature, also using an idealized Local Fourier Analysis on hexagonal (planar) grids to estimate the behaviour of the schemes on the icosaedral grids. We have implemented and tested a multigrid method, comparing the performance with different relaxation schemes and transfer operators. We have obtained a very efficient method employing V(1,1) cycles with Gauss-Seidel relaxation, and full-weighting and linear interpolation as transfer-operators.

In this study, it was investigated how individual households could manage security of supply during an outage by installing a local energy system that could operate independently from the electricity grid. By installing local renewable off-grid energy systems, households could guarantee an uninterrupted supply of energy even during an outage on the electricity grid, while also increasing their energy autonomy during normal circumstances. The results showed that managing an outage during summer was fairly easy. Due to high electricity production, a small energy storage was enough to manage an outage during summer. However, managing an outage during winter was more critical. During winter, the systems needed to be almost fully reliant on the energy storage. This significantly increased the cost of these systems. Due to the high cost for the energy systems today, it was not considered a feasible solution to improve energy security at a national level. However, at a local level, this was considered to have the potential to improve energy security. First, it could to be of interest for people who already have installed solar panels, who could add a battery and thereby be able to manage an outage during summer. Second, it could be of interest for people who are more exposed to outages or have a low trust in the system to work properly. Lastly, this could be of interest for actors for whom backup energy is important, for instance for the industry.

Voltage is one of the most important parameters for electrical power networks. The Distribution Network Operators (DNOs) have the responsibility to maintain the voltage supplied to consumers within statutory limits. On-Load Tap Changer (OLTC) transformer equipped with Automatic Voltage Control (AVC) relay is the most widely used and effective voltage control device. Due to a variety of advantages of adding Distributed Generation (DG), more and more distributed resources are connected to local distribution networks to solve constraints of networks, reduce the losses from power supply station to consumers. When DG is connected, the direction of power flow can be reversed when the DG output power exceeds the local load. This means that the bidirectional power flow can either be from power grid towards loads, or vice versa. The connection point of DG may suffer overvoltage when the DG is producing a large amount of apparent power. The intermittent nature of renewable energy resources which are most frequently used in DG technology results in uncertainty of distribution network operation. Overall, conventional OLTC voltage control methods need to be changed when DG is connected to distribution networks. The required voltage control needs to address challenges outlined above and new control method need to be formulated to reduce the limitations of DG output restricted by current operational policies by DNOs. The thesis presents an analysis of voltage control using OLTC transformer with DG in distribution networks. The thesis reviews conventional OLTC voltage control schemes and existing policies of DNOs in the UK. An overview of DG technologies is also presented with their operation characteristics based on power output. The impact of DG on OLTC voltage control schemes in distribution networks is simulated and discussed. The effects of different X/R ratio of overhead line and underground cable are also considered. These impacts need to be critically assessed before any new method implementation. The thesis also introduces the new concepts of Smart Grid and Smart Meter in terms of the transition from passive to active distribution networks. The role of Smart Meter and an overview of communication technologies that could be used for voltage control are investigated. The thesis analyses the high latency of an example solution of which cost and availability are considered to demonstrate the real-time voltage control using Smart Metering with existing communication infrastructures cannot be achieved cost-effectively. The thesis provides an advanced compensation-based OLTC voltage control algorithm using Automatic Compensation Voltage Control (ACVC) technique to improve the voltage control performance with DG penetration without communication. The proposed algorithm is simulated under varying load and DG conditions based on Simulink MATLAB to show the robustness of the proposed method. A generic 11kV network in the UK is modelled to evaluate the correct control performance of the advanced voltage control algorithm while increasing the DG capacity.

Este trabalho apresenta a avaliação dos impactos elétricos da inserção da geração distribuída de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição em baixa tensão, com a finalidade de identificar os impactos e demonstrar que estes podem ser controlados. O estudo consistiu de uma avaliação teórica e de um estudo de caso da inserção da geração fotovoltaica considerando aspectos da qualidade de energia da rede, curva de carga resultante, vida útil de transformadores e gestão ativa da demanda. Os resultados mostraram que a inserção da geração fotovoltaica na rede de baixa tensão altera a curva de carga da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela gestão ativa da demanda utilizando armazenamento de energia. Os resultados também mostraram que a geração fotovoltaica também afeta a tensão e o fator de potência da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela produção de potência reativa pelo inversor. Além disso, verificou- se que a geração fotovoltaica não afetou a distorção harmônica de tensão da rede e que aumentou a vida útil do transformador. / This work presents the evaluation of grid connected photovoltaic systems\' impact on low voltage electrical grid, in order to identify the impacts and demonstrate that it can be controlled. The study consisted of a theoretical evaluation and of a case study of photovoltaic generation inclusion considering aspects of grid power quality, resulting load curve, lifespan of transformers and demand side management. The results showed that the inclusion of photovoltaic generation in low voltage network changes the load curve of the consumer unit, but these changes can be controlled by demand side management using energy storage. The results also showed that the photovoltaic generation also affects the voltage and the power factor of the consumer unit, but these changes can be controlled by the production of reactive power by the inverter. Furthermore, it was found that the photovoltaic generation does not affect the voltage harmonic distortion of the mains and it increases the lifespan of the transformer.

Um regime ou fluxo turbulento pode ser definido simplificadamente como uma forma de escoamento no qual o movimento de um fluido ocorre de forma aparentemente aleatória. A natureza caótica desse tipo de regime não possibilita que o problema seja abordado de modo determinístico, consequentemente, não pode ser descrito através de expressões analíticas para descrever seu campo de velocidades. Apesar de ser impossível estudar o movimento de cada partícula, pode-se visualizar o problema de forma macroscópica. Utilizando-se de simplificações e generalizações pode-se fazer uso de estudos numéricos em uma tentativa de encontrar uma face determinística do fenômeno, como por exemplo, verificação da isotropia e homogeneidade. A turbulência com estas características é um regime em que as componentes da velocidade no espaço e as velocidades em diferentes pontos do escoamento apresentam parâmetros estatísticos semelhantes. Tais condições não existem na prática, mas pode-se construir equipamentos que produzem escoamentos que se aproximam desta condição. Este trabalho consistiu na verificação das condições de turbulência isotrópica e homogênea em um tanque de grade oscilante. Foi utilizado o método de trilhagem de partículas por fotografia estereoscópica, PIV (particle imaging velocimeter), para observar e quantificar a turbulência gerada. Observou-se a turbulência gerada por 8 velocidades diferentes de oscilação da grade. Os resultados mostraram que o tanque em estudo aproximou-se de condições homogêneas, porém sua isotropia não pôde ser afirmada. O tanque com grade oscilante foi eficiente na geração de turbulência, reproduzindo o fenômeno real e colaborando para o seu estudo. Também foi realizado uma análise sobre a eficácia do método de velocimetria com o uso de PIV, que mostrou ser adequado para a observação de campos de velocidades de um escoamento, com limitações quanto à região periférica da área alvo. / Turbulence or turbulent flow can be defined in a simplified way as a flow with random moviment. The chaotic behavior of this regime does not allow a deterministic approach, therefore, it can not be described by analytical formulas for the velocity field. Although it is impossible to study the movement of each particle, the problem can be studied in a macroscopic way. Simplifications and generalizations can be used in numerical studies in an attempt to find a deterministic view of the phenomenon, for example, checking the isotropy and homogeneity. The turbulence with these characteristics is a regime in which the components of velocity in space and velocity at different points of the flow have similar statistical parameters. Such conditions do not exist in practice, but equipment can be built in order to produces flow approaching the condition. This work consisted of verify the conditions of homogeneous isotropic turbulence in a tank with oscillating grid. It was used the method of particule tracking by stereoscopic photography, PIV (particle imaging velocimetry), to observe and quantifying the generated turbulence. It was observed turbulence generated by 8 different speeds of oscillation of the grid. The results showed that the tank approached homogeneous conditions, but its isotropy can not be affirmed. The tank with an oscillating grid was efficient in the generation of turbulence, reproducing a real phenomenon and contribute to its study. Analysis was also conducted on the effectiveness of velocimetry method using PIV, shown to be suitable for observation of a flow velocity field with limitations on the peripheral region of the target area.

Nos últimos anos, inovações e desenvolvimentos importantes ocorreram na engenharia estrutural. Apesar disso, a maioria dos avanços não considera a natureza aleatória das variáveis. Partindo-se dessas idéias, apresenta-se uma contribuição na análise da segurança e confiabilidade em pavimentos de edifícios, introduzindo-se conceitos probabilísticos e estatísticos aplicados dentro de um modelo de comportamento não-linear para o concreto armado (Ghali & Favre). A resistência à compressão do concreto e os deslocamentos nas vigas e nos pavimentos são considerados como variáveis aleatórias, seguindo uma distribuição de probabilidade conhecida. O objetivo é relacionar valores da resistência característica à compressão do concreto (fck) e do módulo de elasticidade do material com determinados níveis de confiabilidade, expressos pelo índice &#946 e pela probabilidade de falha da função de estado limite escolhida. Objetiva-se analisar o comportamento das variáveis básicas e a interação entre elas, procurando avaliar, quantitativamente, a margem de segurança obtida com a aplicação de critérios de projeto da NB-1 e do EUROCODE. Pretende-se ainda fazer algumas considerações sobre a necessidade de se estudar a formulação de um coeficiente de minoração da resistência do concreto &#947c como função das variáveis básicas dos modelos empregados e de suas distribuições de probabilidade. / In the last years, important developments and innovations took place in the structural engineering context. In spite of that, most of that progress does not consider the random nature of the involved variables. Based on these aspects, a contribution to the safety and reliability analyses for building floors is presented. It is also introduced probabilistic and statistic concepts, applied to a well-known non-linear models for the reinforced concrete elements (Ghali & Favre). The concrete compression strength, as well as beam and floor displacements are assumed random variables, following a known probability distribution. The aim of the work is to relate the concrete characteristic strength in compression (fck) and the Young\'s modulus with certain levels of reliability, expressed by the &#946 index and by the failure probability of the limit state function. The behaviour of the basic variables and their interactions are analysed in order to evaluate the safety reached by applying NB-1 (Brazilian code for reinforced concrete structures) and EUROCODE design recommendations. Moreover, some comments are made on the future studies required to achieve a single reduction coefficient &#947c for the concrete strength, which may be given in terms of the basic variables of material models and their probability distributions.

A computação em nuvem tem recebido um grande destaque, ao propor um novo e eficiente mecanismo para disponibilizar recursos computacionais. Dos investimentos cada vez maiores nessa plataforma, inclusive pela academia, surge a oportunidade de compartilhar estes recursos computacionais entre diferentes instituições. As grades computacionais são um mecanismo bem estabelecido para o compartilhamento de alguns tipos de recursos computacionais. Através do entendimento de como isso é feito nestas estruturas, esse trabalho avalia as soluções existentes e propõe um arquitetura alternativa que permite a criação das federações de nuvens computacionais. / Cloud computing is a new model to provide computing resources. The growing interest and investments on this platform creates an opportunity to share this resources across different institutions. The grid computing is the standard way of achieving this. Using grid as reference, this work survey current technologies and present an alternative design to allow the development of academic cloud computing federations.

Esta tese de doutorado apresenta investigações, modelos e implementações de um middleware para grades computacionais denominado Grid Anywhere. Essa plataforma tem como objetivo viabilizar a construção de grades computacionais que permitam um maior número de provedores e consumidores de recursos. Para isso, são apresentadas soluções para gerenciamento de segurança, carregamento de aplicações, hospedagem de objetos, execução remota de métodos, desenvolvimento de aplicações e transporte alternativo de mensagens SOAP (utilizando o sistema de televisão digital interativa e encapsulando uma mensagem SOAP dentro de outro documento desse mesmo protocolo). Como aplicações da plataforma foram criadas duas grades computacionais com arquiteturas distintas. A primeira permite que um ambiente de compartilhamento de recursos possa ser utilizado como infraestrutura para prover plataforma como serviço (PaaS) para usuários convencionais (domésticos ou corporativos) em um ambiente de computação em nuvem. A outra arquitetura tem como foco o fortalecimento de grades computacionais desktop por meio da utilização de receptores digitais de TV (set-top box) como provedores de recursos onde a distribuição de objetos e as mensagens SOAP ocorrem por difusão. Os modelos foram validados por meio de testes reais feitos utilizando as respectivas implementações, o que demonstrou que são funcionais. Tais implementações disponibilizam produtos que cooperam com a inovação do desenvolvimento de aplicações para grades computacionais e também para outras categorias de sistemas distribuídos / This PhD thesis presents investigations, models and implementations of a computational grid middleware named Grid Anywhere. This platform aims at allowing the build of computational grid systems, which enable the increase of the number of participants as consumers and resource providers. In order to do this, new solutions are presented to manage security policies, load applications, host objects, execute remote methods, develop application and alternative transport of SOAP messages in a flexible way (using the interactive digital television system and inserting one SOAP message inside another document of this same protocol). As applications of this middleware, two different architectures of computational grids were created. The first one enables an environment to share resources that are used as infrastructure to provide platform as a service (PaaS) in a cloud computing system. The goal of the second architecture is to increase the computational power of desktop computational grid systems using digital television receivers (set-top box) as resource providers, where the distribution of objects and SOAP messages occurs via broadcasting. The models were validated by means of real tests using the respective implementations, which showed that the platform is functional. Such implementations provide software products that help the innovation and development of computational grid applications and also others types of distributed systems

O termo grade computacional faz referência a uma classe de sistemas distribuídos que permitem a associação e a integração de múltiplos domínios em organizações virtuais. Um serviço de controle de acesso coerente a sistemas com estas características deve ser flexível para integrar múltiplas políticas, permitindo que administradores, sítios e usuários determinem as regras e os mecanismos para proteger seus recursos. Esta tese apresenta o GridMultiPolicy, um sistema flexível para o gerenciamento e a integração de múltiplas políticas e mecanismos para a efetivação de controle de acesso em ambientes de grade computacional. Adicionalmente, foram desenvolvidas políticas para demonstrar a capacidade do sistema proposto em oferecer respostas às necessidades presentes em cenários de uso de uma grade computacional. O impacto da utilização do GridMultiPolicy e das políticas desenvolvidas foi avaliado por meio de testes de desempenho. Palavras-chave: Grade computacional. Grades. Sistemas distribuídos. Políticas de segurança em organizações virtuais. GridMultiPolicy. / The term computational grid refers to a class of distributed systems that allows for the association and integration of multiple independent domains in virtual organizations. A coherent access control services in such a system should be flexible to integrate multiple polices so as to permit administrators, sites, and users to determine roles and mechanisms to protect their resources. This thesis introduces the GridMultiPolicy, a flexible system that manages and integrates multiple policies and mechanisms to enforce access control in grid environments. Additionally, policies have been developed to show how the proposed system is able to offer answers to security needs present in grid use scenarios. The impact of the GridMultiPolicy and the developed policies was evaluated by performance tests. Key-words: Computational grid. Grid. Distribuited system. Virtual organization. Policy and security for virtual organization. GridMultiPolicy.