Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/132871
Author(s): Xavier Tarrio Fernandes
Title: Optimizing O&M plans for flexible hydropower systems
Issue Date: 2020-07-21
Abstract: Nowadays, we consider electricity is guaranteed, and it is inconceivable to imagine a world without it. This electricity can be provided and produced in different energy source types, for instance, renewable and non-renewable energy production plants. Taking into account the unpredictable behavior of our planet, there is an extra political and social pressure to reduce the use of energy that come from non-renewable sources, which place a burden on renewable energy plants, as they must be able to respond to all the needs of the power grid. And this is where the greatest difficulties of clean energies are found. Some of them, depend directly on the climatic state, such as wind (wind), solar (sunlight), and even ondomotriz (waves and tides), failing to respond throughout the year to the demand defined by the power grid. Therefore, energies that are easier to control its production and predict its states have started to be studied with the hope to solve this seasonal problem. Hydropower and biomass energies are the most common energies that fit these requirements. These energies are able to compensate moments that energy demand is higher, however, a problem common to all renewable energies is the speed with which they respond to peaks in energy demand that can not be predicted. And this is where projects like XFLEX come in.      XFLEX is a European project that institutions like universities, research centers, and turbine producing companies are part of, in which one of the main objectives is to combat the delay in the response of renewable energy, more specifically in power plants hydroelectric plants. That being said, the project is divided into 13 workpackages which each has their different targets, but with a common end goal.      This dissertation is part of workpackage 3, in which the aim is the creation of an Intelligent Supervisor of the exchange, whereupon it integrates monitoring, modeling, and control of all the surrounding subsystems to be able to evaluate the best decision to be taken in each situation to increase the plant's productivity, reliability, and flexibility. The objective that was proposed in this dissertation was the development of a health index. This index represents the health status of the entire system to better manage the maintenance policies of the system while having the maximum performance, safety, and with the minimum possible costs.       Therefore, in an initial phase of the dissertation, a reliability study is presented, motivated by the fact that the assets of a plant are subject to numerous factors of degradation. Consequently, the work developed is a model of fault detection and health status assessment. This entire analysis was developed only with access to sensory data.      Finally, an agglomeration and combination algorithm of the various health indexes of the different subsystems was developed, but not tested, in order to achieve the complete health status of the hydroelectric power plant. Optimization algorithms were also used to improve the results obtained so that a health index represents the health status of the system as accurately as possible to assist in maintenance policy decision making.
Description: Nos dias em que vivemos hoje, consideramos a eletricidade como um bem adquirido, e é inconcebível imaginar um mundo sem ela. Eletricidade esta que provem de diversas centrais de produção, centrais de produção de energias renováveis e não-renováveis. Tendo em conta o estado de mudança do nosso planeta, existe uma pressão política e social extra para a redução da utilização de energia proveniente de fontes não-renováveis, colocando um peso acrescido às centrais de energias renováveis, pois estas têm de conseguir responder a todas as necessidades da rede elétrica. E é aqui onde se encontra as maiores dificuldades das energias limpas. Algumas delas, dependem diretamente do estado climatérico sentido no momento, tais como as energias eólicas (vento), solares (Luz Solar) e até mesmo ondomotriz (Ondas e Marés), não conseguindo responder durante todo o ano à exigência definida pela rede elétrica. Assim sendo, energias que seriam mais fáceis de controlar a sua produção e prever estados da mesma começaram a ser estudadas, tal como as energias hídricas e de biomassa. Estas energias conseguem compensar momentos em que a procura energética é mais elevada, ajudando a combater as exigências, no entanto, um problema comum a todas as energias renováveis, é a rapidez com que respondem a picos de procura energética que não conseguem ser previstos. E é aqui que entram projetos como o XFLEX. O XFLEX é um projeto europeu que é constituído por várias instituições desde universidades, centros de investigação a empresas produtoras de turbinas, em que um dos principais objetivos, é o combate ao atraso na reação de resposta das energias renováveis, mais especificamente nas centrais hidroelétricas. Posto isto, o projeto foi dividido em 13 workpackages tendo cada um deles diferentes objetivos, mas com um objetivo final comum. Esta dissertação enquadra-se no workpackage 3, na qual o objetivo é a criação dum Supervisor Inteligente da central, na qual integra uma basta monitorização, modelação e controlo de todos os subsistemas envolventes de forma a conseguir avaliar a melhor decisão a ser tomada em cada situação para aumentar a produtividade, fiabilidade e flexibilidade da central. O objetivo que foi proposto nesta dissertação foi o desenvolvimento dum índice de saúde. Índice este que representa o estado de saúde de todo o sistema com o objetivo de fazer uma melhor gestão das políticas de manutenção do sistema. Tendo sempre este com o máximo rendimento, em segurança e com o mínimo de custos possíveis. Assim sendo, numa fase inicial da dissertação um estudo de fiabilidade é apresentado, motivado pelo facto de que os ativos duma central são sujeitos a inúmeros fatores de degradação. Consequentemente o trabalho desenvolvido foi um modelo de deteção de falhas e de avaliação do estado de saúde do mesmo. Toda esta análise foi desenvolvida apenas com acesso a dados sensoriais. Por fim um algoritmo de aglomeração e combinação dos vários índices de saúde dos diversos subsistemas foi desenvolvido, de forma a conseguir ser percetível o estado de saúde completo da central hidroelétrica. Algoritmos de otimização também foram utilizados para melhorar os resultados obtidos, para que um índice de saúde represente o estado de saúde do sistema o mais preciso possível para auxiliar nas tomadas de decisão das políticas de manutenção.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
DOI: 10.34626/gy7q-5r22
TID identifier: 202595692
URI: https://hdl.handle.net/10216/132871
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
Appears in Collections:FEUP - Dissertação

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