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Resumo(s)
This thesis addresses the optimised management of a Renewable Energy Community (REC) on Culatra Island, Portugal, developed within the Culatra2030 initiative in the context of high renewable energy penetration. The research investigates technical and regulatory pathways to achieve local energy self-sufficiency by 2030, positioning Culatra as a living laboratory where innovative energy-sharing models, advanced monitoring systems, and cooperative governance structures are designed and validated under real operating conditions. The study begins by assessing Portugal’s legislative framework for energy communities, examining its alignment with European Union directives and its capacity to foster citizen participation, energy justice, and economic viability. Different energy-sharing mechanisms are compared, highlighting trade-offs between efficiency and distributive fairness. The study then describes the pathway to establish a REC in Culatra, harnessing the island’s natural resources with early community involvement through participatory diagnosis and a participatory economic model to ensure inclusion and fair benefit distribution. This effort culminated the recognition of the Culatra REC by the Portuguese energy regulator as a national pilot project. Building on this foundation, the thesis develops an optimisation model that integrates a dynamic energy-sharing algorithm, a photovoltaic sizing methodology, and a smart monitoring and control platform with energy management systems and a web application. Results demonstrate that the Culatra REC increases renewable penetration, reduces dependence on energy imports, enhances self-sufficiency without storage, and enables the feasibility of smart charging for local mobility. Beyond the technical dimension, the initiative reinforced social cohesion, preserved cultural identity, and embedded energy justice in practice. These achievements validate the REC model as technically viable and socially transformative, while exposing regulatory barriers to broader replication. The research opens pathways for further development, particularly the creation of a digital twin of Culatra’s smart grid, pointing toward the long-term vision of a digitalised, resilient, fully renewable, and community-led energy system.
O programa Clean Energy for All Europeans coloca os cidadãos no centro da transição energética, abrindo oportunidades de inovação e reforçando estruturas de governação inclusivas. Neste enquadramento, a Ilha da Culatra destaca-se como um exemplo singular de transição de base comunitária, alinhada com os princípios europeus de participação coletiva e gestão descentralizada. Embora, por toda a Europa, as comunidades de energia surjam em formatos diversos, a sua implementação continua condicionada por uma interação complexa de fatores técnicos, legislativos e socioeconómicos. O caso da Culatra ganha relevância particular ao traduzir em prática os princípios das diretivas europeias e ao permitir a análise detalhada da gestão otimizada de uma Comunidade de Energia Renovável (CER). É neste enquadramento que se insere o presente trabalho de doutoramento, desenvolvido num contexto de elevada penetração de fontes renováveis, tendo a Culatra como laboratório vivo colaborativo onde se investigam os caminhos técnicos, regulatórios e sociais que permitem avançar para a autossuficiência energética em territórios insulares vulneráveis. A investigação inicia-se com a análise do enquadramento legislativo português das comunidades de energia, avaliando a sua conformidade com as diretivas europeias e a sua capacidade de promover participação cidadã, justiça energética e viabilidade económica. A legislação em vigor, resultante da transposição dessas diretivas, regula dois modelos convencionais de partilha de energia. O modelo proporcional ao consumo tende a maximizar os índices de autoconsumo e autossuficiência, mas contraria os princípios de justiça distributiva, beneficiando desproporcionalmente os membros com maior consumo. Por outro lado, o modelo de coeficientes fixos assegura uma distribuição proporcional à contribuição de cada membro, mas conduz a menor eficiência global. Esta análise comparativa evidencia os compromissos entre eficiência e equidade e fundamenta a necessidade de soluções inovadoras, abrindo espaço para o desenvolvimento de novos modelos de partilha. O percurso de implementação da CER da Culatra foi estruturado através de uma metodologia que integrou várias etapas: compreender o contexto local e as necessidades da comunidade, avaliar os constrangimentos técnicos e legais, caracterizar o consumo de energia, desenhar e implementar sistemas renováveis, promover a responsabilidade local e desenvolver um modelo de financiamento sustentável. O diagnóstico participativo assegurou que a iniciativa refletisse as prioridades dos residentes e promovesse legitimidade, literacia energética e confiança entre habitantes, autoridades, investigadores e empresas. A investigação demonstrou que alcançar a autossuficiência exige mais do que instalar capacidade renovável, dado que as flutuações sazonais e a pressão adicional do turismo complicam o equilíbrio entre oferta e procura de energia. O sobredimensionamento da capacidade fotovoltaica, sem considerar os desfasamentos entre produção e consumo, conduz a perdas de eficiência. Assim, a conceção coletiva centrada em infraestruturas públicas mostrou-se eficaz para otimizar recursos, promover equidade e reduzir custos, mas também revelou a necessidade de integrar soluções de armazenamento e flexibilidade de carga em fases futuras. O estudo de caso permitiu ainda demonstrar que mesmo pequenas unidades de produção, como as já instaladas na ilha (89 kWp), asseguram 13% da procura anual de energia e 25% do consumo diurno. Paralelamente, foi desenvolvido um modelo económico participativo que reduziu significativamente as barreiras de entrada, permitindo que famílias sem espaço em telhado ou sem capital inicial pudessem aceder à energia renovável. A criação de uma cooperativa local, gerida pelos residentes, garantirá que as poupanças provenientes da produção sejam reinvestidas na própria comunidade. A designação da CER da Culatra como projeto-piloto nacional pela ERSE constituiu um avanço determinante para a transição energética comunitária em Portugal. O piloto desenvolvido neste contexto combina inovação técnica, teste de enquadramento regulatório e envolvimento social, demonstrando a viabilidade de um modelo descentralizado que procura equilibrar eficiência e justiça. A partilha de energia dinâmica, operacionalizada através do algoritmo desenvolvido nesta investigação, assegura uma distribuição equitativa da energia renovável localmente gerada e introduz uma ferramenta flexível, capaz de se adaptar às prioridades em evolução da comunidade. Testado inicialmente no balanço diário, o algoritmo alcançou a mesma eficiência do modelo proporcional ao consumo, ao mesmo tempo que melhorou os resultados de equidade na distribuição da energia entre membros. Estes resultados demonstram o potencial do modelo para apoiar o aperfeiçoamento do quadro regulatório nacional e para servir de referência a outras comunidades em transição energética. A transição da Culatra para uma rede elétrica inteligente exige não apenas o aumento da capacidade renovável, mas também a integração de infraestruturas digitais e de estratégias avançadas de gestão. Neste contexto, foram desenvolvidos a plataforma de monitorização e controlo inteligente, os sistemas individuais de gestão de energia e uma aplicação web, que representam um passo decisivo na digitalização, ao possibilitar monitorização em tempo real, alocação dinâmica e maior envolvimento dos utilizadores. A esta vertente tecnológica soma-se a expansão da capacidade solar, com a integração de duas novas unidades de produção que elevam a geração anual esperada de 159 MWh para cerca de 510 MWh, triplicando a produção, reforçando a autossuficiência e assegurando benefícios sociais e ambientais através da reabilitação de infraestruturas locais. Os resultados obtidos comprovam a eficácia do modelo de implementação progressiva estudado nesta tese. A capacidade inicial de 89 kWp permitiu desenvolver e testar o conceito em condições reais, assegurando que toda a energia produzida fosse consumida localmente, correspondendo a um índice de autoconsumo de 100%, mas com impacto ainda reduzido na diminuição das importações (taxa de autossuficiência de 12,8%). A expansão em curso demonstra que é possível alcançar um equilíbrio robusto entre autoconsumo e autossuficiência sem recurso a armazenamento, atingindo um índice de autoconsumo de 84,5% e uma taxa de autossuficiência de 36,9%. Além disso, o novo dimensionamento reduz a dependência diurna da rede externa, alcançando uma taxa de autossuficiência durante o dia de 71,6%, em consonância com os objetivos da transição energética da Culatra. Por fim, a investigação aponta novos caminhos de desenvolvimento, em particular a criação de um gémeo digital da rede elétrica inteligente da Culatra, que permitirá simular diferentes cenários de partilha de energia, gestão da procura e expansão em condições controladas. Este contributo projeta a visão de longo prazo de um sistema energético digitalizado, renovável e liderado pela comunidade, e constitui uma das principais propostas resultantes deste trabalho de doutoramento.
O programa Clean Energy for All Europeans coloca os cidadãos no centro da transição energética, abrindo oportunidades de inovação e reforçando estruturas de governação inclusivas. Neste enquadramento, a Ilha da Culatra destaca-se como um exemplo singular de transição de base comunitária, alinhada com os princípios europeus de participação coletiva e gestão descentralizada. Embora, por toda a Europa, as comunidades de energia surjam em formatos diversos, a sua implementação continua condicionada por uma interação complexa de fatores técnicos, legislativos e socioeconómicos. O caso da Culatra ganha relevância particular ao traduzir em prática os princípios das diretivas europeias e ao permitir a análise detalhada da gestão otimizada de uma Comunidade de Energia Renovável (CER). É neste enquadramento que se insere o presente trabalho de doutoramento, desenvolvido num contexto de elevada penetração de fontes renováveis, tendo a Culatra como laboratório vivo colaborativo onde se investigam os caminhos técnicos, regulatórios e sociais que permitem avançar para a autossuficiência energética em territórios insulares vulneráveis. A investigação inicia-se com a análise do enquadramento legislativo português das comunidades de energia, avaliando a sua conformidade com as diretivas europeias e a sua capacidade de promover participação cidadã, justiça energética e viabilidade económica. A legislação em vigor, resultante da transposição dessas diretivas, regula dois modelos convencionais de partilha de energia. O modelo proporcional ao consumo tende a maximizar os índices de autoconsumo e autossuficiência, mas contraria os princípios de justiça distributiva, beneficiando desproporcionalmente os membros com maior consumo. Por outro lado, o modelo de coeficientes fixos assegura uma distribuição proporcional à contribuição de cada membro, mas conduz a menor eficiência global. Esta análise comparativa evidencia os compromissos entre eficiência e equidade e fundamenta a necessidade de soluções inovadoras, abrindo espaço para o desenvolvimento de novos modelos de partilha. O percurso de implementação da CER da Culatra foi estruturado através de uma metodologia que integrou várias etapas: compreender o contexto local e as necessidades da comunidade, avaliar os constrangimentos técnicos e legais, caracterizar o consumo de energia, desenhar e implementar sistemas renováveis, promover a responsabilidade local e desenvolver um modelo de financiamento sustentável. O diagnóstico participativo assegurou que a iniciativa refletisse as prioridades dos residentes e promovesse legitimidade, literacia energética e confiança entre habitantes, autoridades, investigadores e empresas. A investigação demonstrou que alcançar a autossuficiência exige mais do que instalar capacidade renovável, dado que as flutuações sazonais e a pressão adicional do turismo complicam o equilíbrio entre oferta e procura de energia. O sobredimensionamento da capacidade fotovoltaica, sem considerar os desfasamentos entre produção e consumo, conduz a perdas de eficiência. Assim, a conceção coletiva centrada em infraestruturas públicas mostrou-se eficaz para otimizar recursos, promover equidade e reduzir custos, mas também revelou a necessidade de integrar soluções de armazenamento e flexibilidade de carga em fases futuras. O estudo de caso permitiu ainda demonstrar que mesmo pequenas unidades de produção, como as já instaladas na ilha (89 kWp), asseguram 13% da procura anual de energia e 25% do consumo diurno. Paralelamente, foi desenvolvido um modelo económico participativo que reduziu significativamente as barreiras de entrada, permitindo que famílias sem espaço em telhado ou sem capital inicial pudessem aceder à energia renovável. A criação de uma cooperativa local, gerida pelos residentes, garantirá que as poupanças provenientes da produção sejam reinvestidas na própria comunidade. A designação da CER da Culatra como projeto-piloto nacional pela ERSE constituiu um avanço determinante para a transição energética comunitária em Portugal. O piloto desenvolvido neste contexto combina inovação técnica, teste de enquadramento regulatório e envolvimento social, demonstrando a viabilidade de um modelo descentralizado que procura equilibrar eficiência e justiça. A partilha de energia dinâmica, operacionalizada através do algoritmo desenvolvido nesta investigação, assegura uma distribuição equitativa da energia renovável localmente gerada e introduz uma ferramenta flexível, capaz de se adaptar às prioridades em evolução da comunidade. Testado inicialmente no balanço diário, o algoritmo alcançou a mesma eficiência do modelo proporcional ao consumo, ao mesmo tempo que melhorou os resultados de equidade na distribuição da energia entre membros. Estes resultados demonstram o potencial do modelo para apoiar o aperfeiçoamento do quadro regulatório nacional e para servir de referência a outras comunidades em transição energética. A transição da Culatra para uma rede elétrica inteligente exige não apenas o aumento da capacidade renovável, mas também a integração de infraestruturas digitais e de estratégias avançadas de gestão. Neste contexto, foram desenvolvidos a plataforma de monitorização e controlo inteligente, os sistemas individuais de gestão de energia e uma aplicação web, que representam um passo decisivo na digitalização, ao possibilitar monitorização em tempo real, alocação dinâmica e maior envolvimento dos utilizadores. A esta vertente tecnológica soma-se a expansão da capacidade solar, com a integração de duas novas unidades de produção que elevam a geração anual esperada de 159 MWh para cerca de 510 MWh, triplicando a produção, reforçando a autossuficiência e assegurando benefícios sociais e ambientais através da reabilitação de infraestruturas locais. Os resultados obtidos comprovam a eficácia do modelo de implementação progressiva estudado nesta tese. A capacidade inicial de 89 kWp permitiu desenvolver e testar o conceito em condições reais, assegurando que toda a energia produzida fosse consumida localmente, correspondendo a um índice de autoconsumo de 100%, mas com impacto ainda reduzido na diminuição das importações (taxa de autossuficiência de 12,8%). A expansão em curso demonstra que é possível alcançar um equilíbrio robusto entre autoconsumo e autossuficiência sem recurso a armazenamento, atingindo um índice de autoconsumo de 84,5% e uma taxa de autossuficiência de 36,9%. Além disso, o novo dimensionamento reduz a dependência diurna da rede externa, alcançando uma taxa de autossuficiência durante o dia de 71,6%, em consonância com os objetivos da transição energética da Culatra. Por fim, a investigação aponta novos caminhos de desenvolvimento, em particular a criação de um gémeo digital da rede elétrica inteligente da Culatra, que permitirá simular diferentes cenários de partilha de energia, gestão da procura e expansão em condições controladas. Este contributo projeta a visão de longo prazo de um sistema energético digitalizado, renovável e liderado pela comunidade, e constitui uma das principais propostas resultantes deste trabalho de doutoramento.
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Palavras-chave
Comunidades de Energia Renovável Ilhas Sustentáveis Redes Elétricas Inteligentes Mecanismos de Partilha de Energia Sistemas de Gestão de Energia Participação dos Prossumidores