Estudo técnico-econômico de dois sistemas de armazenamento de energia em um sistema híbrido hidrelétrico fotovoltaico

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: During Filho, Frederico Adolfo
• Orientador(a): Beluco, Alexandre
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Complementaridade energética; Modelagem matemática; Armazenamento de energia; Sistema híbrido de energia; Energia elétrica : Geração; Energia solar fotovoltaica; Energia hidráulica; Energia elétrica : Aspectos econômicos
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/192965

A dissertação apresenta uma análise do comportamento técnico-econômico de dois sistemas de armazenamento de energia, considerando o aproveitamento hidrelétrico e fotovoltaico como base de geração, e o método de análise da complementaridade energética entre fontes de energia. Assim, objetiva-se investigar o comportamento de maneira teórica de diferentes topologias do sistema híbrido para distintos cenários de complementaridade energética. A complementaridade é quantificada pela composição de três índices parciais, no tempo, energia e amplitude entre as curvas de disponibilidades energéticas teóricas. Os índices são quantificados entre unidade e zero para respectivamente totalmente complementar e similar. E as modelagens são realizadas no software Homer, utilizado como ferramenta de estudo. Na investigação de cenarização da complementaridade parcial no tempo. Para a topologia com apenas as baterias, os resultados revelam uma redução de custo de energia e falha de abastecimento da carga elétrica, à medida que o índice parcial de complementaridade no tempo aumenta para unidade. E a energia contida nas baterias durante o ano de análise segue essa tendência, sendo maior nos casos com rumo à complementaridade. Esse comportamento é o oposto ao constatado de aumento de necessidade de dispositivos, que cresce em direção da similaridade energética das curvas de disponibilidade, elevando o custo geral do sistema híbrido. Na topologia com hidrogênio, ocorre uma falha geral muito maior que no sistema apenas com as baterias, de 23,60% para 25,90% do cenário de complementaridade no tempo unitário para o extremo oposto. Isso ocorre por razão da baixa eficiência de ciclo de 32,85%, mas sua variação entre cenários unitário e nulo é de apenas 2,30%, enquanto no caso com baterias é de 7,20%. Dessa forma mostra-se menor redução do desempenho do hidrogênio à medida que a complementaridade no tempo diminui. No entanto, a performance geral ainda é insatisfatória, quando se analisa da perspectiva econômica e energética. Na topologia conjunta, praticamente se repetiu o resultado do sistema apenas com baterias, com adição da produção de hidrogênio do excesso de eletricidade, que seria desperdiçado pela carga resíduo (dump load). E ocorre a operação de célula a combustível nos três menores índices de complementaridade no tempo. Logo, os dois sistemas de acumulação tendem a se complementar em direção à similaridade energética do índice no tempo, o hidrogênio aumenta sua quantidade de energia estocada e as baterias reduzem nessa direção. Para os ensaios de complementaridade de energia e amplitude, foi encontrado um ponto de convergência em relação à performance do sistema híbrido. Para os índices parciais respectivos de 0,70 e 0,83, que se refere ao cenário com uma parcela de geração de 65% de energia hidroelétrica e 35% de solar fotovoltaica. Nessa proporção obteve-se menor falha de abastecimento possível com a complementaridade no tempo fixa na unidade. Na análise sazonal proposta, concluiu-se, que a operação conjunta do hidrogênio e das baterias tende a apresentar melhores soluções técnico-econômicas, com menores capacidades instaladas dos sistemas de acumulação de energia, em comparação a operação isolada de cada um. Ainda, demonstra-se uma relação complementar de capacidade instalada entre os sistemas de armazenamento de energia nos melhores casos constatados, que tem maior parcela de hidrogênio e sempre menor de baterias recarregáveis.