Análise da estabilidade de frequência de sistemas elétricos de plataformas de petróleo com geração eólica offshore e célula a combustível

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Marcolin, Giovanni Avila
• Orientador(a): Lemos, Flávio Antônio Becon
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Plataformas petrolíferas; Energia eólica marítima; Células a combustível; Produção de hidrogênio; Sistema elétrico de potência : Estabilidade
• Palavras-chave em Inglês: Frequency stability; Offshore wind power generation; Green hydrogen; Fuel cells; FPSOs production
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/289521

Esta dissertação tem como objetivo analisar o comportamento dinâmico, com foco na estabilidade de frequência, de um sistema offshore elétrico de produção de petró- leo de uma Plataforma FPSO (Floating Production Storage and Offloading), alimentado por uma usina eólica offshore em conjunto com um eletrolisador/célula a combustível de Membrana Polimérica Trocadora de Prótons (PEMFC - Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Em momentos de sobra de energia eólica, é realizada a eletrólise da água para a produção de hidrogênio (H2) e, quando necessário, o H2 é convertido em energia através da célula a combustível, para suprir a demanda exigida ou auxiliar o sistema da FPSO na ocorrência de eventos transitórios. Para as simulações foi utilizado o software DigSILENT©PowerFactory. Primeiramente, foi implementado e validado o funcionamento do modelo dinâmico do eletrolisador e da célula a combustível. Um sistema teste foi criado, com dados típicos obtidos na literatura, para representar um sistema equivalente de uma FPSO, que engloba seus geradores e cargas e o conjunto PEM/PEMFC. A FPSO é conectada a um parque eólico com geradores síncronos de ímãs permanentes (PMSG - Permanent Magnet Synchronous Generator) através de sistemas coletores submarinos em 33 kV e a um sistema onshore através de uma linha de transmissão submarina de 230 kV. Observou-se que o conjunto PEM/PEMFC fornece melhoria na estabilidade de frequência do sistema teste estudado, para todos os casos simulados, especialmente para eventos em que há necessidade de aumentar o despacho de geração ativa. Pode-se também observar que o eletrolisador opera somente na condição em que há excesso de geração eólica. Com a operação da PEMFC foi observada redução no pico de frequência de aproximadamente 2,0 Hz no evento de perda de conexão com a costa, 3,0 Hz para o evento de perda do parque eólico e 2,0 Hz para o evento de perda de gerador da FPSO. Outra característica observada foi a melhoria no amortecimento e redução no tempo de estabilização, sendo que as mais significativas foram nos eventos de perda de conexão com a costa, curto-circuito na barra FPSO e perda do gerador da FPSO, com redução de 4,0 s, 8,0 s e 9,0 s respectivamente.