Estudo do potencial de multigeração para unidades consumidoras residenciais e comerciais no Brasil

• Main Author: Delgado, Danielle Bandeira de Mello
• Publication Date: 2023
• Format: Doctoral thesis
• Language: por
• Source: Repositório Institucional da UFPB
• Download full: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/27982
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Energia elétrica; Tecnologias de multigeração; Energia renovável social; Produção combinada de energia; Programação matemática; Otimização; Menor custo; Edifícios; Combined energy production; Mathematical programming; Optimization; Annual cost; Buildings

Com a transição energética, o cenário para suprimento de energia que se constrói atualmente no mundo sugere um modelo descentralizado, inteligente, limpo e que concede mais autonomia ao consumidor final. Tecnologias de multigeração proporcionam benefícios socioeconômicos e ambientais significativos relacionados ao uso eficiente dos recursos energéticos, como, por exemplo, a redução dos custos operacionais e das emissões de carbono. A motivação deste estudo é garantir que uma ampla gama de usuários finais de energia no Brasil possa tirar proveito desses sistemas, por meio dos custos de produção mais reduzidos e da aplicação das tecnologias desenvolvidas nessa área. O objetivo principal do trabalho é desenvolver uma ferramenta flexível e de fácil utilização por usuários finais para otimização estrutural e paramétrica de sistemas de multigeração para unidades consumidoras típicas, com foco na minimização de custos. Para a modelagem do sistema foram levantados todos os dados técnicos, financeiros e computacionais e uma superestrutura contendo todos os recursos energéticos e equipamentos comercialmente disponíveis foi proposta. A programação linear foi modelada com todas as configurações possíveis e a busca pela configuração econômica ótima foi realizada. O problema de otimização foi implementado utilizando a linguagem C++ e resolvido por meio do solver ILOG CPLEX Optimization Studio da IBM. Foram utilizadas como estudos de caso uma unidade consumidora residencial e outra comercial, tendo suas demandas energéticas anuais sido levantadas com base em metodologias específicas e considerando dias representativos. Foram ainda incluídas as demandas energéticas referentes à recarga de veículos elétricos na unidade consumidora residencial e verificada a produção do excedente de eletricidade e a aplicação da lei nº 14.300/2022, que institui o marco legal da microgeração e minigeração distribuída, o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE) e o Programa de Energia Renovável Social (PERS) no Brasil. O modelo de otimização determinou a combinação ótima de equipamentos, conexões e fontes energéticas dentro das superestruturas previstas tanto para unidade residencial como comercial, permitindo visualizar a configuração de tecnologias e os custos (de forma horária e mensal), além do excedente de eletricidade produzido. Como resultados apresentados para o centro residencial, destacaram-se a implantação de 102 módulos fotovoltaicos e de caldeiras a biomassa para produção água quente. O sistema ótimo apresentou uma redução de 27,02% no custo anual total quando comparado a um sistema de referência, porém com investimento inicial 41,69% maior. Para o centro comercial, o ótimo econômico contemplou uma caldeira a biomassa, o que contribuiu para a redução em 48,37% da eletricidade importada da rede elétrica, com redução no investimento inicial em equipamentos, e ainda com um custo anual total inferior em 19,38%, se comparado a um sistema de referência. Com a realização das análises de sensibilidade, foi possível verificar de forma mediata a facilidade e flexibilidade do sistema implementado, com simulações dinâmicas e de resultados rápidos e, de forma imediata, que o sistema ótimo foi mais sensível à retirada das caldeiras à biomassa e apresentou um bom desempenho diante das variações no preço das utilidades, mantendo sua configuração original na maioria dos cenários.