Orientador: Alberto Luiz Francato

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo

Resumo: O aproveitamento de fontes renováveis alternativas de energia elétrica, principalmente eólica e solar fotovoltaica, crescem rapidamente no Brasil. No entanto, apesar das vantagens econômicas e ambientais, estes tipos de unidades geradores possuem limitações, como a intermitência, a...

Resumo: O aproveitamento de fontes renováveis alternativas de energia elétrica, principalmente eólica e solar fotovoltaica, crescem rapidamente no Brasil. No entanto, apesar das vantagens econômicas e ambientais, estes tipos de unidades geradores possuem limitações, como a intermitência, a sazonalidade e a falta de despachabilidade. Simultaneamente ao crescimento das fontes intermitentes, o setor elétrico brasileiro passa por desafios no atendimento à demanda de ponta e por redução da capacidade relativa de armazenamento de energia. Esta situação aponta para os sistemas de armazenamento de energia como boas soluções para melhorar a eficiência econômica da operação do setor elétrico, visto que estes sistemas são tecnologias confiáveis e amplamente testadas em outros países para mitigação de intermitência de fontes como eólica e fotovoltaica, além de ajudarem a acrescentar despachabilidade e capacidade de armazenamento em um sistema elétrico. Diante disso, este trabalho avalia os possíveis benefícios dos sistemas de armazenamento de energia para fontes intermitentes de energia elétrica no contexto brasileiro. Para isso, foi realizada uma ampla revisão bibliográfica do estado da arte dos principais tipos de armazenamento de energia em grande escala. Também foram elaborados modelos computacionais de otimização para simular a operação destes sistemas associados a fontes intermitentes de energia elétrica no Brasil. Um dos modelos, objetivo principal da tese, simula operação de um sistema elétrico de grande porte com forte presença de geração intermitente, e adota técnicas de otimização estocástica para propor políticas ótimas de despacho de usinas considerando a inserção de sistemas de armazenamento no mesmo. Estas técnicas de otimização são inéditas para aplicações com sistemas de armazenamento de energia. A política de operação proposta possui dois estágios: o primeiro, que planeja o dia seguinte, executa uma otimização não linear baseada em dados de previsões submetida a restrições com modificações paramétricas que são calibradas em um simulador; o segundo, que atua em tempo real, impõe uma ordem de mérito sujeita a restrições para despacho. Os resultados obtidos pelas políticas de operação foram satisfatórios e demonstraram o potencial dos sistemas estudados para o setor elétrico brasileiro, se operados de acordo com suas principais necessidades. A metodologia desenvolvida para operar sistemas de armazenamento é capaz de lidar com as incertezas da geração eólica, com esforços computacionais e tempos de processamento aplicáveis à operação em tempo real de sistemas elétricos

Abstract: Alternative sources of electricity, especially wind and solar photovoltaic, are rapidly growing in Brazil. However, despite their economic and environmental advantages, these generation units have limitations such as intermittence and non-dispatchability. Simultaneously to intermittent...

Abstract: Alternative sources of electricity, especially wind and solar photovoltaic, are rapidly growing in Brazil. However, despite their economic and environmental advantages, these generation units have limitations such as intermittence and non-dispatchability. Simultaneously to intermittent sources growth, the Brazilian electricity sector experiences challenges to meet peak demand and reduction of relative storage capacity. This situation indicates that energy storage systems can be useful solutions to increase economic efficiency of the Brazilian electricity sector operation, as these systems are reliable and widely tested in other countries for mitigation of wind and photovoltaic intermittence, besides improving dispatchability and storage capacity in a power grid. Therefore, this work evaluates the possible benefits of energy storage systems for intermittent sources of electricity in the Brazilian context. A robust literature review was conducted on the state of art of the main types of energy storage systems. Computational optimization models were developed to simulate the operation of such systems associated to intermittent sources in Brazil. One of the models, the central objective of the thesis, simulates the operation of a large power grid with high levels of intermittent generation, and adopts stochastic optimization techniques to propose optimal dispatch policies for power plants considering the insertion of energy storage systems in it. The method is a novel technique in the context of energy storage operation. The proposed operational policy has two stages: the first one, that plans the operation for the day ahead, executes a non-linear optimization process based on forecast data subject to constraints with parametric modifications, which are tuned in a simulator; the second one, that acts on real time operation, sets an order of merit for dispatch subject to constraints. The results achieved by the policies were satisfying and show the potential of the studied systems for the Brazilian electricity sector, if operated accordingly to its main needs. The methodology developed to operate energy storage systems can handle the uncertainty of wind generation, with computational complexity and process times that are applicable to real-time operation of power grids

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