Análise da complementaridade de geração entre usinas solar e eólica e o papel do armazenamento de energia para usinas híbridas

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Análise da complementaridade de geração entre usinas solar e eólica e o papel do armazenamento de energia para usinas híbridas

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Title: Análise da complementaridade de geração entre usinas solar e eólica e o papel do armazenamento de energia para usinas híbridas
Author: Campos, Rafael Antunes
Abstract: Esta dissertação visa avaliar se a otimização do dimensionamento e operação de usinas eólicas e fotovoltaicas, em conjunto com sistemas de armazenamento baseados em baterias, poderiam aumentar a despachabilidade destas fontes de energia. Para tanto, são utilizados dados reais de geração de uma usina eólica de 95 MW e uma usina solar fotovoltaica de 2 kWp instalados no município de Brotas de Macaúbas - BA. O trabalho é composto por três análises principais: (i) análise estatística da complementaridade temporal entre as gerações eólica e solar; (ii) análise do atendimento da carga da região nordeste a partir de uma usina híbrida eólica-solararmazenamento; e (iii) análise de otimização de contingenciamento para usinas híbridas. Os resultados mostraram que, em Brotas de Macaúbas ? BA, existe uma complementaridade temporal relevante entre as gerações solar e eólica, com um Coeficiente de Correlação de Pearson (CCP) anual médio de -0,51. Notou-se que a combinação 40% eólica e 60% solar é a combinação otimizada para o atendimento da carga da região nordeste. Com esta combinação, a capacidade necessária de armazenamento para o casamento temporal entre a geração da usina híbrida e a demanda do nordeste é de 6% do valor gerado. Extrapolando este valor para a grandeza real do consumo da região nordeste, tem-se a necessidade de um sistema de armazenamento da ordem de 5,4 TWh ,ainda distante das expectativas para os próximos anos. Os resultados mostraram também que é possível reduzir o uso dos sistemas de transmissão em função da complementaridade temporal das fontes solar e eólica, e que sistemas de armazenamento podem auxiliar na otimização do dimensionamento de infraestrutura de transmissão. Para a usina de 395 MW (95 MW eólica + 300 MWp solar), a potência contratada de transmissão não necessitaria ser superior a 350 MW, podendo ser ainda menor dependendo dos preços de contratação do sistema de transmissão (TUST ? Tarifa de Uso da Transmissão) e do valor da energia a ser descartada em um possível contingenciamento. Este resultado mostra que há espaço para discussão e aprimoramentos na regulação de sistemas híbridos que, atualmente, trata como se fossem dois parques totalmente independentes e sem nenhuma sinergia; o que leva, em geral, a uma sobrecontratação do sistema de transmissão e, consequentemente, a uma tarifa de energia maior.Abstract: This dissertation aims to evaluate if the optimization of sizing and operation of wind and photovoltaic plants, together with battery-based storage systems, could increase the dispatchability of these energy sources. For this purpose, real data will be used from a 95 MW wind power plant and a 2 kWp photovoltaic solar plant installed in the municipality of Brotas de Macaúbas - BA. The work consists of three main analyzes: (i) statistical analysis of temporal complementarity between wind and solar generations; (ii) analysis of the capability in supplying the demand of brazillian northeast region with a hybrid wind-solar-storage plant; and (iii) contingency optimization analysis for hybrid plants. The results showed that, in Brotas de Macaúbas - BA, there is a relevant temporal complementarity between solar and wind generations, with an average annual Pearson Correlation Coefficient (PCC) of -0.51. It was noted that the 40% wind and 60% solar combination is the optimized combination to meet the load of the northeast region. With this combination, the required storage capacity for the temporal matching between hybrid plant generation and northeast demand is 6% of the value generated. Extrapolating this value to the real consumption magnitude of the northeast region, we need a storage system of the order of 5.4 TWh, value still far from expectations for the next years. The results also showed that it is possible to reduce the use of transmission systems due to the temporal complementarity of solar and wind sources, and that storage systems can help in the optimization of transmission infrastructure sizing. For the 395 MW (95 MW wind + 300 MWp solar) plant, the contracted transmission power would not need to exceed 350 MW, and may be even lower depending on the transmission system contract prices (TUST - Transmission Use Tariff) and the value of the energy to be discarded in a possible curtailment. This result shows that there is room for discussion and improvements in the regulation of hybrid systems that currently treats as two fully independent parks without any synergy; which generally leads to overcontracting of the transmission system and consequently to a higher energy tariff.
Description: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2020.
URI: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216398
Date: 2020


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