Resumo Dimensionamento Ótimo de Solução Híbrida de Energia com Sistema de Armazenamento de Energia por Baterias

Resumo

Mundialmente, as organizações governamentais estão reestruturando suas políticas energéticas tornando-as mais limpas e estimulando a transformação e transição energética a partir da inserção de fontes não poluentes, do engajamento na preservação ambiental e, principalmente, da crescente procura por energia [1]. Em 2019, a representatividade global da produção de energia elétrica por fontes renováveis foi de 27,3% [2], contudo essas fontes não são controláveis causando insegurança energética na matriz elétrica dos países.
Para mitigar a imprevisibilidade e variabilidade de fontes renováveis tornando-as mais confiáveis e seguras sistemas híbridos de energias renováveis têm sido amplamente utilizados. No entanto, muitos problemas surgem no planejamento, operação e programação desse tipo de sistema. Para auxiliar nesse processo tem sido utilizados sistemas de armazenamento de energia por bateria, do inglês Battery Energy Storage System (BESS) que possuem aplicabilidade em todos os âmbitos do setor elétrico (geração, transmissão, distribuição e usuário final) [3].
O dimensionamento desses sistemas ainda não é trivial, o desafio é definir, de forma otimizada e economicamente viável, o tamanho do BESS, a partir da aplicação e demanda energética. Magnor et al. [4] e Merei et al. [5] analisaram o dimensionamento econômico ótimo do BESS num método baseado em algoritmos genéticos. Tant et al. [6] demonstram como métodos de otimização complexos podem ser aplicados para encontrar o BESS mais adequado para a integração com geração fotovoltaica. Porém, ainda não há estudos que abordam o dimensionamento ótimo com diferentes tecnologias de armazenamento de energia (sistemas de armazenamento híbridos) e diferentes fontes de energia (geração de energia híbrida), enfim, soluções híbridas de energia. 
Esse projeto objetiva desenvolver um sistema computacionalmente eficiente de dimensionamento ótimo voltada para sistemas híbridos com integração de fontes não-controláveis de energia a um BESS no território brasileiro. Os objetivos específicos, por conseguinte, são: (i) sistematizar material técnico-científico relacionado com o dimensionamento ótimo de sistemas híbridos com e sem sistema de armazenamento de energia com baterias (revisão sistemática); (ii) levantar a(s) técnica(s) de otimização, as aplicações e os indicadores essenciais para estruturação do dimensionamento ótimo do sistema; (iii) determinar fluxograma de decisão com os indicadores, premissas e restrições do sistema híbrido a ser analisado; (iv) analisar os dados extraídos das simulações e medições de campo a fim de determinar a melhor configuração para dimensionamento ótimo de sistemas híbridos com o BESS. Indicando a eficiência, aplicabilidade e relevância de tecnologias distintas para a metodologia definida; (v) compilar os resultados e apresentar a metodologia final da tese.
As atividades propostas nos objetivos serão desenvolvidas e aplicadas no âmbito de projetos de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação em que o Instituto de Tecnologia Edson Mororó Moura (ITEMM) e a Universidade de Pernambuco (UPE) estão em processo de contratação pela Companhia Hidrelétrica do São Francisco (CHESF), em específico, o projeto denominado “Arranjo técnico para aumento da confiabilidade e segurança elétrica aplicando armazenamento de energia por baterias e sistemas fotovoltaicos ao serviço auxiliar de subestações 230/500 kV” de duração de dois anos. Assim, tanto dados de simulação, como experimentais serão utilizados para o desenvolvimento da tese proposta. 
Dessa forma, o método a ser utilizado para dimensionamento ótimo de sistemas híbridos com integração de fontes não-controláveis de energia a um BESS no território brasileiro consistirá em uma análise comparativa entre dados simulados e experimentais de grandezas financeiras (CAPEX e OPEX) e grandezas técnicas (componentes isolados, potência, capacidade, tipo de fonte renovável), a partir da mineração de dados e reconhecimento de padrões.
Até o momento, os principais resultados alcançados foram: (i) o mapeamento do estado da arte de soluções híbridas de energia - relatório técnico entregue a CHESF com o mapeamento dos principais estudos sobre armazenamento de energia, fontes renováveis e microrredes; (ii) o dimensionamento ótimo do BESS do Projeto de Pesquisa da Chesf – relatório técnico que subsidiará a aquisição do produto, que no futuro, fornecerá dados reais para validação do sistema resultante dessa tese.
Nessa proposta de tese, portanto, espera-se que o sistema de dimensionamento ótimo de soluções híbridas com armazenamento de energia por baterias possua aplicabilidade, relevância e originalidade para o setor elétrico brasileiro, sendo útil para estruturação e definição da melhor composição de fontes de energia e sistemas de armazenamento, em vista de indicadores técnicos e financeiros.
Por fim, almeja-se a homologação do sistema pelos órgãos nacionais de planejamento, comercialização e regulação de energia do Brasil, como: a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), a Empresa de Pesquisa Energética (EPE) e a Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE).
Palavras-chave: Transição Energética; Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias; Sistemas Híbridos; Dimensionamento ótimo; Otimização.
Referências
 
[1] Ministério de Minas e Energia. Plano Nacional de Energia 2050 – PNE 2050. Consulta Pública. 2020.​
[2] REN21, Renewables 2020 - Global Status Report, REN21 Secretariat, Paris, France, 2020.​
[3] FATHIMA H., Palanisamy K. (2015). Optimized Sizing, Selection, and Economic Analysis of Battery Energy Storage for Grid-Connected Wind-PV Hybrid System. Hindawi Publishing Corporation.​
[4] Magnor, D.; Sauer, D.U. Optimization of PV Battery Systems Using Genetic Algorithms. Energy Procedia 2016, 99, 332–340.​
[5] Merei, G.; Berger, C.; Sauer, D.U. Optimization of an off-grid hybrid PV-WindDiesel system with different battery technologies using genetic algorithm. Sol. Energy 2013, 97, 460–473.​
[6] Tant, J.; Geth, F.; Six, D.; Tant, P.; Driesen, J. Multiobjective battery storage to improve PV integration in residential distribution grids. IEEE Trans. Sustain. Energy 2013, 4, 182–191.