The energy storage systems integration into photovoltaic systems: a case study of energy management at UTFPR

Autor: Mariano, Juliana D Angela
Přispěvatelé: Urbanetz Junior, Jair, Salas, Cresencio Silvio Segura, Tiepolo, Gerson Maximo, Medeiros, Lucio de, Fritzen, Paulo Cicero
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
Popis: Institutos Lactec (Lactec) Sistemas fotovoltaicos (FV) estão cada vez mais presentes nos centros urbanos, instalados em edifícios e são capazes de gerar sua própria energia elétrica. No entanto, a maioria dos consumidores residenciais e comerciais podem apresentar seus picos de demanda no período noturno, momento em que não há geração FV. Picos de demanda podem ocasionar aumento de custos causando multas por ultrapassagem de demanda contratada em consumidores do grupo A. Uma forma de resolver estes problemas elencados e obter maior aproveitamento da geração FV é a aplicação de sistemas de armazenamento, o que já está sendo realizado em alguns países. Além do mais, essa integração pode reduzir os custos de eletricidade e fornece flexibilidade e confiabilidade, diminuindo as flutuações de energia renovável. Neste sentido, este estudo teve por objetivo propor estratégias de gestão de energia elétrica por meio dessa integração, visando melhorar o perfil de demanda de um consumidor comercial universitário para compensação nos horários de ponta. Para atingir os objetivos dessa pesquisa, houve a instalação de um projeto piloto que contemplou um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFVCR) de 10 kWp, inversores bidirecionais e banco de baterias, sendo parte de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) implantado na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) – campus Curitiba na sede Neoville. A metodologia consistiu na análise de variáveis que interferem a operação desse sistema como: perfil detalhado de demanda e consumo do local estudado, tarifação de energia local, perfil de geração FV, bem como a interação entre gerador FV e o sistema de armazenamento de energia, e a variação das flutuações de potência ao longo do ano. Adicionalmente, por meio do software Homer Grid, identificou-se o tamanho ótimo elaborado para tal consumidor, contemplando um estudo de viabilidade técnica. Os resultados obtidos com a elaboração do perfil de demanda resultaram em valores de pico superiores a 80 kW, para os dias úteis letivos. Além do mais, a análise diária o perfil de geração FV confirmou que apesar da fonte FV ser bastante variável, a operação de despacho programado não sofre interferência pela variabilidade e intermitência da fonte solar, pois o sistema foi projetado e programado para operar em paralelo com a rede elétrica. Com relação à energia consumida na universidade, foram obtidos valores bastante significativos, em que o mês de julho se apresentou com maior consumo para o ano base de 2019, sendo o valor total mensal de 48.670 kWh. A estratégia de operação estabelecida para o banco de bateria com uma profundidade de descarga de 10% resultou em um ciclo de vida de 2500 ciclos podendo estender a sua vida útil em aproximadamente 9,5 anos. Os resultados obtidos pela simulação apresentam diferentes níveis de contribuição energética com percentuais de 60,0%, 33,6 % e 2,7% respectivamente. Photovoltaic (PV) systems are increasingly present in urban centers, installed in buildings and able of generating their own electrical energy. However, most residential and commercial consumers can present their demand peaks at nighttime, when there is no PV generation. Peak demand can increase costs, causing extra costs for exceeding contracted demand in group A consumers. These problems can be solved with the energy storage systems application, which is already being carried out in some countries. Furthermore, this integration can reduce electricity costs and provide desirable flexibility and reliability for these systems, decreasing renewable energy fluctuations. In this sense, this study aimed to propose energy management strategies through this integration, aiming to improve the demand profile of a university commercial consumer for compensation during peak hours. To achieve the objectives of this research, a pilot project was installed which included a 10 kWp Grid Tie PV System (GTPVS), bidirectional inverters and battery bank, as part of a Research and Development (R&D) project implemented in the Federal University of Technology – Paraná (UTFPR) – Curitiba campus at Neoville headquarters. The methodology consisted of the analysis of variables that interfere with the operation of this system, such as: detailed profile of demand and consumption of the studied location, local energy pricing, PV generation profile, as well as the interaction between PV generator and the energy storage system, and the variation in power fluctuations throughout the year. Additionally, a technical feasibility study was carried out aimed to determine this consumer optimal size through the Homer Grid software. The detailed demand profile allowed to know in depth the peak values were above 80 kW, for school weekdays. Furthermore, the daily analysis of the PV generation profile confirmed that although the PV source is quite variable, the scheduled dispatch operation is not interfered with by the variability and intermittency of the solar source, as the system was designed and programmed to operate in parallel with the electrical network. Regarding the energy consumed at the university, very significant values were obtained, in which the month of July presented the highest consumption for the base year 2019, with a total monthly value of 48,670 kWh. The established operating strategy for the battery bank with a 10% discharge depth resulted in a life cycle of 2500 cycles which can extend its useful life by approximately 9.5 years. The results obtained by the simulation show different levels of energy contribution with percentages of 60.0%, 33.6% and 2.7% respectively.
Databáze: OpenAIRE
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