Analysis of hydro-solar integration aided by hydrogen storage energy systems in hydroelectric plants

Autor: Furtado Júnior, Juarez Corrêa
Přispěvatelé: Silva, Ennio Peres da, 1956, Silva, Demóstenes Barbosa da, Cavaliero, Carla Kazue Nakao, Brittes, José Luiz Pereira, Strangueto, Karina Maretti, Camargo, João Carlos, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Planejamento de Sistemas Energéticos, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientadores: Ennio Peres da Silva, Demóstenes Barbosa da Silva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Diversos esforços têm sido feitos para limitar o aumento médio da temperatura da biosfera do planeta observado nas últimas décadas. As tecnologias de energia renovável, notadamente eólica e solar, representam a principal estratégia para frear as mudanças climáticas. Atualmente essas fontes fornecem cerca de 11% da energia elétrica consumida no Brasil, com perspectivas de que aumentem ainda mais a sua participação. Por outro lado, a intermitência característica inerente a elas, afeta a qualidade da energia produzida, além de comprometer o despacho de energia, acarretando problemas quanto à confiabilidade do suprimento energético. Dessa forma, a utilização em larga escala dessas fontes requer a adoção de tecnologias de armazenamento de energia, que permitem minimizar as desvantagens mencionadas. Dentre as tecnologias de armazenamento de eletricidade, as que utilizam o hidrogênio como vetor energético têm recebido interesse especial, dada a facilidade de associação com grandes blocos de geração elétrica. Neste sentido, empresas geradoras de energia de grande relevância nacional, como a Companhia Energética de São Paulo (CESP) e FURNAS Centrais Elétricas S. A. demostram interesse nessas tecnologias, tendo desenvolvido sistemas de armazenamento de energia na forma de hidrogênio, no âmbito da Chamada de Pesquisa e Desenvolvimento Estratégico N° 21/2016 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Esses projetos visam avaliar a eficiência do armazenamento, tanto para redução das intermitências da fonte solar, como para avaliar a aplicabilidade das tecnologias de armazenamento de energia, em suporte à sinergia entre as fontes solar fotovoltaica e hidrelétrica. Essas pesquisas se justificam no contexto de otimização da geração de energia a partir das usinas hidrelétricas (UHE), e almejam avaliar as alternativas que permitem que a parcela da infraestrutura não utilizada para a geração hidráulica seja aproveitada pela fonte solar fotovoltaica a partir de plantas fotovoltaicas flutuantes. Assim, o presente trabalho teve como base os projetos de P&D desenvolvidos pela CESP e por FURNAS, e visou modelar e simular os sistemas contemplados nos projetos, operando em diferentes situações de fornecimento de energia elétrica. Para essas simulações foi utilizado o software PVsyst, para o caso da geração solar fotovoltaica (FV), ao longo de um ano típico. Com os resultados da simulação da geração FV, foi calculada a carga de energia que esse sistema pode atender considerando diferentes cenários com perfis de carga distintos. Dada a diferença entre a produção de energia do sistema piloto e das usinas hidrelétricas, foi estimado o aumento de capacidade dos sistemas que permita aproveitar parte da infraestrutura disponível, resultante da redução da hidrologia no país. Como principais resultados, se obteve que o arranjo hidro-solar auxiliado por sistema de armazenamento de energia considerados nas UHE’s de Porto Primavera e Itumbiara permite incrementar a geração de energia em 4,0 GWh e 8,7 GWh, o que representa 10,7% e 17,4% da capacidade máxima de geração dessas usinas hidrelétricas, respectivamente. Isto é alcançado utilizando plantas fotovoltaicas flutuantes que ocupam áreas equivalentes a 0,5% e2,7% dos reservatórios. Nos dois exemplos analisados, observou-se que o potencial de associação da geração FVF com as UHE de forma híbrida é limitado quando comparado ao possível potencial de aproveitamento da área do reservatório por meio de plantas FVF's, o que ocorre devido a impossibilidade de transmitir maiores quantidades de energia a partir da infraestrutura existente Abstract: Several efforts have been made to limit the average increase in the temperature of the planet's biosphere observed in recent decades. Renewable energy technologies, notably wind and solar, represent the main strategy to curb climate change. Currently, these sources supply around 11% of the electricity consumed in Brazil, with prospects that their share will increase even further. On the other hand, the characteristic intermittence inherent to them affects the quality of the energy produced, in addition to compromising the energy dispatch, causing problems regarding the reliability of the energy supply. Thus, the large-scale use of these sources requires the adoption of energy storage technologies, which allows minimizing the mentioned disadvantages. Among the electricity storage technologies, those that use hydrogen as an energy vector have received special interest, given their ease of association with large blocks of electricity generation. In this sense, energy generating companies of great national importance, such as Companhia Energética de São Paulo (CESP) and FURNAS Centrais Elétricas SA show interest in these technologies, were having developed energy storage systems in the form of hydrogen, within the scope of the Call for Research and Strategic Development No. 21/2016 of the National Agency of Electric Energy (ANEEL). These projects aim to assess the efficiency of the storage, both to reduce the intermittence of solar sources, and to assess the applicability of energy storage technologies, in support of the synergy between photovoltaic and hydroelectric solar sources. These researches are justified in the context of optimizing energy generation from hydropower plants (HPP), and aim to evaluate alternatives that allow the portion of infrastructure not used for hydraulic generation to be used by the photovoltaic solar source from floating photovoltaic plants FPV. Thus, the present work was based on the R&D projects developed by CESP and FURNAS, and aimed to model and simulate the systems included in the projects, operating in different situations of electricity supply. For this simulation, PVsyst software was used, for the case of photovoltaic solar generation, over a typical year. With the results of the simulations of PV generation, the energy load that this system can meet was calculated considering different scenarios with distinct load profiles. Given the difference between the energy production of the pilot system and the hydroelectric plants, the increase in the capacity of the systems that allows for the leverage of part of the available infrastructure, resulting from the reduction of hydrology in the country, was estimated. As main results, it was found that the hydro-solar arrangement aided by an energy storage system considered in the HPPs of Porto Primavera and Itumbiara allows an increase in energy generation of 4,0 GWh and 8,7 GWh, which represents 10,7% and 17,4% of the maximum generation capacity of these hydroelectric plants respectively. This is achieved using floating photovoltaic plants that occupy areas equivalent to 0.5% and 2.7% of the reservoirs In the two analyzed examples, was observed that the potential of association of the FPV generation with the HPPs in a hybrid form is limited when compared to the possible potential of using the reservoir area through FVF's plants, which occurs due to the impossibility of transmitting larger amounts of energy from existing infrastructure Doutorado Planejamento de Sistemas Energéticos Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos
Databáze: OpenAIRE
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