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As necessidades energéticas do mundo moderno são cada vez maiores e as exigências para produção da energia a partir de fontes limpas e renováveis é crescente devido ao aumento da poluição. A produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis como a eólica e a solar possuem problemas para uma produção constante devido às próprias características de geração (inconstância da velocidade do vento e a intermitência na disponibilidade de sol). Para um fornecimento confiável de energia dessas fontes existe a necessidade de sistemas de armazenamento de energia (SAE), os quais são de difícil dimensionamento e construção. Assim, esta dissertação apresenta o dimensionamento, simulação e os resultados experimentais da utilização de sistemas de armazenamento de energia a base de baterias para aplicações nas redes de distribuição. Três tecnologias de baterias (baterias de chumbo-ácido, baterias de íons de lítio de níquel-manganês-cobalto-NMC e baterias de íons de lítio de fosfato de ferro) foram testadas no regime de deslocamento de carga do horário de ponta de consumo para o horário fora de ponta. O dimensionamento dos bancos de baterias (feito para maximizar o desempenho de cada tecnologia) resultou em profundidades de descarga de 23,6% para as baterias de chumbo-ácido, 60% para as baterias de tecnologia NMC e 70% para as baterias de tecnologia LFP. As simulações foram realizadas utilizando o software comercial HOMER. O perfil de consumo utilizado foi o de um Instituto Federal situado na cidade de Búzios no estado do Rio de Janeiro. Os resultados das simulações mostraram que os custos decorrentes da utilização destes sistemas de armazenamento não são economicamente competitivos se consideradas somente as vantagens decorrentes do regime de operação de deslocamento de carga. Do ponto de vista comparativo das tecnologias de baterias avaliadas em análises laboratoriais, os resultados mostraram que as baterias de chumbo-ácido, apesar do seu baixo custo inicial podem não ser a melhor opção devido ao seu baixo desempenho operacional e reduzida durabilidade.
The energetic needs of the modern world growth every day, and the energy production demands from safe and renewable sources are growing due to the high levels of pollution. The electrical energy from renewable sources such as wind and solar power, has problems related to its constant production caused by its own features (inconstancy of the winds speed and intermittency of the sunlight availability). For a constant production of energy of those sources, there is a primacy of an energy storage system (ESS), which makes the measurement and the construction difficult. Therefore, the present dissertation shows the measurement, simulation, and the experimental results of energy storage systems based on batteries for grid applications. Three types of technology (lead-acid battery, lithium-ion battery manganese cobalt oxide – NMC and Lithium iron phosphate – LFP) were tested from peak time of use to reduced time of use. The measurement of the batteries (in order to maximize de performance of each technology), resulted in discharges of 23,6% for lead-acid battery, 60% for NMC batteries and 70% for the LFP technology. The simulations were made using the commercial application HOMER. The profile used was in a Federal Institute situated in Búzios, in the state of Rio de Janeiro (Brazil). The results showed that the currently costs for the use of this system are not economically competitive if we only consider the advantages of charge operation. From the comparative point of view of battery technologies assessed in laboratorial analyses, the results showed that the lead-acid battery, although its low costs, may not be the best option, due to its low operational development and poor durability.
Data da defesa: 02/06/2014
Banca Examinadora
Orientador(a): Juliano de Andrade (Lactec)
Membro da Banca: Patricio Rodolfo Impinnisi (Lactec)
Membro da Banca: Alexandre Rasi Aoki (Lactec)
Membro da Banca: Marcos Vinicio Haas Rambo (COPEL/UFPR)
Palavra(s)-Chave: Sistemas de acumulação de energia. Tecnologias de baterias. Deslocamento de carga.
Keywords: Storage energy systems. Battery technologies. Charge displacement.
