Publicada em

20/02/2015

Cassio Marinho Pimenta

127 – Modelagem de cenários de armazenamento de energia com deslocamento de carga

Resumo

Sistemas de armazenamento de energia a base de baterias estão sendo cada vez mais utilizados para o aproveitamento de fontes renováveis, para o deslocamento de carga dos horários de ponta e para melhorar os índices de qualidade da energia fornecida pelas concessionárias. Apesar do crescimento desta aplicação, ainda não está claro em que condições estes sistemas são economicamente viáveis em aplicações residenciais ou comerciais, sem incentivos financeiros por parte do governo. O presente trabalho avaliou a viabilidade econômica de sistemas de armazenamento de energia em três situações diferentes: o caso de consumidor residencial isolado da rede, utilizando um sistema fotovoltaico com armazenamento de energia em baterias; o caso de um consumidor residencial com acesso à rede e tarifação diferenciada (Tarifa Branca); finalmente, o caso de um consumidor comercial/industrial com tarifação verde A4 e azul A4. Os resultados obtidos mostraram que os sistemas fotovoltaicos ainda não são viáveis economicamente para nenhum perfil de carga nem para nenhum regime tarifário disponível no Brasil. No caso do sistema de armazenamento de energia a base de baterias (sem painéis fotovoltaicos) para consumidores residenciais operando no regime de deslocamento de carga, na modalidade tarifária Branca, as simulações mostraram que estes sistemas precisam de um desconto de aproximadamente 36% nos seus custos para se tronarem viáveis em 20 anos de operação ou um aumento no valor da energia no período de ponta de aproximadamente 360%. No caso de um consumidor comercial/industrial, para o perfil de consumo escolhido no presente estudo (correspondente a um instituto federal da cidade do Rio de Janeiro), os resultados do estudo mostraram que o sistema de acumulação de energia é viável economicamente, num período de operação de 20 anos, funcionando no regime de deslocamento de carga na modalidade tarifária Verde A4, utilizando baterias de chumbo-ácido encontradas no mercado. Este resultado foi considerado inédito, pois, até o presente, os autores não tem conhecimento de estudos anteriores que mostrassem esta viabilidade econômica. Paralelamente foi feito um estudo da viabilidade econômica dos sistemas fotovoltaicos operando em diferentes modalidades tarifárias. As simulações mostraram que em todos os casos analisados os painéis fotovoltaicos não são viáveis economicamente, mas os resultados mostraram que o deslocamento da tarifa da energia na ponta do horário das 18:00-21:00 para às 13:00-16:00 tornaria mais fácil viabilizar este sistema composto de um painel fotovoltaico. Finalmente, o estudo aprofundou a metodologia desenvolvida em trabalhos anteriores para o dimensionamento dos bancos de baterias utilizados nos sistemas de armazenamento de energia. No presente trabalho foi demonstrado que a metodologia de dimensionamento adequando a vida útil em regime de ciclagem a vida útil em flutuação só pode ser aplicada ao caso em que os sistemas de armazenamento de energia não são economicamente viáveis (como era considerado para a maioria destes sistemas), mas que tem que ser modificada caso o sistema seja economicamente viável.

Abstract

Battery storage energy systems are being increasingly used to explore renewable power sources, to relocate load-peak events and to improve energy quality provided by power suppliers. Despite notable development of these systems, it’s still not clear in which conditions they are profitable in residential and commercial/industrial applications without government financial incentives. This paper will present a profitability study of storage energy systems in three different situations: a residential grid-isolated costumer, using a photovoltaic system with battery storage; a residential grid-connected costumer, using a battery storage system on grid on Tarifa Branca ( White Tariff – a scale of energy cost related to the time of the day which it is used) and finally an industrial/commercial costumer on grid on Tarifa Verde A4 and Azul A4 (Green tariff – similar to Tarifa Branca, but applied to businesses). The results of photovoltaic panel simulation demonstrate that they are not economically viable for any load profile or any tariff available in Brazil. In the case of battery storage energy systems (no photovoltaic panels) for residential consumers operating in the load-displacement arrangements, on the white tariff mode, the simulations showed that these systems need a discount of approximately 36% in order to become viable in 20 years of operation or an increase in the energy value of approximately 360 % in peak periods. In the case of commercial / industrial consumers for the consumption profile chosen in the present study (regarding the Federal institute of the city of Rio de Janeiro), the results of the study showed that the energy accumulation system is economically viable from a period of 20 years of operation, operating in the load-displacement mode in tariff scheme A4 Verde, using lead -acid batteries found in the market. This result was groundbreaking because, to date, the authors were unaware of previous studies that showed this economic viability. At the same time a study of the economic viability of PV systems operating at different tariff rules was carried out. The simulations showed that all the cases that were studied with photovoltaic panels are not economically viable. However, the results showed that the displacement of energy price on the edge of the zone from 18:00 to 21:00 hours to the zone from 13:00 to 16:00 would make it more economically viable, but still not profitable. Finally, the study used as a base and expanded methodology developed in previous works for the design of battery banks for use in energy storage systems. In the present study it was shown that the sizing methodology developed above can be applied to the case where power storage systems are not economically viable (as was seen for most of these systems), but they have to be modified for the system to become economically viable.

Data da defesa: 20/02/2020

Banca Examinadora

Orientador (a): Patricio Rodolfo Impinnisi (Lactec)
Membro da Banca: Lúcio de Medeiros (Lactec)
Membro da Banca: Marcos Vinicio Haas Rambo (UFPR)

Palavra(s)-Chave: Sistema de Armazenamento de Energia, Deslocamento de Carga, Fontes Renováveis, Homer.

Keywords: Energy Storage System, Peak Shaving, Renewable Energy Sources, Homer.

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