236 – Modelagem e otimização de sistema híbrido de energia renovável em edifícios autônomos

O potencial brasileiro em recursos renováveis e o cenário dinâmico acerca de sustentabilidade e geração distribuída, juntamente com os avanços tecnológicos e as quedas dos custos, têm instigado maiores estudos sobre a viabilidade de sistemas híbridos de energias renováveis. A energia renovável vem sendo alvo de intenso estudo com vistas a sua aplicação em ambientes urbanos, notavelmente em edifícios.

Neste trabalho modela-se parametricamente um sistema híbrido fotovoltaico-eólico-bateria-gerador de um edifício sem conexão com a rede, resultando em um balanço de energia e custo. No levantamento do potencial de captação e consumo de energia são considerados aspectos regionais, tecnológicos, espaciais e temporais. No equacionamento do sistema, desenvolve-se um algoritmo de despacho para atender qualquer composição do sistema híbrido (CSH). A modelagem em Excel permite o equacionamento, representação gráfica, simulação e otimização da solução. O processo de otimização baseia-se em algoritmos evolutivos multiobjetivos e adota-se a técnica de enxame de partículas, devido a necessidade de minimizar quatro objetivos simultaneamente: investimento, despesas operacionais, probabilidade de falta de energia, tempo de operação do gerador diesel. O objetivo do modelo é obter a melhor CSH por meio de simulação estocástica no espaço de soluções, em termos dos multiobjetivos estabelecidos. O espaço de objetivos representa todas as CSH simuladas, e por meio de restrições aplicáveis a estes resultados, é possível refinar progressivamente a faixa de variação de cada componente do SH. A metodologia do ℰ-constraint é adotada para encontrar a Fronteira de Pareto.

A simulação de alguns cenários considera a combinação entre as seguintes variáveis de entrada: localidade, tipo de uso e classe de consumo. Os resultados indicam sistemas mais enxutos em localidades de alta insolação, sob uso comercial e classe de consumo maior. O uso de geradores diesel se confirma como uma alternativa de baixo investimento e grande confiabilidade, mas, penalizando os custos operacionais e as emissões poluentes. A aplicação de aerogeradores em edifícios não revela benefícios evidentes, dado seu alto custo e baixo rendimento sob aplicações urbanas, e principalmente inconsistência de geração de energia dado o regime intermitente dos ventos. Dos quatro componentes analisados, a geração de energia fotovoltaica apresenta os resultados preferenciais em termos de custo. Subindo a classe de consumo, os sistemas híbridos otimizados indicam menores bancos de bateria em situações onde o gerador diesel opere ocasionalmente. Caso o requisito seja de que o gerador raramente opere, ao subir a classe de consumo os bancos de bateria tendem a ser relativamente maiores. O resultado deste trabalho é um modelo flexível que permite a simulação e adaptação de diversos parâmetros, possibilitando um maior entendimento da interação entre os vários componentes do sistema híbrido, bem como abre um novo enfoque para aplicação de outras tecnologias.