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Os sistemas de geração de energia do tipo eólicos e fotovoltaicos possuem uma característica intrínseca de intermitência, ou seja, são recursos energéticos renováveis que, para fins de conversão em energia elétrica pelo sistema de geração, não podem ser armazenados em sua forma original. Assim, sistemas de armazenamento de energia, dentre outras aplicações, se tornam fundamentais para esses sistemas intermitentes, pois permitem agregar disponibilidade, qualidade e confiabilidade ao gerenciar o fluxo de energia inclusive em regiões remotas que não são atendidas pela rede de distribuição. Dentre os sistemas de armazenamento de energia, nos últimos anos a opção pela utilização de baterias tornou-se viável técnica e economicamente em função da redução de custos e aumento de vida útil. Entretanto, o selecionamento de uma bateria depende de vários fatores que interferem na durabilidade, dentre eles os regimes e condições de uso. Os processos de envelhecimento que ocorrem numa bateria são variados e não existe um método universal que considere todos esses fatores ao mesmo tempo em que a bateria é submetida às variações típicas de carga e descarga. Uma vez que as taxas de perda de capacidade e potência não podem ser facilmente calculadas a partir do conhecimento teórico do sistema (pela sua complexidade), são necessários métodos práticos ou modelos que utilizem parâmetros de fácil determinação para gerar estimativas e previsões sobre a degradação da capacidade de armazenamento de energia e potência atuais e futuras. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia prática, aplicável a qualquer tecnologia de baterias, que permite, a partir de informações fornecidas pelos fabricantes ou obtidas de ensaios de laboratório, dimensionar baterias para sistemas de armazenamento e estimar sua durabilidade considerando a temperatura de operação, a profundidade de descarga e o tempo transcorrido desde sua fabricação. A metodologia desenvolvida permite considerar regimes de operação com ciclos irregulares, recargas incompletas, interrupções durante as cargas e/ou descargas e temperaturas variáveis. Outros parâmetros como a influência das correntes de carga/descarga e a variação do estado de carga não foram considerados.
Wind and photovoltaic power generation systems are characterized by intermittence, i.e., they are renewable energy resources that cannot be stored in their original form for conversion to electrical energy. Thus, energy storage systems, among other applications, become fundamental for these intermittent systems, as they allow to add availability, quality and reliability when managing the energy flow even in remote regions that are not served by the electrical distribution network. Among the energy storage systems, in recent years the option to use batteries has become technically and economically viable due to relevant cost reduction and an increase of the useful life. However, the selection of a battery depends on several factors that interfere with durability, among them the regimes and conditions of use. Aging processes that occur in a battery are varied and there is no universal method that considers all these factors at the same time as the battery is subjected to typical charge and discharge variations. The capacity and power loss rates cannot easily be calculated from the theoretical knowledge of the system (due to their complexity), therefore practical methods or models that use some parameters are needed to generate estimates and predictions about the degradation of the system. This work develops and describes a practical methodology, applicable to any battery technology, which allows, from information supplied by manufacturers or obtained from laboratory tests, that helps and facilitates how to determine battery configuration for storage systems and how to estimate their durability considering operating temperature, depth of discharge and the time since its manufacture. The methodology allows to consider operating regimes with irregular cycles, incomplete recharges, interruptions during loads and discharges and variable temperatures. Other parameters such as load currents and state of charge variation were not considered.
Data da defesa: 21/02/2020
Banca Examinadora
Orientador(a): Patricio Rodolfo Impinnisi (Lactec)
Membro da Banca: Cresencio Silvio Segura Salas (Lactec)
Membro da Banca: Cleverson Luiz da Silva Pinto (Copel)
Palavra(s)-Chave: Armazenamento de energia; Baterias; Determinação de vida útil.
Keywords: Energy storage; Batteries, Mechanism, modes and causes of degradation; Prediction of useful life.
