Centrais fotovoltaicas consorciadas à centrais geradoras hidrelétricas (CGHS) - um estudo de caso
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Regina Mambeli Barros
Heverton Augusto Pereira
Heverton Augusto Pereira
Resumo
O uso de sistemas fotovoltaicos instalados sobre a água tem algumas vantagens em relação aos sistemas instaladas em terra, telhados, etc., como por exemplo, o resfriamento dos painéis aumentando sua eficiência, custo evitado na aquisição/locação de terrenos, diminuição da evaporação no reservatório e diminuição nas emissões de CO2. Considera-se que a utilização de Centrais Fotovoltaicas Flutuantes (CFVF) consorciadas a Usinas Hidrelétricas (UHEs) também têm como ponto positivo o seu baixo custo de conexão à rede elétrica devido a existência, geralmente, de uma estrutura de conexão das UHEs. O sistema é subdividido em três partes: subsistema gerador, composto pelos painéis e as estruturas de montagem; subsistema condicionador de potência, constituído pelo inversor fotovoltaico e seus controles, e um armazenador de energia, que nesse caso seria o próprio reservatório que retém a água a ser turbinada. Desse modo, o reservatório funciona como um “armazenador de energia” sendo que os geradores hidroelétricos produzirão a energia, por exemplo, nos horários de pico de demanda e/ou quando houver baixa irradiação solar. Para o desenvolvimento desse trabalho propõe-se utilizar planilhas estruturadas em Excel com entradas de dados simples que que permitam simular a geração das CGHs frente às configurações de arranjo básico investigadas e a disponibilidade de energia fotovoltaica frente a disponibilidade local. O estudo de caso apresenta uma proposta referente a instalação de uma Central Fotovoltaica Flutuante (CFVF) de 3,375 MW no reservatório auxiliar de regularização da Central Geradora Hidrelétrica REPI (CGH REPI), situada na cidade de Wenceslau Braz /MG. A usina fornece energia para Indústria de Material Bélico (IMBEL), estando enquadrada na categoria de Autoprodutor de Energia. Os resultados obtidos demonstram que o sistema pode gerar energia com o menor custo, em relação ao ângulo de inclinação, de R$ 588,00/MWh, ocupando apenas 23% do reservatório auxiliar e evitando a evaporação de 46.956,18 m3 de água por ano. Do ponto de vista energético, o ganho médio de energia gerado pela hidrelétrica após a adição da geração FV flutuante seria de 53%. O período de retorno para o investimento foi estimado em 7 anos com custos iniciais de R$ 25.038.499,20 para o preço de venda de energia de 0,78 R$/kWh. As emissões CO2 podem ser compensadas após 3 anos e 10 meses de funcionamento da CFVF.
Abstract
The use of photovoltaic systems installed over water has some advantages over systems
installed on land, roofs, etc., such as cooling the panels, increasing their efficiency, avoided
cost in land acquisition/leasing, reduced evaporation in the reservoir and decrease in CO2
emissions. It is considered that the use of Floating Photovoltaic Plants (CFVF) in consortium
with Hydroelectric Power Plants (UHEs) also has as a positive point its low cost of connection
to the electricity grid due to the existence, generally, of a connection structure for the UHEs.
The system is subdivided into three parts: generator subsystem, composed of panels and
assembly structures; power conditioning subsystem, consisting of the photovoltaic inverter and
its controls, and an energy store, which in this case would be the reservoir itself that holds the
water to be turbined. In this way, the reservoir works as an “energy store” and the hydroelectric
generators will produce the energy, for example, during peak demand hours and/or when there
is low solar irradiation. For the development of this work it is proposed to use structured Excel
spreadsheets with simple data entries that allow to simulate the generation of CGHs against the
investigated basic arrangement configurations and the availability of photovoltaic energy
against the local availability. The case study presents a proposal for the installation of a 3.375
MW Floating Photovoltaic Plant (CFVF) in the auxiliary reservoir for regularization of the
REPI Hydroelectric Generating Plant (CGH REPI), located in the city of Wenceslau Braz / MG.
The plant supplies energy to the Military Material Industry (IMBEL), falling under the category
of Self Producer of Energy. The results obtained demonstrate that an inclination of the PV panel
of approximately 5° can generate energy with the lowest cost, of R$ 588.00/MWh, occupying
only 23% of the auxiliary reservoir and avoiding the evaporation of 46,956.18 m3 of water per
year. From an energy point of view, the average energy gain generated by the hydroelectric
plant after the addition of floating PV generation would be 53%. The payback period for the
investment was estimated in 7 years with initial costs of R$25,038,499.20 for the energy sale
price of R$0.78/kWh. And CO2| emissions can be offset after 3 years and 10 months of CFVF
operation.
Assunto
Engenharia mecânica, Geração de energia fotovoltaica, Viabilidade econômica, Usinas hidrelétricas
Palavras-chave
Centrais fotovoltaicas flutuantes, Centrais hibridas, Aumento do fator de capacidade de CGHs, Viabilidade econômica e energética