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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Análise da viabilidade de geração conjunta eólica/solar em Microgrid conectado à rede
Authors: Luciana Sant Ana Marques
First Advisor: Leonardo Pereira Santiago
Abstract: O esgotamento dos recursos fósseis, os problemas ambientais, a dificuldade/custo de acompanhar a demanda e a busca por sistemas mais confiáveis colocam em cheque o modelo de sistema elétrico dominante. Neste contexto, as gerações eólica e solar surgem como soluções limpas e inesgotáveis. Além do grande potencial de geração, elas podem ser descentralizadas, enquadrando-se no conceito de Geração Distribuída. Apesar destes benefícios, a energia gerada a partir do vento e do sol é intermitente, pouco previsível, não despachável e, em alguns casos, os momentos de maior geração de energia não coincidem com os picos de carga. Sendo assim, para integração otimizada destas fontes nos sistemas é necessário considerar seus aspectos e incertezas, além das características do mercado. Ressalta-se que a literatura atual foca ou na previsão das variáveis que impactam o potencial eólico e solar prioritariamente para fins operacionais ou no dimensionamento do sistema isolado de geração conjunta. Faltam estudos que acrescentem ao processo de tomada de decisões de investimento em sistemas alternativos on-grid mais informações sobre o potencial de geração destas fontes e sobre as políticas do mercado. Sendo assim, este trabalho visa avaliar alternativas para viabilizar a geração conjunta de energia elétrica em microgrid, a partir das fontes solar e eólica, no cenário brasileiro. Para tal, é proposta uma metodologia em três fases: na primeira, os dados de velocidade do vento e radiação solar são coletados, validados e previstos usando modelos de regressão linear e quantílica. Com base nas curvas previstas e nos parâmetros técnico financeiros de geração, três modelos de otimização para design do sistema híbrido são propostos e ilustrados via um estudo de caso, na cidade de Petrolina. Os três modelos representam os seguintes cenários (i) ausência de políticas de incentivo, (ii) advento do net-metering e (iii) simulação da tarifa branca com net-metering. Na última fase, o sistema é analisado com indicadores de confiabilidade, custo e eficiência. Além disso, avalia-se o impacto na viabilidade do sistema de subsídios de capital, de reajustes na tarifa e da incerteza de geração. Os resultados são confrontados com métodos comumente utilizados e indicam que a regressão quantílica gera menores erros preditivos no tratamento dos dados. Além disso, a política net-metering se mostrou interessante no dimensionamento equilibrado do sistema, mas não é capaz de viabilizar a geração fotovoltaica por não agir nos fatores que definem a paridade com o Grid (custo de geração versus tarifa). Para isso, subsídios de capital são necessários. A política de tarifa branca tem um impacto negativo na viabilidade do sistema, diminuindo a competitividade das tecnologias, que devem aumentar a geração fora do pico para compensar nos horários de pico. Finalmente, as perspectivas de aumento da tarifa para 2015 posicionam as gerações alternativas como opção ao modelo vigente, cada vez mais caro.
Abstract: The fossil fuels depletion, the environmental concerns, the difficulty to match supply with demand, and the pursuit of more reliable systems are some of the driving forces that question the current electricity business model. In this context, the wind and solar power generation appear as clean and inexhaustible alternative sources of energy with distinct features such as strong generation potential and the possibility of being generated through decentralized sources, as distributed energy resources (DER). Despite these distinct advantages, these two sources of power generation are intermittent, hard to predict, and not dispatchable. As a consequence of such drawbacks, the energy generated through wind and solar sources may not match the real time electricity demand. Therefore, to optimize the integration of these sources in electrical systems, the key uncertainties and the market characteristics have to be taken into account. The current literature focuses mainly on wind and solar forecasting - usually for operational decisions - or on designing hybrid stand-alone systems. To the best of our knowledge, there is almost no paper that investigates these sources power potential combined with the market policies to shed light on the investment decision process. This work aims to evaluate alternatives to promote on-grid hybrid wind/PV systems as microgrids. We propose a three steps methodology as follows. First, wind speed and solar radiation databases are collected, validated and forecasted using linear and quantile regression models. Then, using the forecasted curves, three optimization models for hybrid systems design are suggested and illustrated with a case study in the city of Petrolina. The models capture three scenarios: (i) no incentive policies, (ii) net-metering and (iii) net-metering together with time of use electricity tariff. Finally, the designed systems are assessed through reliability and cost/efficiency metrics. Once the tree step approach is concluded, we investigate the impact of capital subsidies, tariff adjustments and generation uncertainty in the system feasibility and metrics. The results are contrasted with commonly used methods and indicate that quantile regression generates less forecasting errors when fitting the data. In addition, net-metering policy is interesting for a balanced design of the system, but it does not enable grid parity, which therefore fails to make PV panels feasible. We conclude that capital subsidies are necessary. Furthermore, the Brazilians time of use tariff has a negative impact in the system and reduces the technologies attractiveness because they have to generate more power during the off-peak hours to compensate the peak hours. Finally yet importantly, the tariff adjustments perspectives for 2015 and beyond place the alternative generations as option to the prevailing model, which has been increasingly expensive in the past years.
Subject: Energia Fontes alternativas
Engenharia de produção
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A47PEY
Issue Date: 26-Mar-2015
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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