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Tese-Jose Carvalho - Repositório Científico do Instituto

1. Dias do m s Figura 4 44 Balan o energ tico o m s de agosto e dezembro CCLZ dotado de sistema PV A Figura 4 45 e a Figura 4 46 mostram a evolu o da energia importada da rede a montante e exportada para a rede a montante de um dia do m s de agosto e de um dia do m s de dezembro respetivamente Por observa o destas Figuras verifica se que o CCLZ s adquirir energia junto da rede a montante nas horas em que a produ o das unidades de PD n o suficiente para satisfazer o consumo Tomando como refer ncia a Figura 4 45 constata se que nas horas de ponta do per odo da manh e cheias da hora de almo o Quadro 4 1 o CCLZ poder ser uma ajuda significativa da rede a montante devido a energia que a esta poder entregar Contudo nas horas de ponta noturnas o CCLZ tem necessidade de recorrer rede para satisfazer os seus consumos Outra conclus o que o CCLZ mais dependente da rede a montante no m s de dezembro Note se que esta conclus o j era esperada pois as unidades de PD t m como base unicamente a tecnologia PV logo a depend ncia da rede ser maior nos meses de menor exposi o solar 113 4 Casos de estudo 0123456738 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 E a do Im o UJ
2. Dias do m s Figura 4 52 Balan o energ tico o m s de agosto e dezembro CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e e lica A Figura 4 53 e a Figura 4 54 mostram a evolu o das trocas de energia com a rede a montante para um dia do m s de agosto e um dia do m s de dezembro respetivamente Os valores destas Figuras permitem concluir que o CCLZ com sistemas micro e licos s o os menos dependentes da rede a montante Conclui se portanto que os sistemas micro e licos podem ser um complemento s restantes tecnologias de gera o 123 4 Casos de estudo 01234567 8 9 101112 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 E E do Im o lu Figura 4 53 Balan o energ tico para o dia do m s de agosto CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e e lica O 1 2 3 45 6 7 8 9 101112 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 Energia kWh Figura 4 54 Balan o energ tico para o dia do m s de dezembro CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e e lica Note se que neste caso a introdu o de sistemas micro e licos causa um aumento de perdas de energia relativamente ao CCLZ sem sistemas micro e licos como mostra o Quadro 4 66 Este facto est relacionado com o aumento da energia exportada para a rede a montante comparativamente com o CCLZ dotado de PV e de microcogera o 124 4 Casos de estudo Quadro 4 68 Perdas produzidas CCLZ dotado
3. A Figura 4 52 mostra o balan o energ tico do m s de agosto e de dezembro Os valores positivos representam a energia adquirida junto da rede a montante pelo condom nio e os valores negativos representam a energia injetada na rede a montante pelo condom nio 122 4 Casos de estudo UL li Ss LIL E agosto dezembro x po a ra us
4. 4 3 2 Armazenamento distribu do Paralelamente aplica o j apresentada AE centralizado e cujos resultados foram apresentados anteriormente foi desenvolvida uma segunda aplica o Esta aplica o considerou os seguintes propostos i cada AD possui sistemas de gera o e de AE capaz de satisfazer o seu pr prio consumo e ii o excesso de energia produzido por todos os AD entregue rede a montante tal como acontece na an lise anterior A Figura 4 32 retrata a tipologia adotada para a liga o dos diversos equipamentos 1 Arm rio Arm rio Bateria Figura 4 32 Tipologia de liga o adotada para o sistema de AE distribu do de referir que os custos da tecnologia de AE PV e lica perdas manuten o excesso de energia e pellets s o considerados os mesmos referidos na sec o 4 1 Note se no entanto que na abordagem anterior onde o sistema de aquecimento era centralizado foi utilizado o Software RETscreen para determinar a sua pot ncia de ponta 280 kW t rmicos e 50 kW el tricos No entanto na presente abordagem onde a cada AD se encontra ligado uma unidade de microcogera o necess rio determinar as pot ncias das referidas unidades Assim sendo foi considerado que a pot ncia anteriormente obtida pelo Software RETscreen 280 kW t rmicos e 50 kW el tricos distribu da pelos diversos A
5. No Quadro 4 34 encontra se o valor anual produzido pelos sistemas de gera o A energia anual entregue rede e a percentagem que tal representa da produ o total Da produ o anual 255 71 MWh 90 26 MWh s o produzidos pelo sistema de microcogera o 53 8 MWh pelo sistema PV e 110 65 MWh pelos sistemas micro e licos Quadro 4 34 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado Produ o Anual Energia entregue Percentagem da produ o MWh rede MWh entregue rede O custo m dio de produ o da energia el trica no condom nio de 0 24 kWh O Quadro 4 35 cont m os valores do custo de produ o para as diferentes solu es apresentadas Estes valores permitem concluir que a solu o que apresenta menor custo de produ o a que considerara unicamente a instala o da tecnologia PV Quadro 4 35 Custos m dio de produ o do condom nio das v rias solu es AE centralizado PV kWh PV uCHP kWh PV uCHP Eolica kWh 0 20 0 28 0 24 J o custo m dio da energia el trica no condom nio de 0 34 kWh O Quadro 4 36 cont m os valores do custo m dio da energia para as diferentes solu es apresentadas Mais uma vez a solu o que apresenta menor custo m dio de energia o que considera unicamente a instala o da tecnologia PV Quadr
6. Figura 4 45 Balan o energ tico para um dia do m s de agosto CCLZ dotado de sistema PV 0123 45 6 7 8 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Energia kWh Figura 4 46 Balan o energ tico para um dia do m s de dezembro CCLZ dotado de sistema PV No que respeita s perdas no presente caso verifica se um aumento relativamente ao condom nio aut nomo como mostra o Quadro 4 57 Este aumento est relacionado com o aumento da pot ncia instalada no interior do condom nio 114 4 Casos de estudo Quadro 4 57 Perdas produzidas CCLZ dotado de sistema PV Antes do Depois do condom nio Depois do condom nio de condom nio Sec o aut nomo Sec o de C L Z Sec o de 240 de 35 mm 240 mm mm Energia o 0 57 1 62 8 2 perdas MWh ano A Figura 4 47 apresenta o perfil de tens o no AD n mero 5 semelhan a do que acontece nas abordagens anteriores a coloca o de PD aumenta os n veis de tens o nas horas de produ o A Figura mostra tamb m que os limites m ximos e m nimos de tens o nunca ser o violados aStosplldgdasadia n h REE HATH AT g agosto a amp o ul 2 c D dezembro ANMANONROD Figura 4 47 Perfil de tens o do AD 5 CCLZ dotado de sistema PV O Quadro 4 59 permite a compara o das solu es considerando unicamente a PD com base na tecnologia PV A primeira conclus o a retir
7. 1 de dezembro 012345678 91011121314151617181920212223 Hora Figura 4 3 Perfil de consumo do conjunto de consumidores em diferentes dias do ano 68 4 Casos de estudo 4 1 4 Caracteriza o dos equipamentos O modelo matem tico descrito na sec o 3 tem como objetivo a minimiza o do custo global da solu o a implementar Para tal torna se necess rio conhecer a tipologia do sistema e os custos dos elementos a utilizar na sua constitui o Na Figura 4 4 vis vel a tipologia adotada neste caso para a conce o do condom nio ese Armario parar n Figura 4 4 Condom nio aut nomo com AE centralizado O custo associado a cada uma das tecnologias de PD foi obtido tendo em conta os custos de investimento inclui se aqui o custo de instala o e aquisi o da tecnologia e os custos de opera o e manuten o Os m dulos de pain is fotovoltaicos foram selecionados de um cat logo comercial de um revendedor do fabricante ET sendo apresentados os custos no Quadro 4 9 Quadro 4 9 Custo de tecnologia PV Pot ncia de pico Wp Pre o do m dulo Custo Wp 250 200 0 80 O Quadro 4 10 mostra os par metros revelantes para os pain is PV adotados 69 4 Casos de estudo Quadro 4 10 Par metros dos pain is PV Par metro Valor ef irradi ncia s condi es de
8. 6 Renovaveis na hora 2012 Fevereiro renovaveisnahora Online http www renovaveisnahora pt web srm informacoes 7 Marc Ringel Fostering the use of renewable energies in the European Union the race between feed in tariffs and green certificates in Renewable Energy Germany Elsevier January 2006 pp Pages 1 17 8 R Dugan T McDermott and GE Ball Planning for distributed generation in Industry Applications Magazine USA IEEE 2001 pp 80 88 9 R C Dugan Challenges in considering distributed generation in the analysis and design of distribution systems in Power and Energy Society General Meeting Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century 2008 IEEE Knoxville 2008 pp 1 6 10 Ashoke Kumar Basua S P Chowdhury S Chowdhuryb and S Paul Microgrids Energy management by strategic deployment of DERs A comprehensive survey in Renewable and Sustainable Energy Reviews India Elsevier 2011 pp 4348 4356 11 P Mois s Costa and Manuel A Matos Avoided Losses on LV Networks as a Result of Microgeneration in Electric Power Systems Research Elsevier Abril 2009 vol 79 ch 4 pp 629 634 12 P Mois s Costa Manuel A Matos and J A Pe as Lopes Regulation of microgeneration and microgrids Energy Policy vol 36 no 10 pp 3893 3904 2008 13 T Hoff and D S Shugar The value of grid support photovoltaics in reducing distribution system losses JEEE T
9. 67 4 Casos de estudo outras palavras a instala o de PD e de AE caso exista no condom nio tem necessariamente de satisfazer os requisitos da carga Note se que n o se quer com isto dizer que a PD tem de satisfazer a carga em tempo real uma vez que e No caso do condom nio aut nomo a PD em conjuga o com o AE deve assegurar a satisfa o da carga el trica neste caso em tempo real e No caso do CCLZ a PD em conjuga o com a energia adquirida junto da rede a montante deve assegurar a satisfa o da carga el trica Conclui se portanto que o sobredimensionamento da gera o e ou do AE caso exista compromete o correto funcionamento do sistema insufici ncia da gera o para atender ao consumo Neste tipo de problemas a melhor solu o consiste na utiliza o dos diagramas de carga anual de cada consumidor perfil de consumo Para o efeito consideraram se os perfis t picos de consumo para BT dispon veis no s tio da REN na internet e optou se por considerar os consumos anuais apresentados no Quadro 4 8 Quadro 4 8 Consumos anuais por consumidor Tipo de edifica o Consumo anual kWh T3 5000 T4 6000 Po TS o 7000 Com base nos consumos anuais apresentados anteriormente obteve se a Figura 4 3 que mostra graficamente o perfil de consumo do el trico condom nio para alguns dias do ano x amp 5 c lt e a 1 de feveiro 1 de agosto
10. Nesta sec o s o apresentados os valores da rede em estudo obtidos numa simula o efetuada rede do condom nio sem PD no seu interior todo o consumo satisfeito pela rede a montante Na pr tica este cen rio ir permitir a obten o de resultados para posterior compara o com os resultados obtidos ap s o estabelecimento do condom nio energ tico Note se que nesta simula o foi obtida considerando que a rede de distribui o de energia possui uma sec o t cnica de 35 mm LSVAV 4x35 mm Este valor foi obtido considerando o disposto na sec o 4 1 2 Na Figura 4 12 e na Figura 4 13 encontram se os resultados dos valores de tens o nos AD 3 perfil mais elevado e 5 perfil mais baixo para todas as horas do m s de agosto e dezembro da rede em an lise na situa o inicial Em termos t cnicos o perfil de tens o da rede deve encontrar se entre os valores de 0 95 e 1 05 p u No caso da rede em estudo para o cen rio criado as tens es dos arm rios representados encontram se dentro dos limites estabelecidos os n veis de tens o dos restantes AD encontram se entre os valores representados 77 4 Casos de estudo bRRARAR ARE id dezembro Tens o DH agosto dezembro Tens o p u agosto ANMTANOMOD Figura 4 13 Perfil de tens o do AD 3 sem condom nio A Figura 4 14 mostra a t tulo de exemplo o valor de perdas ocorridas ao longo da rede de distribui o de energia durante o
11. e Um controlador central da microrede MGCC MicroGrid Central Controller e Controladores de produ o um por cada microgerador MC Microsource Controller e Controladores de carga um por cada consumidor LC Load Controller Os controladores de produ o MC fazem o controlo das pot ncias ativa e reativa produzidas pelos sistemas de microgera o e pelos sistemas de AE Os controladores de carga LC controlam as cargas podendo em algumas situa es interrompe las J o controlador central da microrede MGCC tem a fun o de gerir a microrede com objetivo de garantir as 16 2 Conceitos Inovadores quest es t cnicas e otimizar o desempenho econ mico Isto conseguido com base num sistema de comunica o que permite a troca de informa o entre os diversos controladores Esta informa o enviada com uma periocidade bem definida e pode por exemplo incluir pontos de funcionamento para os LC e MC A instala o de sistemas de AE no interior de uma microrede Figura 2 9 um elemento essencial para assegurar o bom funcionamento durante os per odos em modo isolado Efetivamente a reduzida contribui o dos sistemas de microgera o para as correntes de defeito devido utiliza o de interfaces eletr nicos torna necess ria a utiliza o de um sistema adequado para prote o Este facto imp e a exist ncia de sistemas capazes de garantir a inje o de pot ncia na rede de mod
12. kWh Este valor foi obtido considerando uma estimativa da energia produzida ao longo dos vinte anos pela tecnologia PV e microcogera o e o custo total do sistema 2098050 A Figura 4 48 mostra o balan o energ tico do m s de agosto e de dezembro Os valores positivos representam a energia adquiria junto da rede a montante pelo condom nio e os valores negativos representam a energia injetada na rede a montante pelo condom nio 117 4 Casos de estudo Non ono S o 6 E agosto dezembro Z O bo hee o c us Dias do m s Figura 4 48 Balan o energ tico o m s de agosto e dezembro CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o
13. o possibilitando o desenvolvimento de uma microrede aut noma tamb m do ponto de vista t rmico Assumindo que o sistema de microcogera o instalado em substitui o de sistemas de aquecimento central a determina o da capacidade nominal da caldeira de microcogera o quer t rmica quer el trica pode ser conseguida utilizando uma metodologia com dois passos fundamentais O primeiro passo consiste na determina o da pot ncia t rmica de uma caldeira convencional capaz de satisfazer a procura de energia t rmica Frequentemente o c lculo das necessidades t rmicas de um edif cio ou conjunto de edif cios conseguido atrav s de programas especificamente desenvolvidos para o efeito Uma aplica o desenvolvida para esse fim o RETscreen utilizado no presente projeto Esta aplica o permite obter a pot ncia t rmica a instalar para uma caldeira alimentada a biomassa ou outro tipo de combust vel de forma a satisfazer a curva anual de energia t rmica de um aglomerado de habita es Adicionalmente permite dimensionar a rede de distribui o de energia t rmica O processo de dimensionamento envolve a utiliza o de informa o sobre graus dia a menor temperatura verificada no local do projeto a rea de piso a aquecer as perdas na rede de distribui o e a procura de guas quentes sanit rias importante referir que os dados relativos aos graus dias e menor temperatura verificada no local do projeto j se incl
14. o bem como as caracter sticas mais relevantes do equipamento 71 4 Casos de estudo Quadro 4 17 rea do piso a aquecer por habita o ao rea a aquecer m T3 150 T4 180 T5 250 Quadro 4 18 Custos e caracter sticas de uma caldeira de microcogera o Custo Pot ncia el trica Pot ncia t rmica Consumo de pellets nes kW kW plena carga kg hora 280000 70 280 140 Como referido na sec o 3 a modeliza o s considera os sobrecustos do sistema de microcogera o Por outras palavras a modeliza o considera os custos de uma caldeira convencional por forma a determinar o acr scimo de custo pela utiliza o da tecnologia de microcogera o No Quadro 4 19 encontram se os custos de uma caldeira convencional com caracter sticas t rmicas semelhantes caldeira microcogera o assumida como referencia no presente estudo Quadro 4 19 Custos e caracter sticas de uma caldeira convencional Pot ncia t rmica Consumo de pellets Custo kW plena carga kg hora 63047 280 73 Verifica se nos quadros anteriores que tanto a caldeira convencional como a unidade de microcogera o s o sistemas alimentados a biomassa pellets tendo sido assumido um custo por kg de pellets igual a 0 20 c ntimos O sistema micro e lico utilizado foi selecionado de um cat logo come
15. o de 99 kW distribu dos pelos AD segundo o Quadro 4 24 Quadro 4 24 Distribui o da PD sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado Arm rio Pot ncia PV a instalar kW AD 1 9 AD 2 18 AD 3 54 AD 4 18 AD 5 0 Total 99 85 4 Casos de estudo A instala o de um sistema de microcogera o permite a redu o da pot ncia PV a instalar comparativamente solu o anterior Esta redu o de 135 kW correspondendo a 57 6 da pot ncia PV no cen rio sem microcogera o tal como mostra o Quadro 4 25 Quadro 4 25 Compara o das pot ncias PV a instalar com e sem microcogera o AE centralizado Pot ncia PV sem uCHP Pot ncia PV com uCHP Varia o Varia o kW kW kW 234 99 135 57 6 Para al m das capacidades PV e de microcogera o referidas a metodologia prop e a instala o de um sistema de AE de 804 96 kWh A capacidade do sistema de AE sofre portanto uma redu o com a introdu o do sistema de microcogera o relativamente solu o anterior Esta redu o de 309 04 kWh correspondendo a 27 7 da capacidade de AE no cen rio sem microcogera o tal como mostra o Quadro 4 26 Quadro 4 26 Compara o das capacidades de AE a instalar com e sem microcogera o AE centralizado Capacidade do AE sem Capacidade do AE com Varia o Varia o uCHP kWh
16. o para alimentar a rede a montante As opera es de deslastre tender o a ser executadas de acordo com a prioridade de alimenta o No modo isolado estas estruturas funcionam de modo isolado da rede a montante abastecendo unicamente as cargas internas 2 6 1 1 Sistemas de armazenamento aplic veis A escolha do sistema de armazenamento a empregar nestas entidades deve ter em conta algumas caracter sticas fundamentais nomeadamente 1 boa densidade de energia 11 e boa densidade de pot ncia Efetivamente o presente estudo centra se na resposta em energia pois em sistemas aut nomos de modo assegurar a continuidade de servi o h necessidade de colocar sistemas de AE capazes de garantir o abastecimento quando n o existe energia proveniente das fontes de produ o No entanto no contexto das microredes com possibilidade de funcionamento aut nomo a resposta em pot ncia tamb m um fator importante por forma a garantir a atua o das prote es Para melhor compara o das tecnologias em estudo apresenta se o Quadro 2 1 Este Quadro apresenta um resumo das principais caracter sticas dos sistemas de armazenamento referidos anteriormente sec o 2 5 Quadro 2 1 Caracter sticas de sistemas de armazenamento 80 81 82 T logi Custo Tempo de Pot ncia Densidade de Densidade de ecno 1 Ses kWh vida anos MW energia Wh kg pot ncia W kg Bateria cida 230 5 15 20 50 200 Barchan
17. tamb m um elemento fulcral ao bom funcionamento do condom nio energ tico aut nomo como foi referido na sec o 2 5 O estabelecimento de um condom nio energ tico a exemplo do que ocorre nas microredes implica a instala o de uma infraestrutura de comunica o que permita a gest o e controlo integrado da PD do armazenamento e das cargas Tal como nas microredes os elementos de controlo encontram se organizados em n veis hier rquicos O condom nio energ tico aut nomo tal como a microrede tamb m possui dois modos de opera o o modo interligado e o modo isolado de notar que em qualquer dos modos de funcionamento os consumidores do condom nio s o satisfeitos unicamente pela produ o interna No modo interligado estas entidades encontram se ligadas rede a montante exportando eletricidade e em algumas situa es servi os de sistema abordados no cap tulo 5 Naturalmente quando solicitado um servi o o condom nio energ tico pode n o possuir produ o suficiente para atender a esse pedido Nesta situa o os sistemas PD control veis 23 2 Conceitos Inovadores como por exemplo os sistemas de microcogera o que n o estejam em funcionamento podem ser acionados para satisfazer as necessidades da rede a montante Outra alternativa a utiliza o de a es de deslastre de cargas Este procedimento permite reduzir o consumo interno do condom nio energ tico permitindo desviar parte da produ
18. Produ o Anual Energia entregue Percentagem da produ o total MWh rede MWh que entregue 4 rede 280 116 5 41 8 O custo m dio da energia el trica consumida no condom nio e o custo m dio de produ o da energia el trica assumindo os valores respetivamente de 0 48 kWh e de 0 31 kWh Para melhor compara o das solu es apresenta se o Quadro 4 47 contendo o VAL o custo m dio da energia el trica consumida e as pot ncias a instalar para a presente solu o e para a solu o apresentada anteriormente sistema dotado de PV e AE distribu do A compara o das duas solu es permite perceber que existem diferen as significativas em especial no que se refere capacidade do AE e pot ncia PV a instalar A utiliza o de sistemas de microcogera o leva a uma diminui o na pot ncia PV neste caso resulta numa diminui o de 126 kW ou seja 56 9 Al m disso a inclus o dos sistemas de microcogera o implicar 102 4 Casos de estudo tamb m uma diminui o da capacidade total dos sistemas de AE distribu dos na totalidade d se uma diminui o de 61 92 kWh isto cerca de 6 O valor do custo m dio de produ o de energia superior ao verificado no caso anterior cerca de 0 21 kWh mais caro Este aumento est relacionado com dois factos o elevado custo da tecnologia de microcogera o e os custos de produ o inerentes aos ditos sistemas de
19. Tmax 3 18 Onde Uypp a tens o MPP do painel fotovoltaico em V e Tmax a temperatura m xima verificada no local de instala o em C geralmente esta componente toma o valor de 70 C A metodologia atrav s da restri o da express o 3 19 garante ainda que a m xima corrente de entrada no inversor maior ou igual que a corrente de curto circuito m xima da fonte PV Nparalelos pv x Bepo x 1 25 lt Lanes 3 19 Onde Nyaratelospv O n mero de fileiras de pain is fotovoltaicos paralelo ligadas ao imersor instalado no AD i Isc py corrente de curto circuito dos pain is fotovoltaicos ligado ao inversor instalado no AD i em A Ipc max representa a m xima corrente de entrada CC do inversor instalado no AD i em A O modo de liga o do armazenamento implica tamb m restri es t cnicas que devem ser garantidas nomeadamente relacionadas com os n veis de tens o dos equipamentos Neste caso as equa es 3 20 e 3 21 garantem por um lado que a tens o m xima das s ries inferior tens o m xima admiss vel pelo interface do armazenamento inversor e por outro lado que as s ries apresentam uma tens o m nima superior a m nima do referido interface Ns rie bat x Ubat max lt Umax inv bat 3 20 Ns rie bat x Usat min gt Umin inv bat 3 21 Sendo Ns rie bat n mero de baterias em s rie Upatmin Ubatmax Tespetivamente os valores m nimo e m ximo de tens o da b
20. o dos desequil brios de fase Desenvolvimento de uma metodologia que permita relacionar de forma mais coerente o fator de carga e a energia el trica disponibilizada pelo sistema de microcogera o No presente caso foi considerada uma rela o linear Considerar uma abordagem de custo m nimo para os sistemas de microcogera o Ou seja considerar um armazenamento t rmico de forma a permitir que este opere quer por necessidades t rmicas quer por necessidades el tricas sem desperd cio da energia t rmica Estudar a viabilidade destas entidades fornecerem outro tipo de servi os de sistema como por exemplo o controlo de frequ ncia REFER NCIAS 1 Jorge A Mendes de Sousa Integra o de mercados liberalizados de energia el ctrica com aplica es ao MIBEL UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA LISBOA Disserta o de Doutoramento 2005 2 Helder Filipe da Silva Heitor HARMONIZA O DOS SERVI OS DE SISTEMA ENTRE PORTUGAL E ESPANHA Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto Disserta o realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores 2008 3 EDP 2012 Abril edpsu Online http www edpsu pt pt CUR Pages organizacaoDoMercado aspx 4 EDP 2012 Abril edp Online http en peninsula press com uploads Custom Publishing 2012 0n26 PT ON26 28local 29 intranet pd f 5 Erse 2012 Maio erse Online http www erse pt pt Paginas home aspx
21. ta jo Figura 5 11 Disponibilidade do sistema de microcogera o nos meses frios para prestar servicos a rede 137 5 Servi os de sistema ui w jo x S 4 c lt o a N O ta jo 0123 45 67 8 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 5 12 Disponibilidade do sistema de microcogera o nos meses quentes para prestar servicos a rede A unidade de microcogera o possui dois modos de funcionamento nomeadamente o modo normal e o modo alternativo No funcionamento normal o objetivo prim rio a produ o de energia t rmica tendo como subproduto a produ o de energia el trica O modo alternativo corresponde produ o de energia el trica tendo como subproduto a energia t rmica Neste modo a energia t rmica poder ser armazenada ou ent o libertada para a atmosfera No presente estudo no caso de presta o de servi os rede a montante devido n o considera o de armazenamento t rmico a energia t rmica libertada para atmosfera O custo de produ o da turbina no modo alternativo sem aproveitamento da energia t rmica apresentado na express o 5 3 Cons X Cpeitets _ 140 x 0 20 Corodu o chp Es 70 0 40 kWh 5 3 Sendo Cons o consumo nominal de pellets da unidade de microcogera o em kg Cyenets O custo do kg de pellets em kg e E a energia el trica produzida s condi es nominais da maquina em kWh
22. 76 84 44 M Houwing Smart Heat and Power Utilizing the Flexibility of Micro Cogeneration Delft Pa ses Baixos Next Generation Infrastructures Foundation 2010 45 Greensgogreen 2012 Janeiro greensgogreen Online http greensgogreen blogspot pt 2008 01 micro combined heat and power html 46 J Harrison and Redford S Domestic CHP What are the potential benefits Energy Saving Trust by EA Technology Limite Chester 2001 47 A D Hawkes and M A Leach Cost effective operating strategy for residential micro combined heat and power in Energy Elsevier 2005 ch 5 pp 711 723 48 Bernard Aoun St phane Thiers and Bruno Peuportier Experimental Characterization of a Micro CHP unit based on a Stirling Engine fueled by Wood Pellets ISEC International Stirling Engine Committee Fran a 2009 49 Comiss o Europeia 2012 Agosto eur lex europa Online http eur lex europa eu LexUriServ LexUriServ do uri 0J L 2010 153 0013 0035 PT PDF 50 EUROPEAN COMMISSION Vision and Strategy for Europe s Electricity Networks of the Future European SmartGrids Technology Platform EUROPEAN COMMISSION Europa Community research 2006 51 Jingcheng Gao Yang Xiao Jing Liu Wei Liang and Philip Chenc C L A survey of communication networking in Smart Grids in Future Generation Computer Systems Elsevier 2012 ch 2 pp 391 404 52 S Nithin N Radhika and V Vanitha SMART GRID TEST BED BA
23. Adicionalmente este tipo de entidades permitir integrar edif cios de habita o transporte por exemplo ve culos h bridos e industria com um objetivo comum possuir um consumo liquido zero No entanto a defini o de uma comunidade de consumo l quido zero mais complexa do que a de um edif cio Esta complexidade resulta do facto da energia n o se destinar unicamente aos edif cios mas tamb m ind stria e transportes Zz O objetivo desta disserta o a defini o de um condom nio energ tico onde as infraestruturas existentes s o unicamente destinadas a habita o Al m disso de salientar que o foco principal deste trabalho essencialmente a energia necess ria ao consumo dom stico pelo que n o se contabilizam consumos relacionas com transporte e similares Portanto a metodologia desenvolvida utiliza o conceito de Net Zero Site Energy ou seja Necessidades al lt Produ o tua 2 7 Tomando como refer ncia a equa o 2 7 teremos que o processo de otimiza o poder se economicamente vi vel dimensionar PD capaz de gerar anualmente mais energia que aquela que consumida pelo condom nio J no caso de n o ser economicamente vi vel o processo de otimiza o dimensionar PD capaz de no m nimo satisfazer as necessidades energ ticas anuais do condom nio Note se que a referida viabilidade est diretamente relacionada com 28 2 Conceitos Inovadores tarif rios da energ
24. O cap tulo 1 constitu do pela introdu o onde feita a contextualiza o do trabalho e se apresentam as contribui es que se pretendem atingir Este cap tulo conclu do com a descri o da organiza o da disserta o O cap tulo 2 apresenta uma revis o bibliogr fica expondo conceitos emergentes microredes e redes inteligentes e discutido o que se encontra feito a respeito desses temas Apresenta se ainda a defini o do conceito de condom nio energ tico principal foco de estudo da presente disserta o visto como uma expans o da microrede Para o efeito s o apresentadas duas abordagens a primeira consiste na defini o de uma rede totalmente aut noma e a segunda consiste na defini o de uma comunidade com consumo l quido zero Por fim feita uma descri o de alguns programas dispon veis no mercado destinados ao dimensionamento e planeamento dos conceitos abordados no presente cap tulo O cap tulo 3 prop e duas metodologias baseadas numa abordagem mono objetivo para o dimensionamento de um condom nio energ tico aut nomo e de consumo l quido zero As metodologias desenvolvidas t m em considera o perfis t picos de consumo e de produ o das tecnologias de PD As metodologias avaliam o impacto da PD nos valores de perdas e nos n veis de tens o da rede do condom nio O cap tulo 4 dedicado aplica o das metodologias desenvolvidas utilizando o para o dimensionamento das aplica
25. PC eee AN ATA Le dy UI ded Fr 1 01 0 995 agosto R o e 2 N c o dezembro 0 99 ANMANONOD Figura 4 51 Perfil de tens o do AD 5 CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o O Quadro 4 63 permite a compara o das v rias solu es que consideram a instala o de unidades de microcogera o AE centralizado AE descentralizado e CCLZ A an lise dos valores do Quadro permite concluir que a solu o mais vi vel do ponto de vista econ mico o CCLZ Por exemplo o VAL de um CCLZ comparativamente ao condom nio aut nomo com AE centralizado aproximadamente 86 maior 120 4 Casos de estudo Quadro 4 63 Compara o da solu o centralizada descentralizada e CLZZ dotado de sistema PV e microcogera o VAL Custo m dio de Pot ncia CHP Pot ncia PV produ o kWh total kW total kW Condom nio aut nomo com 1256707 0 29 70 99 uCHP AE centralizado Condom nio aut nomo com 1919801 0 38 105 95 25 uCHP AE distribu do Condom nio de CLZ com 166885 0 093 70 350 uCHP 4 4 3 Conce o do CCLZ dotado de PV uCHP e pE licas Nesta sec o s o apresentados os resultados da metodologia do CCLZ baseado num sistema hibrido de produ o de energia el trica que conjuga a produ o PV microcogera o e e lica Esta conjuga o de tecnologias dever ser respons vel por produzir pelo me
26. and Roberto Villaf fila Robles A review of energy storage technologies for wind power applications in Renewable and Sustainable Energy Reviews Elsevier 2012 pp 2154 2171 150 83 S Diaf G Notton M Belhamel M Haddadi and A Louche A methodology for optimal sizing of autonomous hybrid in Energy Policy Elsevier 2007 ch 11 pp 5708 5718 84 Shanti Pless and Paul Torcellini Net Zero Energy Buildings A Classification System Based on Renewable Energy Supply Options National Renewable Energy Laboratory Colorado Technical Report 2010 85 Nancy Carlisle Otto Van Geet and Shanti Pless Definition of a Zero Net Energy Community National Renewable Energy Laboratory Colorado Technical Report 2009 86 R S Adhikari N Aste C Del Pero and M Manfren Net Zero Energy Buildings Expense or Investment in Energy Procedia Elsevier 2012 ch 14 pp 1331 1336 87 National Renewable Energy Laboratory Getting Started Guide for HOMER U S Department of Energy Colorado Started Guide 2005 88 S Georgilakis Pavlos STATE OF THE ART OF DECISION SUPPORT SYSTEMS FOR THE CHOICE OF RENEWABLE ENERGY SOURCES FOR ENERGY SUPPLY IN ISOLATED REGIONS International Journal of Distributed Energy Resources vol 2 no 2 pp 129 150 December 2005 89 Eric Hoevenaars Temporal Resolution in Time Series and Probabilistic Models of Renewable Power Systems Queen s University Canad Thesis Sub
27. es Apresentam se tr s casos de estudo a saber 1 condom nio aut nomo com AE centralizado ii condom nio aut nomo com AE distribu do e iii condom nio com consumo l quido zero O cap tulo 5 apresenta alguns servi os de sistema que um condom nio energ tico aut nomo ou de consumo l quido zero pode oferecer rede O cap tulo 6 apresenta as principais conclus es do trabalho desenvolvido e aponta potenciais linhas de investiga o futura 2 Conceitos inovadores O conceito de microredes e microgera o tem vindo a ser objeto de muita investiga o Uma parte significativa desta investiga o tem vindo a identificar os benef cios e as barreiras que resultar o do desenvolvimento dos referidos conceitos Os principais benef cios que t m vindo a ser identificados prende se com 1 perdas el tricas evitadas 11 diferimento de investimentos iii aumento da fiabilidade dos sistemas de distribui o e iv emiss es evitadas 10 11 12 13 14 15 16 19 No que se refere s barreiras estas est o relacionadas com 1 barreiras t cnicas e ii barreiras econ micas 2 1 Benef cios das microrede e da microgera o 1 Perdas el tricas evitadas A crescente tend ncia para a liga o da microgera o s redes BT tende a reduzir as perdas de todo o sistema el trico No entanto os impactos da PD nas perdas dependem de fatores como o n vel de penetra o e a localiza o da PD No que se refere ao n
28. microgeneration to the low voltage network This has led to the research on ways to integrate the microgeneration systems in low voltage network In this context one of the concepts that have been developed is the electrical microgrids However new concepts such as energetic condominiums may also be included within the electrical system This work aims to contribute to the definition of energetic condominiums seen as a natural expansion of microgrids and consequently as a definition of models that can be applied to the measurement of these entities The developed models intend to maximize the most relevant benefits of the distributed generation by taking into account the following factors 1 Total dimensioning of an electrical grid autonomous condominium or partially autonomous with zero net energy 11 combination of heat and electrical networks 111 location of distributed generation within the network in order to reduce loss and no degradation of voltage levels and iv optimized dimensioning of the network distribution of electricity integrated in the condo The methodology applied is based upon real networks study cases The results obtained allow us to draw conclusions which characterize the potential benefits and costs resulting from the implementation of the concept of energetic condominium The dissertation concludes with an evaluation of the ability of condominiums to provide energy services to the upstream network This evaluati
29. o obtido a partir da equa o 3 5 e o benef cio obtido pela venda de eletricidade rede a montante caracterizado pela equa o 3 6 A inclus o da unidade de microcogera o influ ncia o dimensionamento das restantes capacidades a instalar no condom nio nomeadamente no que se refere aos geradores PV e ao sistema de AE A restri o da equa o 3 29 determina que em a cada per odo t a soma da energia disponibilizada pelos sistemas PV pelo AE e pelo sistema de microcogera o satisfaz os consumos e das perdas do sistema n Econsumo t Eperdas t lt Ps x Xby x a F Ebat t 12 EcppPt 3 29 i 1 Onde Ecyp a produ o do sistema de microcogera o no per odo t em kWh Uma vez mais o valor de Fpy Ebat t 1 Ecnp S o afetados pelos rendimento dos sistemas associados a interface com a rede el trica Para a obten o do valor de Ecyp uma vez que se desconhece a rela o efetiva n o disponibilizada pelo fabricante adotou se uma rela o linear entre fator de carga e a pot ncia el trica nominal da caldeira express o 3 30 Ecupt Feargat x P x At 3 30 Onde PZ potencia el trica nominal da caldeira de microcogera o em kW As restantes restri es apresentadas na sec o 3 1 1 1 n o s o alteradas pela inclus o do sistema de microcogera o 3 1 1 3 Inclus o das turbinas micro e licas A produ o e lica modelizada em fun o da velocidade do vento e da
30. o das solu es dotadas de PV com AE centralizado e distribu do Quadro 4 42 Compara o da solu o centralizada e descentralizada sistema dotado com PV Pra Custo m dio Custo Pot ncia Capacidade POR nedod VAL PV total de bateria A Re consumida produ o kW total kWh CENS DOC EEN kWh AE centralizado 1018497 234 1114 0 27 0 20 AE distribuido 961413 221 25 1052 64 0 27 0 20 Vara o 57084 12 75 61 36 0 0 Varia o 5 6 5 4 5 5 0 0 Do Quadro anterior conclui se que a pot ncia PV a instalar e a capacidade de armazenamento total menor relativamente abordagem que considera o AE centralizado Esta redu o ocorre devido redu o das perdas na rede do condom nio ver Quadro 4 44 A solu o 98 4 Casos de estudo economicamente mais vantajosa portanto a coloca o de um sistema AE e de produ o de energia em cada AD de forma a satisfazer o respetivo consumo No Quadro 4 43 encontra se o valor anual produzido pelos sistemas de gera o a energia anual entregue rede e a percentagem que tal representa da produ o total Quadro 4 43 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV e AE distribu do Produ o Anual Energia entregue Percentagem da produ o total MWh rede MWh que entregue 4 rede 330 67 152 6 46 1 No Quadro 4 44 enco
31. o de Consumo Liquido Zero Net Zero Energy em 2020 2018 para os edif cios p blicos J nos EUA o Programa de Tecnologias de Edif cios do Departamento de Energia DOE estabeleceu um programa de investiga o com o objetivo de encontrar solu es que permitam que em 2025 a constru o de edif cios de consumo zero seja competitiva com as solu es convencionais O conceito de consumo l quido zero pode ser definido de varias forma dependendo dos objetivos que se pretendem alcan ar Contudo tal como refere 84 necess rio distinguir entre quatro m todos nomeadamente i Net Zero Site Energy ii Net Zero Source Energy 111 Net Zero Energy Costs iv Net Zero Emissions 1 Net Zero Site Energy Um edif cio deste tipo deve produzir anualmente um valor de energia renov vel igual ou superior ao seu consumo anual de energia n o renov vel Por exemplo um edif cio que consome 2000 kWh de energia n o renov vel importada da rede a montante no inverno para completar a sua energia renov vel e atender a todos os seus consumos deve no ver o produzir um excesso de energia para exportar para rede a montante de igual valor repondo assim a energia anteriormente comprada 11 Net Zero Source Energy Um edif cio deste tipo produz anualmente pelo menos tanta energia renov vel quanto aquela que consome independentemente da fonte Neste caso se um edif cio utilizar g s natural para
32. observa o dos valores conclui se que durante a maior parte do tempo o CCLZ tem produ o suficiente para satisfazer totalmente os seus consumos Uma exce o a esta situa o ocorre por exemplo entre as 20 e as 21 horas do dia 21 de dezembro onde a redu o de consumo em 134 5 Servi os de sistema 5 provoca uma diminui o de pot ncia consumida de 0 325 kW j uma redu o de 10 provoca uma diminui o de 0 65 kW o u E 21 de dezembro 0 l 123456789 1011121314151617181940412223 22 de agosto 0 5 5 c lt p e a 1 Figura 5 9 Disponibilidade causada pela redu o de 5 do consumo CCLZ 0 3 E21 de dezembro Pot ncia kW 0 He 642345678 9 1011121314151617184940412223 22 de agosto 1 Figura 5 10 Disponibilidade causada pela redu o de 10 do consumo CCLZ Note se que no deslastre de cargas que alteraram o per odo t em que se est a consumir energia por exemplo maquinas de lavar lou a poder o causar duas situa es destintas a saber e A carga deslocada para per odos de autoconsumo Nestes casos a energia entregue rede a montante devido ao excesso ser menor e A carga deslocada para per odos em que o sistema subsiste com energia vinda da rede a montante Nestes casos a energia importada da rede ser maior 135 5 Servi os de sistema Neste contexto de salientar que a energia di ria entregue rede a montante
33. palavras uma rede inteligente dever ter uma resposta autom tica na gest o dos consumos no momento de pico de procura As caracter sticas anteriormente apresentadas descrevem a vis o para uma rede el trica do futuro O exposto permite inferir que a rede inteligente mais control vel mais protegida mais inteligente e mais eficaz que a rede el trica atual Adicionalmente estas entidades permitem o desenvolvimento de novos servi os e a participa o no mercado em tempo real 53 O desenvolvimento do conceito de rede inteligente ter de ser seguido pelo desenvolvimento de novas arquiteturas de gest o e de controlo distribu do Estas novas arquiteturas dever o ser capazes de integrar de forma coordenada a PD os sistemas de AE e as cargas control veis Neste sentido um dos conceitos que se espera promissor fruto da possibilidade de controlo conjunto da carga e da PD o de microrede descrito em 2 5 Outro conceito que pode ser conjugado com a rede inteligente e que o principal objeto de estudo desta disserta o o de Condom nio Energ tico entendido como uma expans o natural do conceito de microrede como veremos na sec o 2 6 15 2 Conceitos Inovadores 2 5 Microredes O conceito de microrede Figura 2 9 tido como uma forma de integra o das unidades de microgera o nas redes de BT Uma microrede consiste num conjunto de cargas e microgeradores que operam como um sistema control vel e
34. tens o em todas as fileiras Em seguida efetuada a p s otimiza o considerando o passo anterior e deixando o PV dispon vel para se ajustar s novas condi es No quarto passo feita a aproxima o da capacidade do PV para valores que permitam garantir as restri es de liga o tens es e corrente Finalmente no quinto passo e efetuada a simula o considerando os valores determinados no processo anterior por forma a atualizar os indicadores inerentes ao problema 58 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Dados Min da FO N o considerando as restri es t cnicas de liga o dos sistemas PV e AE n veis de tens o Arredondamento da capacidade do AE para valores que garantam a mesma tens o de fileiras Aproximar o valor das e licas ao numero inteiro mais pr ximo Nova Min da FO Considerando a capacidade de AE e o n mero de e licas determinadas anteriormente Determina o da nova pot ncia PV Aproxima o da pot ncia PV para valores que garantam a mesma tens o em todas as fileiras as tens es de MPPT a tens o m xima e as correntes m ximas Simula o Final do sistema considerando todas as restri es do problema Figura 3 8 Fluxograma do m todo de resolu o adotado 59 4 Casos de estudo Os casos de estudos apresentados em seguida t m como objetivo evidenciar a aplica o das metodologias desenvolvidas na sec o 3 e apoiar na tom
35. uCHP kWh kWh Jo 1114 804 96 309 04 27 7 O modelo determina ainda que a sec o econ mica de 150 mm A sec o da rede de distribui o sofre portanto uma redu o com a introdu o do sistema de microcogera o relativamente solu o anterior que seria de 240 mm Neste caso mais uma vez a sec o t cnica de 35 mm visto que a m xima corrente que se verifica ao longo da rede de 110 A A solu o apresentada tem um VAL de 1203688 este valor contabiliza o custo de substitui o das baterias Adicionalmente observa se que o benef cio obtido pela venda da energia em excesso rede a montante de 132302 em vinte anos Conclui se portanto que o custo global da solu o de 1335990 No Quadro 4 27 encontra se a compara o entre o VAL da presente solu o e o referente solu o anterior Quadro 4 27 Compara o do VAL da solu o com e sem microcogera o AE centralizado Sistema PV Sistema PV e uCHP Varia o Varia o 1018497 1203688 185191 18 1 Analisando o Quadro 4 27 verifica se que a introdu o do sistema de microcogera o provoca uma diminui o no VAL da solu o de cerca de 18 1 E importante referir mais uma vez que no caso da tecnologia de microcogera o os custos s o estimados 86 4 Casos de estudo considerando por
36. 2 Situa o internacional das microredes erre 17 2 95 37 SCrVI OS UE SISEMAA irea e id Da Sh asas Dal LI AS US Sans no adden Sia E eee 18 2 3 1 C ntr l de IEQUENCIAS ee A CR GUS 19 Eid Controlo detension pe eee ae ies ae eh eRe eas eae kee 20 2 5 3 3 Reposi o de servi o paises a aU CURIA aaa 20 Za Resposta da procura cisco iesin cscs atone Sir PRESS ondas nie tities caters 21 2 6 Condom nio Energ tico siviiscisccccscssaecivsssaccchccadystussanteatccadvesosiancaateaadvesoeisesaateaadacieses 21 2 6 1 Condom nio aut nomo eeesssseessssserssereessseretssssretssseretsserresssereesssereesesereessee 22 2 6 1 1 Sistemas de armazenamento aplic veis 24 xi 2 6 2 Condom nio com consumo l quido zero CCLZ 27 2 7 Formas de dimensionamento ssazaai is este Anne eA deeded 30 Dede HOMER Parier ad SR aaa IS 30 Dad O o 6 q PDP Pa cunedacaasceaysaciensssxayaney DEPT RE T EE 30 etc WIRE Doo E Pp RR RR PR RR PR RD 31 ZA do RES atua cu ea hin GaGa Da od ada 31 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energeticO ceeeeeseteeeeeeeeeeeeeees 33 3 1 Condom nio totalmente autonomy sci ess asters spears sia ein asta ees attend eek 34 3 1 1 Armazenamento centralizado aan E AGO 34 3 1 1 1 Sistema dotado de gerador PV e bateria de armazenamento 34 3 1 1 2 Inclus o de sistemas WC HP asa star asian analises algas sas saga 41 3 1 1 3 Inclus o das turbinas mic
37. 25 de dezembro dia em que se atinge o ponto m nimo anual 38 da capacidade estipulada 0123 45 6 7 8 9 1011 12 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 4 34 Evolu o do SoC do AE 1 para o dia 25 de dezembro sistema dotado com PV e AE distribu do Na Figura 4 35 encontram se os perfis de tens o do AD 5 para o m s de agosto e dezembro para a solu o proposta Analisando os valores da Figura constata se que a tens o composta m nima verificada de aproximadamente 400 V Este valor est relacionado com o facto da energia de consumo nas horas de n o produ o provir do pr prio arm rio n o ocorrendo assim quedas de tens o No que respeita ao valor m ximo ocorre nos momentos em que existe excesso de produ o no AD 100 4 Casos de estudo O A RA AR 0 CCL 3 o je ul a e v secec agosto dezembro ANMANONOD Figura 4 35 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV e AE distribu do 4 3 2 2 Conce o do condom nio dotado de AE PV e uCHP No presente caso considerou se que se utiliza um sistema de microcogera o em cada AD para satisfazer a procura de energia t rmica Figura 4 36 Barramento BT CHP 3 CHP 4 CHP 5 Figura 4 36 Disposi o dos sistemas de microcogera o no interior da rede sistema dotado AE distribu do No Quadro 4 45 encontra se a estrutura da solu o obtida pot ncia PV e capacidade de armazenamento a ser instalada
38. 4 47 Compara o da solu o descentralizada com e sem microcogera o 103 Quadro 4 48 Compara o da solu o centralizada e descentralizada com microcogera o 104 Quadro 4 49 Perdas do sistema sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do Quadro 4 50 Disposi o das pot ncias PV microcogera o e capacidade a instalar sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do i 107 Quadro 4 51 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o micro c licas e AB distribvido siiciittit hae tthe in oe Abeer ea eh eh eats 107 Quadro 4 52 Compara o da solu o descentralizada com e sem sistemas micro e licos 108 Quadro 4 53 Compara o da solu o centralizada e descentralizada com sistemas micro CONCOS o dns decane ace SEARA ad Ree E cea eh earl 109 Quadro 4 54 Perdas do sistema sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE CIStADUICO se sas cassado escoa isasoa da ited asas asas sans dica sa ols pubs saias Acta da isa Moradia da educa ra 109 Quadro 4 55 Dispers o da PD CCLZ dotado de sistema PV cccccceceeeeeeesettneeeeeeeeeeeeees 112 XX Quadro 4 56 Balan o energ tico CCLZ dotado de sistema PV eeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeees 112 Quadro 4 57 Perdas produzidas CCLZ dotado de sistema PV ceeeeeeeetneeeeeeeeeeeeeees 115 Quadro 4 58 Compara o da solu o AE centralizado AD descentralizad
39. A Figura 4 49 e a Figura 4 50 mostram a evolu o da energia importada e exportada para a rede a montante para um dia do m s de agosto e um dia do m s de dezembro respetivamente Por observa o destas Figuras e por compara o com a Figura 4 45 e a Figura 4 46 verifica se que o CCLZ com microcogera o no m s de dezembro menos dependente da rede a montante para satisfazer os seus consumos Esta situa o ocorre devido ao funcionamento da unidade de microcogera o para aquecimento de aguas quentes sanit rias e espa os que passar a satisfazer parte dos consumos ocorridos nestes per odos No que se refere ao dia de agosto a inclus o da unidade de microcogera o provoca uma redu o da depend ncia da rede por parte do CLZ Figura 4 45 e Figura 4 49 Note se que neste per odo a unidade de microcogera o s entrar em funcionamento para o aquecimento de guas quentes sanit rias entre a lhe as 2h 118 4 Casos de estudo 01234567 8 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 E amp do Im o c lu Figura 4 49 Balan o energ tico para o dia do m s de agosto CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o 012345678 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Energia kWh Figura 4 50 Balan o energ tico para o dia do m s de dezembro CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o Tal como na abordagem anterior verifica se um aumento de perdas relativamente s condi es iniciai
40. Energia Renov vel do departamento de Energia dos EUA em coopera o com a Universidade de Massachusetts Este software permite a an lise de sistemas h bridos com v rias tecnologias de PD PV e lica e geradores a diesel e com v rios tipos de carga AC DC e t rmicas 30 2 Conceitos Inovadores A principal limita o a este tipo de abordagem consiste no facto de n o efetuar nenhuma tarefa de otimiza o 89 Este facto constitui uma das principais barreiras a aplica o deste m todo Isto significa que a utiliza o deste m todo pode implicar a pr utiliza o de m todos de otimiza o por exemplo o Homer 88 para a escolha da PD Outra limita o desta abordagem prende se com o facto de n o permitir a inclus o da rede a montante e de PD no mesmo projeto Por outras palavras esta ferramenta s permite a an lise de sistemas isolados alimentados unicamente pela PD ou de sistemas alimentados pela rede a montante sem PD 2 7 3 RETScreen O RETScreen um software de An lise de Projetos de Energia Renov vel criado em Varennes Quebec pelo Governo do Canad atrav s do CanmetENERGY em coopera o com a Administra o Nacional de Aeron utica e Espa o NASA Associa o de Energia Renov vel e Efici ncia Energ tica REEEP Programa do Ambiente das Na es Unidas UNEP e Fundo Global para o Meio Ambiente GEF Este produto n o acarreta qualquer custo de utiliza o e tem como base o Microsoft Excel O
41. RETScreen um modelo que permite a compara o entre um caso base normalmente com base em tecnologias convencionais e um caso proposto com base em energias renov veis 90 Este procedimento permite determinar qual dos casos apresenta menor custo A avalia o de ambos os casos inclui a compara o de custos e de ndices econ micos ou seja a taxa interna de rentabilidade TIR e o valor atual liquido VAL 78 Adicionalmente o mesmo software quantifica a influ ncia da PD nas emiss es de gases com efeito de estufa 91 A abordagem desenvolvida admite a exist ncia de v rias tecnologias de PD nomeadamente geradores e licos sistemas PV microturbinas turbina h drica e sistemas de microcogera o Contudo no que se refere aos sistemas de AE a metodologia s considera a utiliza o de baterias eletroqu micas 78 Uma desvantagem desta abordagem prende se com o facto de se utilizar alguns dados pouco precisos 92 Esta situa o verifica se no caso dos sistemas e licos onde a quantifica o da energia produzida considera a velocidade m dia anual do vento Outra limita o desta abordagem prende se com o facto de n o ser poss vel modelizar a rede de distribui o de energia 90 Esta situa o n o permite por exemplo contabilizar os impactos produzidos pela PD nas perdas 2 7 4 H2RES O H2RES uma metodologia desenvolvida em 2000 pelo Instituto Superior T cnico de Lisboa em colabora o com a Un
42. RS ER RE SORRIR RO RR RR RR RR RR RR RI RR O OR RD 84 Figura 4 20 Perfil de tens o dos arm rios AD 5 no dia 2 de agosto sistema dotado com PV e Mustaine ned ena eno Eas Haun eae Ohad RR E ERP 84 Figura 4 21 Coloca o do sistema de microcogera o no interior da rede 85 Figura 4 22 Perfil de perdas da rede distribui o com e sem condom nio sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado v2 okies cede sa aaa ed Pala sen eae 88 Figura 4 23 Evolu o do SoC do AE sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado Sist E tocadas iso sda ETE casual ccs Mite secaauadst Metas duda Sa dB adro sa db 88 Figura 4 24 Evolu o do SoC no dia 31 de outubro sistema dotado com PV microcogera o ENE centralizado ss acheter icictiatintl i Ralianddiowaianavinweldvediain 89 Figura 4 25 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado ON EIT As AS A Se RNP E ASN Ls GNIS OSS LE SME O NN OID 89 Figura 4 26 Perfil de tens o dos arm rios AD 4 no dia 2 de agosto sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado asa sanar Sek verwendet nae E 90 Figura 4 27 Perfil de perdas da rede distribui o sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado ccccccccccssseccecceeseccecsessecsceueseceeeueeeccsssuusecsseueseesesueeeseeea 93 Figura 4 28 Evolu o do SoC do AE sistema dotado com PV microcogera o micro e licas E AE centralizad
43. S V Py v a P se v SVS Ve 0 caso contrario 2 3 11 2 Conceitos Inovadores Onde P a pot ncia nominal do aerogerador em W v a velocidade de cut in em m s v a velocidade do vento no local em m s v a velocidade nominal do vento para a turbina em m s e vr a velocidade de cut out em m s A express o 2 3 pode portanto ser utilizada para determinar a pot ncia produzida pelos geradores micro c licos localizados em qualquer regi o geogr fica de notar que a pot ncia obtida pela express o anterior dever ainda ser afetada pelo rendimento do sistema de liga o Frequentemente as velocidades do vento s o determinadas a uma altitude que n o corresponde altitude a que os sistemas micro edlicos ser o instalados Nestes casos a express o 2 4 determina a velocidade do vento altitude de instala o H a Hey 2 4 V ha x Sendo V a velocidade do vento altura H em m s Vef a velocidade do vento medida altura de refer ncia em m s H a altura a que se pretende estimar a velocidade do vento altura de instala o do sistema micro e lico em metros Hye a altura de refer ncia qual se fizeram as medi es da velocidade do vento em metros e o coeficiente de rugosidade 2 3 3 Sistema de microcogera o Os sistemas de microcogera o tender o a ser instalados para substituir as caldeiras de aquecimento convencionais de aquecimento central Todavia
44. Situa o internacional das microredes Vasta investiga o tem vindo a ser efetuada sobre os conceitos de microrede nomeadamente no territ rio Europeu e Americano Os projetos europeus designados de Microgrids e More Microgrids t m se focado no estudo t cnico das microredes 61 Neste mbito t m vindo a ser identificados os impactos destas entidades sobre as redes el tricas Por exemplo o trabalho intitulado Large Scale Integration of Micro Generation to LowVoltage Grids MicroGrids desenvolvido no projeto Microgrids centra se fundamentalmente no estudo e 17 2 Conceitos Inovadores desenvolvimento de modelos que permitam analisar estrat gias operacionais e de controlo para microredes 62 Em consequ ncia t m vindo a surguir v rias redes de teste por toda a Europa Por exemplo na Alemanha foi desenvolvida uma microrede de testes 63 Esta rede possui unidades de AE baseadas em baterias dois grupos de geradores alimentados a diesel pain is PV e uma microturbina e lica Esta entidade tem uma pot ncia total instalada de aproximadamente 200 kW As cargas s o classificadas quanto respetiva prioridade de alimenta o perante situa es de escassez de produ o Um sistema SCADA Supervisory Control And Data Acquisition permite o controlo dos geradores e das cargas em fun o do estado de funcionamento do sistema A troca de informa o entre os controladores feita atrav s de uma red
45. a fun o objetivo apresentada na equa o 3 24 Min Cases Cyariaveis Cperdas Ccabo Bieta 3 24 Aos valor de Crecnotogias representado anteriormente s o adicionados os custos de aquisi o do sistema de microcogera o assim os Crecnotogias S o dados pela express o 3 25 n Crecnologias gt xy x Cpv Crises i 1 l 3 25 Chat X 1 inf Xpat X DE GRE Ciny pat Comp j Onde Ccyp representa o custo da tecnologia de microcogera o em Como referido anteriormente o sistema de microcogera o instalado em substitui o de sistemas de aquecimento central consequentemente o valor Ccyp dado pela express o 3 26 43 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Coup Ccald_CHP z Ccatd_conv 3 26 Sendo Ceata conv O custo de aquisi o de uma caldeira convencional em e Caia cHP representa o custo de aquisi o da unidade de microcogera o em E de notar que a pot ncia t rmica dever ser igual para as duas caldeiras No valor Cygriaveis com a inclus o do sistema de microcogera o dever considerar se o custo de opera o e manuten o deste equipamento Y n A C yi Coam pv x 1 inf variaveis py X Geo i 1 k 1 Y Cogm pat X 1 inf Xpat x aa 3 27 k 1 Y de gt Cogm cup X 1 inf 1 a Sendo Cogm cup O custo anual de opera o e manuten o da unidade de microcogera o em Este
46. apenas a produ o local para suprimir todos os consumos de notar que segundo 78 os condom nios energ ticos aut nomos s o estruturas que n o importam eletricidade da rede a montante Efetivamente estas estruturas s o projetadas para satisfazer o consumo el trico e t rmico da comunidade e eventualmente vender energia rede a montante O condom nio energ tico aut nomo tem como objetivo contribuir para remover os potenciais obst culos ao desenvolvimento das microredes tradicionais Por outras palavras o planeamento de um condom nio energ tico aut nomo permite obter vantagens adicionais relativamente ao atual planeamento das microredes nomeadamente relacionadas com a redu o dos impactos ambientais otimiza o do sistema e redu o dos impactos negativos da PD por exemplo impacto nos n veis de tens o Em 79 referem que a principal vantagem do desenvolvimento dos condom nios energ ticos aut nomos est na combina o de tecnologias diferentes sistemas micro e licos sistema PV e unidades de microcogera o A metodologia a empregar na defini o destas entidades deve portanto possuir algumas caracter sticas fundamentais nomeadamente 1 determinar a combina o adequada das tecnologias a instalar e 11 determinar a capacidade adequada para cada tecnologia selecionada Estas caracter sticas obrigam ao desenvolvimento de ferramentas que envolvem processos de otimiza o capazes de definir e dimensio
47. bateria e lica produ o consumida kW total kWh kW kWh kWh AE distribu do 1562762 0 31 0 48 95 25 990 72 0 com uCHP AE distribu do 1474994 0 31 0 48 39 866 88 15 com e lica Varia o 87768 0 0 56 25 123 84 15 O Quadro 4 53 permite comparar a solu o que considera o sistema de AE distribu do e a solu o que considera o sistema de AE centralizado tamb m dotada de sistemas micro e licos A primeira conclus o que resulta da an lise dos resultados apresentados que a considera o do sistema AE distribu do diminui o total de pot ncia micro e lica a instalar em 40 Outra conclus o que a capacidade do AE a instalar menor no caso do sistema de AE ser centralizado 17 8 Esta situa o deve se necessidade de garantir as restri es do problema como mencionado na sec o 4 3 2 2 e ainda a menor potencia micro e lica instalada na solu o que considera o AE distribu do Devido ao elevado custo do AE a conclus o anterior tem influ ncia no VAL da solu o Para o caso do AE centralizado o seu VAL maior em 420282 comparativamente com a solu o que considera o AE distribu do 108 4 Casos de estudo Quadro 4 53 Compara o da solu o centralizada e descentralizada com sistemas micro e licos pa o eae Pot ncia Capacidade Pot ncia VAL e E E ta Bee PV total de bateria c
48. condi es de mercado Outro passo dado data do presente texto foi a retirada do Capital P blico por parte do Governo Portugu s das entidades que det m o direito de transporte REN e distribui o de energia EDP Para al m das reformas referidas anteriormente o Governo Portugu s implementou medidas de incentivo integra o da produ o distribu da PD tal como a microprodu o e a miniprodu o 6 Estas medidas t m como principais objetivos a diminui o da depend ncia energ tica do Pa s o crescimento do uso de novas tecnologias de capta o de energia fazer face ao aumento de consumo e melhorar a qualidade de servi o 7 Paralelamente progressiva penetra o de unidades de PD perspetiva se ainda que os consumidores se possam tornar mais ativos atrav s da gest o ativa de carga e ou presta o de servi os rede mudando assim o paradigma do sistema el trico caracterizado por consumidores passivos Apesar deste desenvolvimento a PD de eletricidade n o est inda suficientemente explorada particularmente no que se refere s pequenas unidades de produ o renov veis Para este cen rio entre outros aspetos contribuem os impactos negativos que a PD pode produzir As redes de distribui o at aqui passivas e projetadas para um fluxo de pot ncia unidirecional desde o PT at ao consumidor n o foram concebidas para suportar a inser o de unidades de 1 Introdugao PD Em consequ ncia e
49. curva de pot ncia das unidades de produ o Ou seja a contribui o de uma unidade de gera o e lica depende por um lado do regime de vento a que estes geradores poder o estar sujeitos e por outro das caracter sticas dos geradores utilizados como referido em 2 3 2 Neste contexto importante perceber que a rea geogr fica onde ser instalado o condom nio condiciona a escolha dos geradores a utilizar Neste mbito uma abordagem poss vel a pr escolha do 45 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico tipo de gerador e lico a utilizar na modeliza o adotando aquele que apresente a melhor rela o entre a produ o e o respetivo custo Zz ye Nesta sec o apresentada a metodologia para inclus o dos sistemas micro edlicos no problema de otimiza o Na pr tica esta inclus o similar apresentada anteriormente para o sistema PV tal como se mostra na Figura 3 3 Sistema PV n Turbina e lica n Carga t rmica n Sistema PV Turbina e lica 1 Carga t rmica 1 Sistema CHP Figura 3 3 Inclus o dos sistemas micro e licos na rede de distribui o semelhan a da metodologia proposta anteriormente a fun o objetivo tem a forma Min Cyanine Cvariaveis Cperdas Coane E Bpenda 3 31 O valor de Ctecnologias representa os custos associados ao investim
50. das baterias Esta modeliza o depende da tipologia de liga o do sistema nomeadamente no que se refere localiza o das unidades de produ o lado AC ou DC e dos interfaces eletr nicos utilizados Por exemplo em 42 apresentada a modeliza o de um sistema dotado de um gerador PV e outro e lico ligados ao barramento DC ao qual liga ainda o sistema de AE Figura 2 11 25 2 Conceitos Inovadores Conversor Gerador ry DC DC Gerador Conversor E lico AC DC le Barramento DC Inversor DC AC Figura 2 11 Diagrama de blocos de um sistema hibrido com fonte PV e e lica Analisando a Figura 2 11 a descarga do AE ocorre quando a soma da produ o dos geradores PV e e lico considerando tamb m os rendimentos dos conversores eletr nicos inferior ao consumo Neste caso a capacidade do AE no final do per odo t pode ser determinada por 38 42 83 Epat t Econsumo t Ero x Npc DC pv Ecolica t x NAC DC_eolica a Ninv_DC AC 2 5 Ebat t 1 x 1 0 na escarga ba Sendo Epat t a energia armazenada na bateria no final do per odo t em Wh Epar t 1 energia armazenada na bateria no final do per odo t 1 em Wh a taxa de auto descarga este valor foi considerado nulo pois a auto descarga pouco sentida neste tipo de aplica es em percentagem por dia Epy a energia el trica produzida pelo gerador PV durante o per odo t em Wh Ecorica t energia el trica pr
51. de AE distribu dos est o sujeitos obrigarem o modelo a aumentar a sua capacidade este efeito n o sentido no AE centralizado uma vez que as grandes dimens o do conjunto de baterias garantem esta situa o J no que se refere ao custo m dio da eletricidade superior no AE distribu do ocorre um aumento em rela o ao AE centralizado de 0 11 kWh isto cerca de 29 7 Este aumento est relacionado com o maior custo dos sistemas de microcogera o distribu dos comparativamente com o sistema de microcogera o centralizado e maior capacidade exigida ao AE distribu do Este facto leva uma diminui o do VAL da solu o em cerca de 359074 103 4 Casos de estudo Quadro 4 48 Compara o da solu o centralizada e descentralizada com microcogera o Custo posa Custo eita f m dio da lt dio d Pot ncia Capacidade Capacidade VAL eletricidade pA PV total de bateria uCHP total r o consumida ses kW total kWh kW kWh AE centralizado 1203688 0 37 0 28 99 804 96 70 com uCHP centralizado AE distribuido com uCHP 1562762 0 48 0 31 95 25 990 72 105 distribu do Varia o 359074 0 11 0 03 3 75 185 76 35 No Quadro 4 49 encontra se a compara o dos valores de perdas obtidas nas seguintes situa es i antes do estabelecimento do condom nio energ tico e ii condom nio energ tico com sist
52. de acordo com 8 9 dois desafios t cnicos a superar neste mbito s o 1 os n veis de tens o e 11 os limites t rmicos da rede de distribui o Estes factos t m levado as institui es I amp D e as Universidades a desenvolver novas arquiteturas de gest o que integram de forma coordenada a PD dispositivos de armazenamento de energia AE e cargas control veis Neste mbito um dos conceitos que tem vindo a ser estudado s o as microredes el tricas No entanto outros conceitos tal como os condom nios energ ticos poder o tamb m ser englobados no seio do sistema el trico Neste sentido o presente trabalho procura contribuir para a defini o de modelos para o dimensionamento de condom nios energ ticos consistindo em aglomerados de habita es vistas como uma entidade nica por parte do operador de sistema O condom nio energ tico pode ser uma rede el trica de um de dois tipos 1 totalmente aut noma condom nio aut nomo ou ii parcialmente aut noma condom nio com consumo l quido zero Ambos os casos s o definidos visando o funcionamento em regime interligado relativamente rede el trica a montante importando no caso do condom nio com consumo l quido zero ou exportando eletricidade e eventualmente servi os de sistema A constitui o de um condom nio energ tico envolve a utiliza o de geradores fotovoltaicos PV geradores micro e licos uedlicos e sistemas de microcogera o uCHP bem como
53. de referir que por quest es de simplicidade neste exemplo n o se considerou os custos de manuten o causados por este tipo de opera o presta o de servi os rede a montante Note se que o custo de manuten o causado por este modo de opera o baixo devido a baixa recorr ncia a este tipo de servi os A an lise efetuada anteriormente permitiu determinar o custo que o propriet rio ter por cada kWh entregue rede a montante No entanto espect vel que o propriet rio retire algum 138 5 Servi os de sistema benef cio da presta o deste tipo de servi os Nesta circunst ncia caber ao propriet rio da unidade de microcogera o e ao operador de rede estabelecer um pre o justo para o servi o 5 3 2 Sistemas uCHP distribu dos A Figura 5 13 e a Figura 5 14 mostram a disponibilidade das v rias unidades de microcogera o para prestarem servi os rede a montante para os meses frios e quentes As conclus es a retirar destas Figuras s o semelhantes as referidas para as Figura 5 11 e Figura 5 12 No entanto importante salientar que o sistema distribu do apresenta uma maior disponibilidade que o centralizado Por exemplo no per odo entre as 20 he as 21 h dos meses frios onde o sistema distribu do tem uma disponibilidade de 84 kW mais 28 kW que o sistema centralizado Conclui se portanto que a coloca o de unidades de pequena pot ncia em detrimento de uma unidade centralizada possibilita um m
54. dia 22 de agosto e o dia 21 de dezembro 78 4 Casos de estudo N Q O t uI B 21 de dezembro t Q 22 de agosto un me Sm o a v me co 5 e wo p e a ui jo 7 8 9 10111213141516171819 20212223 horas Figura 4 14 Perfil de perdas da rede de distribui o sem condom nio s perdas anuais de energia no cen rio sem produ o distribu da e sem condom nio energ tico t m o valor global de 0 57 MWh 4 3 Condom nio aut nomo 4 3 1 Armazenamento centralizado Com base no modelo descrito na sec o 3 1 1 e com a informa o disponibilizada na sec o anterior efetuou se o dimensionamento do sistema apresentado na Figura 4 15 Como esquematizado na Figura 4 15 neste cen rio o sistema de AE nico e colocado junto ao posto de transforma o do condom nio L1 90m AD 1 12 70m AD2 Barramento BT L3 60 m AD3 14 80m Figura 4 15 Esquema do condom nio aut nomo com AE centralizado 79 4 Casos de estudo 4 3 1 1 Conce o do condom nio dotado de AE e PV Nesta primeira abordagem ao condom nio aut nomo com AE centralizado a produ o PV a nica tecnologia de PD considerada Esta tecnologia dever ser respons vel por satisfazer todos os consumos el tricos do condom nio bem como as perdas produzidas pelo fluxo de pot ncias Note se que neste caso a otimiza o procura determinar a capacidade de PD bem como a sua loc
55. distribui o e iv otimiza o dos custos globais da solu o O cap tulo 3 apresentou duas metodologias destinadas conce o do condom nio energ tico considerando as contribui es anteriormente referidas A primeira consiste numa metodologia para a defini o das tecnologias de PD a sua localiza o e as suas dimens es timas incluindo AE considerando a minimiza o das perdas procurando garantir os n veis de tens o adequados e minimizando os custos globais O processo de otimiza o consiste na utiliza o conjunta de uma fun o de minimiza o e de um m todo para avalia o do impacto da PD nas perdas e nos n veis de tens o m todo Newton Raphson de referir ainda que neste processo considerado um nico sistema de AE colocado junto ao PT Adicionalmente incluiu se nesta sec o uma segunda abordagem ao condom nio aut nomo Esta abordagem prev a instala o de um sistema AE e de PD em todos os AD de forma a assegurar o seu consumo ou seja cada AD tem gera o e armazenamento suficiente para ser independente t rmica e eletricamente A metodologia define a dimens o das tecnologias a instalar num determinado AD minimizando os custos globais e garantindo ainda os perfis de tens o adequados Nesta abordagem ainda s o utilizados m todos para avaliar os impactos da PD nas perdas a semelhan a do que ocorre em todas as abordagens A segunda metodologia n o considera sistemas de AE mas sim trocas
56. e a da cedo O IO Ee Sed AO NY ga 126 xxi AD BT MAT AT MT BTE PD EDP REN UE EUA PT PV CHP uCHP ue lica MPPT CLZ CCLZ F O VAL SoC ABREVIATURAS E SIGLAS Arm rio de Distribui o Armazenamento de Energia Baixa Tens o Muito Alta Tens o Alta Tens o Media Tens o Baixa Tens o Especial Produ o Distribu da Energias de Portugal Redes Energ ticas Nacionais Uni o Europeia Estados Unidos da Am rica Posto de Transforma o Fotovoltaico Combined Heat and Power Microcogera o Micro e lica Maximum power point tracking Consumo L quido Zero Condom nio com Consumo L quido Zero Fun o Objetivo Valor Atual L quido State of Charge xxiii 1 Introdu o No primeiro cap tulo desta disserta o exp em se as raz es que est o na sua origem e s o apresentados os seus principais objetivos O presente cap tulo conclui se com a descri o da organiza o da disserta o 1 1 mbito do trabalho Nos ltimos anos tem se assistido a grandes reformas na organiza o do sistema el trico tanto a n vel Nacional quanto a n vel Mundial e presumivelmente levar alguns anos at que esta restrutura o se encontre conclu da O sistema el trico portugu s era no per odo pr reforma ver Figura 1 1 caracterizado por ser um monop lio verticalmente integrado e Transporte Operador do sistema e Distribui o Comercializa o Fornecimento de energia Fig
57. el tricas devido proximidade da produ o relativamente s cargas 24 Consequentemente investimentos relacionados com o refor o de redes provocado pelo crescimento da carga poder o ser diferidos Este diferimento tender a ser maior no caso da produ o el trica da PD coincidir com os per odos de maior carga das redes el tricas Neste contexto as microredes pela capacidade que t m de controlar o funcionamento de algumas unidades de PD como sejam unidades de microcogera o podem contribuir para este diferimento de investimentos 19 Esta situa o conduz portanto a benef cios econ micos para o sistema el trico relacionados com o facto de n o ser necess rio dotar as redes el tricas de capacidade adicional 14 iii Aumento da fiabilidade dos sistemas de distribui o As microredes podem funcionar isoladas ou interligadas com a rede a montante assunto abordado mais adiante na presente disserta o Este facto permite melhorar os ndices de fiabilidade quer dos consumidores que se encontrem ligados microrede quer dos consumidores que n o se encontram ligados a qualquer microrede 19 25 26 O melhoramento da fiabilidade dos consumidores que n o se encontrem ligados a nenhuma microrede resulta por exemplo da contribui o das microredes para a reconfigura o da rede MT permitindo o abastecimento destes consumidores 15 27 28 Conclui se portanto que o desenvolvimento de microredes pode melh
58. influenciado pela coloca o dos sistemas micro e licos o VAL da solu o como mostra o Quadro 4 66 Por observa o dos valores deste Quadro conclui se que o VAL da solu o sofre um aumento de 49 comparativamente com a solu o que n o considera a instala o de sistemas micro e licos Este aumento no VAL est relacionado com a diminui o da pot ncia PV O valor de 84505 contabiliza o custo total do sistema 2258129 o beneficio obtido junto da rede a montante pela entrega de energia em excesso 2173624 e os custos com a energia adquirida junto da rede a montante 157873 Quadro 4 66 Compara o do VAL da solu o com e sem sistemas micro e licos CLZ PV uCHP CLZ PV uCHP Eolica Varia o Varia o 9 166885 84505 82380 49 No Quadro 4 67 encontra se o balan o energ tico do sistema Da produ o anual 1199 MWh 91 MWh s o produzidos pelo sistema de microcogera o 879 MWh pelo sistema PV e 229 MWh pelos sistemas micro edlicos Tendo em considera o estas produ es e um tempo de vida til de 20 anos o custo m dio de produ o de 0 087 kWh Quadro 4 67 Balan o energ tico CCLZ com sistema dotado de PV microcogera o e e lica Produ o Consumo Energia Energia Energia Anual Anual autoconsumida entregue rede importada da rede MWh MWh MWh MWh MWh 1199 118 109 1090 9
59. lica produ o consumida kW total kWh kWh kWh CEN PARTE EM AE centralizado 1054712 0 24 0 34 36 712 08 25 com e lica AE distribuido 1474994 0 31 0 48 39 866 88 15 com e lica Varia o 420282 0 07 0 14 3 154 8 10 No Quadro 4 54 encontra se a compara o dos valores de perdas obtidas nas seguintes situa es i antes do estabelecimento do condom nio energ tico e ii condom nio energ tico com sistema de AE distribu do dotado de sistemas micro e licos Analisando os valores do referido Quadro constata se existe uma diminui o de perdas relativamente situa o inicial cerca de 7 5 Quadro 4 54 Perdas do sistema sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do Antes do condom nio Armazenamento energ tico distribu do com uCHP Energia ativa de perdas 0 57 0 527 MWh ano A Figura 4 41 mostra o comportamento do SoC do AE associado ao AD 1 para o m s de agosto e dezembro Tal como na situa o em que n o se consideram sistemas micro e licos em nenhum momento o SoC atinge os 30 valor m nimo 109 4 Casos de estudo agosto dezembro ANMTANOMOOO Figura 4 41 Evolu o do SoC do AE do AD 1 sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE distribu do A Figura 4 42 representa o comportamento do SoC do AE colocado no AD 1 obtido pa
60. licos AE centralizado Capacidade AE antes das Capacidade AE depois das Varia o Varia o ue licas kWh ue licas kWh kWh 804 96 712 08 92 88 m5 O modelo determina ainda que a sec o econ mica de 150 mm A sec o da rede de distribui o n o sofre portanto qualquer redu o com a introdu o dos sistemas micro e licos No que se refere sec o t cnica importa referir que esta tal como os casos anterior seria de 35 mm a m xima corrente verifica ao longo da rede neste caso de 115 A No que se refere ao VAL a solu o apresentada tem um VAL de 1054712 Para este valor contribui o benef cio obtido pela venda de energia em excesso rede a montante que de 150052 em vinte anos o custo global da solu o de 1204764 No Quadro 4 33 encontra se a compara o entre VAL da presente solu o e a solu o anterior Quadro 4 33 Compara o do VAL das v rias solu es AE centralizado Sistema PV uCHP Sistema PV CHP pedlicos Varia o Varia o 1203688 1054712 148976 12 3 Analisando o Quadro 4 33 verifica se que a introdu o dos sistemas micro e licos permite um aumento do VAL em cerca de 12 3 O principal motivo para o aumento do VAL est relacionada com a redu o verificada na capacidade do AE e na pot ncia PV a instalar 91 4 Casos de estudo
61. m o custo de substitui o das baterias Adicionalmente observa se que o benef cio obtido pela venda de energia em excesso rede a montante de 353333 em vinte anos No Quadro 4 22 encontra se o valor anual produzido pelo sistema de produ o a energia anual entregue rede e a percentagem que tal representa da produ o total 80 4 Casos de estudo Quadro 4 22 Balan o energ tico sistema dotado de PV e AE centralizado Produ o Anual Energia entregue Percentagem da produ o MWh rede MWh que entregue a rede 349 72 159 13 45 5 Importa neste momento distinguir o custo m dio de produ o da energia el trica no condom nio do custo m dio da energia el trica consumida no condom nio ou seja o que cada consumidor dever pagar por kWh consumido No que se refere ao custo m dio de produ o da energia el trica do condom nio este valor obtido pela express o C _ global oa 4 3 global Onde Cgiobai O custo global do sistema em 20 anos em e Paiopai a produ o global do sistema em 20 anos em kWh J o custo m dio da energia el trica consumida no condom nio pode ser obtido pela seguinte express o Cglobal Bgtobal Ee Cc Ec 4 4 Onde Bgiobai representa o beneficio global em 20 anos resultante da venda de energia a rede a montante em e E o consumo de energia el trica no condom nio em 20 anos em kW
62. meus amigos que me apoiaram e apoiam sempre alguns dos quais partilharam tamb m comigo esta fase final do curso IX NDICE GERAL INDICE GERN gansta qa Leh to a da e dq daa ca da E xi INDICE DETIGURAS nara ada raiado read aaa rara xv INDICE DE QUADROS ensien ro aa a E EAE xix ABREVIATURAS E SIGLAS eseeton neni ria parana cons pa LEGO ains oone Erai xxiii E ErOdN O iinn a ad ea A GU A BAA was 1 Lo mbito do trabalho sera cad RS US TRC Td Rg 1 1 2 Contribui es do trabalho sseasaosesmstoatera das sense spend once fab csra a dosstasaabanalea neasaa 3 l3 Ore aii Zac al do trabalho sa na GAS a RS A 4 Ze COMCEILOS INO AUOTES 3 nas aa E cas EA ENO ee a TE 5 2 1 Benef cios das microrede e da microgera o csesecccccceeeeeeeetnneeeceeceeeeeeennneeeeeeees 5 2 2 Barreiras ao desenvolvimento da microrede e da microgera o J 23 ANIEROCETA O nan aa A a oa aes E ARR 7 Zed Sistemas FOLOVONAICOS api un as aa a DA ara ia a 8 2 3 2 Sistemas INICIO C NCOS ss iissalssisaiaiadesssasaito etd cordas ds eed a aed eal dada 10 2 3 3 Sistema de MICLOCOSELA O 5 sen ncssd A sasdacsseaes ta A P E paws DE 12 2 4 Redes inteligentes sages saves eveisiwnecccenedavcissannsgcveedseueseasneadoeedsyesessas t Aor SEE ear ESENTE SEE 14 2 Microrede Skiss sensone PR a E i ESEE O E S SREE 16 2 5 1 Modos de opera o das microredes uasa ueiasisianiassssieduadsscedunasa delsaasintanaaia gado 17 2 5
63. microcogera o Esta situa o leva a uma diminui o do VAL em cerca de 601349 comparativamente com a solu o que n o considera a instala o de unidades de microcogera o Quadro 4 47 Compara o da solu o descentralizada com e sem microcogera o Custo m dio da Pot ncia PV Capacidade de ncia VAL eletricidade consumida E o kW bateria total ota kWh kWh AE distribuid S A I Ogtads 0 27 221 25 1052 64 sem uCHP AE distribu do _1569762 0 48 95 25 990 72 com uCHP Varia o 601349 0 21 126 61 92 O Quadro 4 48 permite comparar a solu o que considera o sistema dotado AE distribu do com microcogera o e a solu o que considera o sistema de AE centralizado com microcogera o A primeira conclus o a retirar da an lise dos resultados apresentados neste Quadro que a solu o que considera a instala o de unidades de microcogera o distribu das apresenta uma pot ncia PV a instalar inferior em 3 8 quando comparada com a solu o do sistema de microcogera o centralizado Outra conclus o importante que pode ser retirada da an lise dos resultados do Quadro 4 47 que a capacidade total do sistema de AE distribu do maior que a capacidade do AE centralizado na totalidade d se um aumento de 185 76 kWh isto cerca de 23 Esta situa o est relacionada com o facto das correntes de descarga a que os sistemas
64. nico com capacidade de fornecer energia total ou parcialmente a uma determinada rea 33 Estudos desenvolvidos indicam in meras vantagens deste tipo de redes 54 Estas vantagens prendem se com o aumento da fiabilidade a redu o dos impactos ambientais e o aumento da efici ncia energ tica ver mais na sec o 2 1 55 Por exemplo uma microrede pode operar isolada da rede a montante isto permite que os sistemas de microgera o alimentem as suas cargas internas contrariamente ao que atualmente ocorre Este tipo de opera o permite melhor a fiabilidade dos sistemas de distribui o 56 57 E vc E mc MC LC 4 Le MV AC DC AC DC i N N N TV E 53CC MY MGCC O a Battery Fuel Cell Flywheel BM vc Hc w Hx ACIDC N AJ AN b Microturbine A N 2 5 Figura 2 9 Arquitetura de uma microrede 58 A liga o de uma microrede rede de distribui o a montante normalmente em MT geralmente assegurada por um s ponto de interliga o e efetuada por um dispositivo capaz de garantir o seu isolamento sempre que necess rio 19 A cria o de uma microrede para al m dos elementos referidos anteriormente cargas geradores e dispositivo de liga o envolve a instala o de equipamentos de controlo gest o comunica o prote o e armazenamento Os equipamentos de controlo e gest o implicam tr s tipos de controladores a saber 59 60
65. os par metros e os custos das baterias utilizadas para o AE Quadro 4 14 Custos e caracter sticas da bateria Tens o Capacidade Capacidade Pre o da Custo V Ah Wh bateria Wh 12 215 2580 438 0 17 O Quadro 4 15 mostra as caracteristicas relevantes e 0 custo do inversor carregador que se pretende utilizar no dimensionamento do sistema Quadro 4 15 Custo e caracteristicas do inversor carregador Custo Pot ncia kW Tens o V 4371 42 5 48 A modeliza o considera tamb m o investimento no cabo da rede de distribui o O Quadro 4 16 cont m os custos dos cabos considerados nas simula es efetuadas Quadro 4 16 Custo de cabos S mm Custo km LSVAV 4x35 O 4015 LSVAV 4x50 5000 LSVAV4x70 6693 ISVAV4x95 9752 LSVAV 4x120 11272 LSVAV 4x150 13354 LSVAV 4x185 15018 LSVAV 4x240 20582 O Quadro 4 17 apresenta a rea a aquecer por tipo de habita o O sistema de microcogera o utilizado para garantir as necessidades t rmicas do condom nio em fun o das reas apresentadas foi selecionado de um cat logo comercial e a sua pot ncia t rmica foi determinada pelo programa RETscreen A pot ncia el trica foi determinada com base nos valores de pot ncia No Quadro 4 18 s o indicados os custos de aquisi o e montagem do sistema de microcogera
66. para o dia 1 de novembro sistema dotado com PV e microcogera o A Figura 4 39 representa os perfis de tens o do AD 5 para a solu o proposta Os perfis dos restantes AD apresentam valores entre os perfis representados A an lise desta Figura permite concluir que a inclus o das unidades de microcogera o tende a elevar os n veis de tens o do AD Esta an lise permite adicionalmente verificar que o valor m ximo de tens o tende a ser 105 4 Casos de estudo coincidente com as horas de produ o do sistema de microcogera o como mostra a Figura 4 40 dezembro oO to to uw 3 o e ul v f v agosto ANMANONRWD Figura 4 39 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do E IN Re Cha Tens o p u 0123 4 5 67 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 4 40 Perfil de tens o do AD 5 do dia 26 de dezembro sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do 4 3 2 3 Conce o do condom nio dotado de AE PV uCHP e uE licas A constitui o do condom nio aut nomo com o AE distribu do prev tamb m a possibilidade de inclus o de sistemas micro e licos no seu seio Por outras palavras nesta aplica o considerou se que cada AD poder ter as seguintes tecnologias de PD PV microcogera o e micro e licas O Quadro 4 50 mostra a estrutura da solu o obtida pot ncia PV e micro 106 4 Casos de e
67. produ o MWh rede MWh que entregue rede No que se refere s perdas verifica se uma diminui o relativamente s condi es iniciais sendo no presente caso de 22 8 como mostra o Quadro 4 29 Quadro 4 29 Perdas produzidas sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado Antes do Depois do Varia o condom nio condom nio Energia ativa de 0 57 0 44 22 8 perdas MWh Um dos aspetos a real ar com a introdu o do sistema de microcogera o o facto de toda a energia entregue pelo sistema de microcogera o ao sistema de AE n o produzir perdas uma vez que ambos os sistemas se encontram no mesmo barramento na rede do condom nio Esta situa o como mostra a Figura 4 22 leva a uma diminui o das perdas quando comparado com a solu o anterior Figura 4 16 87 4 Casos de estudo H 21 de dezembro 4 22 de agosto n E um o o v Q c lt O Sa jo 0123 45 67 8 9 101112131415 16171819 20 21 22 23 Horas Figura 4 22 Perfil de perdas da rede distribui o com e sem condom nio sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado A Figura 4 23 mostra evolu o do SoC do AE para os meses de agosto e dezembro A Figura mostra claramente o efeito do sistema de microcogera o no AE A principal conclus o a retirar que a coloca o do sistema de microcogera o altera a curva do
68. que o que limita 112 4 Casos de estudo o valor da pot ncia instalada s o as restri es t cnicas da rede de distribui o de energia el trica A t tulo de exemplo na Figura 4 44 mostra se o balan o energ tico do m s de agosto e de dezembro Os valores positivos representam a energia adquiria pelo condom nio junto da rede a montante e os valores negativos representam a energia injetada na rede a montante pelo condom nio agosto dezembro E a do a o lu
69. que permite a avalia o de projetos isolados ou interligados rede el trica Este software permite simular cargas el tricas e t rmicas alimentadas por diversos sistemas de PD PV micro e licas microturbinas pilhas de combust vel baterias eletroquimicas e tanques de hidrog nio O algoritmo envolve tr s processos fundamentais a simula o a otimiza o e a an lise de sensibilidade 87 O primeiro passo da metodologia consiste em simular o comportamento do sistema para todas as horas do ano permitindo determinar a viabilidade t cnica De seguida no processo de otimiza o determina se a configura o n mero e tamanho das fontes do sistema que apresenta menor custo durante o ciclo de vida Finalmente no terceiro passo efetua se uma an lise do sistema tendo em conta a varia o das entradas como seja pre o de combust veis ou a taxa de infla o 2 Em 88 argumentam que o Homer essencialmente um modelo econ mico dedicado sele o e dimensionamento das tecnologias de unidades de PD Por outras palavras este software tem como objetivo determinar a solu o com menor custo que garante a satisfa o dos consumos el tricos e t rmicos do projeto Efetivamente n o poss vel considerar uma an lise t cnica por exemplo o n vel de tens o dos barramentos sendo esta uma desvantagem desta ferramenta 2 7 2 Hybrid2 O Hybrid2 um software de simula o desenvolvido pelo Laborat rio Nacional de
70. sistemas de AE el trica no caso do condom nio aut nomo Os geradores podem ser utilizados simultaneamente num mesmo sistema permitindo a constru o de sistemas h bridos Neste trabalho os casos de estudo em que se aplicar o os modelos definidos ser a uma rede constitu da unicamente por edif cios de habita o No entanto os princ pios apresentados poder o ser aplic veis a redes constitu das por diferentes tipos de edif cios habita o com rcio servi os 1 2 Contribui es do trabalho As principais contribui es desta disserta o s o e Defini o do conceito de condom nio energ tico como uma extens o do conceito de microrede e Defini o de formas de dimensionamento de redes de distribui o de eletricidade a aplicar no contexto da cria o de condom nios energ ticos e Estudo e implementa o de modelos matem ticos que traduzam o comportamento t cnico e econ mico dos diversos elementos integrantes do condom nio energ tico permitindo a posterior defini o de ferramentas destinadas avalia o t cnica e econ mica de condom nios energ ticos incluindo a defini o de formas para otimiza o econ mica de condom nios energ ticos e Estudo e avalia o da possibilidade dos condom nios energ ticos poderem fornecer servi os de sistema aos operadores das redes el tricas 1 Introdu o 1 3 Organiza o do trabalho Esta disserta o est organizada em 6 cap tulos
71. 0 21 22 23 Hora Figura 4 18 Evolu o do SoC no dia 25 de dezembro sistema dotado com PV e AE centralizado No que concerne ao tipo de AD barramento assume se que todos os AD com exce o do barramento do posto de transforma o que ser do tipo VSI isto tens o controlada s o do tipo P Q A Figura 4 19 mostra a t tulo de exemplo os valores de tens o no AD 5 para o m s de agosto e dezembro Comparando os valores desta Figura com os da Figura 4 12 que representa os n veis de tens o antes do estabelecimento do condom nio energ tico constata se que h um aumento significativo dos n veis de tens o Note se no entanto que este aumento mais notado no m s de agosto situa o relacionada com os n veis de produ o PV 83 4 Casos de estudo 3 o e ul v f v Pd e e etofatodo ve oe eeto coe PSA Po 0 t0 40 Pa 00 dezembro eeccee agosto ANMTANONMOD Figura 4 19 Perfil de tens o dos arm rios AD 5 sistema dotado com PV e AE centralizado Na Figura 4 20 est representado o perfil de tens o do AD 5 para o segundo dia de agosto antes e despois do estabelecimento do condom nio energ tico no qual ocorre o m ximo valor de tens o anual Analisando a Figura salienta se que antes do estabelecimento do condom nio energ tico os valores de tens o m nimos ocorriam durante os per odos de maior consumo durante o dia e os valores m ximos dur
72. D Contudo devido ao facto de um sistema descentralizado possuir fatores de simultaneidade menores comparativamente ao que ocorre no sistema centralizado as referidas pot ncias 280 kW t rmicos e 50 kW el tricos sofrem um aumento de 50 No Quadro 4 38 encontra se a distribui o dos sistemas de microcogera o pelos AD da rede em estudo 96 4 Casos de estudo Quadro 4 38 Distribui o das pot ncias de microcogera o no interior da rede Arm rio Pot ncia t rmica kW Pot ncia el trica kW AD 1 120 30 AD 2 60 15 AD 3 60 15 AD 4 120 30 AD 5 60 15 Total 420 105 Um aspeto importante neste contexto s o as caracter sticas e os custos dos sistemas de microcogera o considerados as quis se apresentam no Quadro 4 39 Quadro 4 39 Custo e caracter sticas dos sistemas de microcogera o distribu dos pela rede Pot ncia Pot ncia Custo Consumo pellets t rmica kW el trica kW plena carga kg h 120 30 120000 60 60 15 60000 30 Note se uma vez mais que para determinar os custos da tecnologia de microcogera o se consideram sistemas de refer ncia com base em caldeiras convencionais de aquecimento cujos custos se apresentam no Quadro 4 40 Quadro 4 40 Custo e caracter sticas das caldeiras t rmicas de refer ncia C lets Pot ncia t rmica kW Custo Onsu mo peers a plena carg
73. Evolu o do SoC no dia 21 de julho sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado A Figura 4 30 mostra o perfil de tens o para o AD 5 para o m s de agosto e dezembro Esta Figura permite perceber que a inclus o dos sistemas micro e licos altera o perfil de tens o Comparando esta Figura com a Figura 4 25 sistema dotado de PV e microcogear o 94 4 Casos de estudo verifica se um aumento significativo dos n veis de tens o Esta situa o est relacionada inclus o dos sistemas micro e licos m 3 a amp o ul n c o ANMNTANONOHDOANM added Figura 4 30 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE centralizado Na Figura 4 31 mostra se a evolu o do perfil de tens o no dia 15 de agosto referente ao AD 5 A an lise da Figura permite concluir que a introdu o dos sistemas micro e licos provoca varia es bruscas nos n veis de tens o ao longo do dia devido intermit ncia da fonte prim ria Importa ainda referir que o valor m ximo de tens o composta anual de 404 4 V Tens o p u INS RYN A Depois do condominio Fee e eee eet T eeeeeeett vossos Antes do condominio 01234567 8 91011121314151617181920212223 Horas Figura 4 31 Perfil de tens o dos arm rios AD 5 no dia 15 de agosto sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE centralizado 95 4 Casos de estudo
74. HA Genes 137 Figura 5 12 Disponibilidade do sistema de microcogera o nos meses quentes para prestar SERVICOS ATO ac ad IT AR A AR SAE A Ra 138 Figura 5 13 Disponibilidade dos sistemas de microcogera o distribu dos nos meses frios para prestar servi os TEAC ys 2cciscerescascaasyasveeadeeeievansudecesdyeensvadsatesdeaveabeasusadncaadscubsandvedcandyans 139 Figura 5 14 Disponibilidade dos sistemas de microcogera o distribu dos nos meses quentes para prestar SERVI OS redes seios nin ded an poses usp seceenesean a r GUGA n aa EEA Si aaa das ene 140 xviii NDICE DE QUADROS Quadro 2 1 Caracter sticas de sistemas de armazenamento 80 81 82 24 Quadro 4 1 Per odo hor rio do ciclo Aidri0 eee ccc ceeeeeeecccceeeeeesseseeeeccceseeeaaseeeeeeeceeeeeeaaa 62 Quadro 4 2 Tarifas de venda a clientes finais da EDP Universal 2012 00 00 ceceeeccccceeeeeee es 63 Quadro 4 3 Pre o da energia entregue rede por per odo EK Wh siliiis 64 Quadro 4 4 Distribui o dos consumos pela rede de distribui o BT 65 Quadro 4 5 Pot ncia contratada por tipologia de habitagd0 eee eeeeeeeeenneeeeeeeeeeeeeeenneees 65 Quadro 4 6 Dados para o dimensionamento da sec o da rede de distribui o 66 Quadro 4 7 Dimensionamento da sec o da rede de distribui o sem PD 67 Quadro 4 8 Consumos anuais por consu
75. PD ix o CCLZ dotado de PV apresenta um VAL de 227447 resultante da venda de energia x os sistemas de AE s o respons veis pelo elevado custo dos condom nios aut nomos comparativamente com os CCLZ 142 6 Conclus es e desenvolvimentos futuros A capacidade do condom nio energ tico prestar servi os por exemplo em resposta a necessidades de reconfigura o das redes ap s a ocorr ncia de um defeito nas mesmas foi avaliada no cap tulo 5 Para o efeito utilizou se uma an lise que permite ter em considera o as caracter sticas destas estruturas nomeadamente a possibilidade de alterar a carga e a produ o internas A an lise foi aplicada ao condom nio aut nomo com AE distribu do e centralizado e ao CCLZ a qual possibilitou obter as seguintes conclus es i ii iii iv v vi Os condom nios energ ticos criam reservas de energia que podem ser mobilizadas pelos operados de sistema rede para satisfazer as suas necessidades O condom nio aut nomo tem maior disponibilidade de exportar servi os para a rede que o CCLZ Esta maior disponibilidade est relacionada com o facto do condom nio aut nomo possuir AE Assim sendo o CCLZ s poder exportar servi os de sistema utilizando o sistema de microcogera o centralizado e a redu o de consumo Os sistemas de microcogera o distribu dos t m uma maior capacidade de ajudar a rede comparativamente com o sistema de microcogera
76. PV e AE centralizado 82 Quadro 4 24 Distribui o da PD sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado ESPE RR RR RR PR oad gaan oan Soy PADRE So LEO NRO PRN A RR RU PR 85 Quadro 4 25 Compara o das pot ncias PV a instalar com e sem microcogera o AE centralizado mernin ened eden Veto sho an aa a eet eed dba enh pd 86 Quadro 4 26 Compara o das capacidades de AE a instalar com e sem microcogera o AE CEMEPALIZAGO RR OR RAR RR ORA EEN OR NR DARES E EEA 86 Quadro 4 27 Compara o do VAL da solu o com e sem microcogera o AE centralizado XIX Quadro 4 30 Distribui o da produ o distribu da sistema dotado com PV microcogera o Micro eGlicas e AE Centralizado cccccccccccccccsssesseeeccceeeccsuessseeccceseeeesssseeeeeeeseesaaaaseeeeeeess 90 Quadro 4 31 Compara o das pot ncias PV a instalar com e sem sistemas micro edlicos AE centralizado is a A RN SE ON O DO he SP RD O 91 Quadro 4 32 Compara o das capacidade do AE a instalar com e sem sistemas micro e licos AE OTT AAO Vets xe Potash oe E E SR ROS DE 91 Quadro 4 33 Compara o do VAL das v rias solu es AE centralizado 91 Quadro 4 34 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o micro c licas e AE centralizado csesescsase siso sosstost os a aae aa aai aaie aeaiia 92 Quadro 4 35 Custos m dio de produ o do condom nio das v rias solu es AE centrali
77. SED ON GSM in Procedia Engineering Elsevier 2012 pp 258 265 53 P Acharjee Strategy and implementation of Smart Grid in India in Energy Strategy Reviews Elsevier 2013 ch 3 pp 193 204 54 P M Costa and Manuel A Matos Economic Analysis of Microgrids Including Reliability Aspects in 9th International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems Stockholm 2006 pp 1 8 55 Mohammad Shahidehpour and Joseph F Clair A Functional Microgrid for Enhancing Reliability Sustainability and Energy Efficiency in The Electricity Journal Elsevier 2012 ch 8 pp 21 28 56 Wu Chengming Liu Jie and Wu Yabin The impacts of micro grid on the reliability of distribution system in Consumer Electronics Communications and Networks 148 CECNet 2012 2nd International Conference Yichang 2012 pp 1423 1426 57 P M Costa and M A Matos Reliability of distribution networks with microgrids in Power Tech 2005 IEEE Russia St Petersburg 2005 pp 1 7 58 Huang Jiayi Jiang Chuanwen and Xu Rong A review on distributed energy resources and MicroGrid in Renewable and Sustainable Energy Reviews Elsevie 2008 ch 9 pp 2472 2483 59 Hugo Gabriel Valente Morais Gest o de Recursos Energ ticos nas SmartGrids ISEP Porto Disserta o realizada no mbito do Mestrado em Engenharia Electrot cnica Sistemas El ctricos de Energia 2010 60 M rcio Lunardelli Ribeiro Estr
78. SoC comparativamente com a cuva apresentada na Figura 4 17 onde a PD unicamente PV de notar que no presente caso o sistema de AE mais solicitado nos per odos de maior incid ncia solar e de menor utiliza o dos sistemas de microcogera o m s de agosto Isto no m s de dezembro em que a irradi ncia menor e a utiliza o do sistema de microcogera o maior as profundidades de descarga do AE s o menores comparativamente com o m s de agosto agosto dezembro ANMANONROD Figura 4 23 Evolu o do SoC do AE sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado 88 4 Casos de estudo A Figura 4 24 representa o comportamento do SoC obtido para o dia 31 de outubro no qual se atinge o valor m nimo anual 64 da capacidade estipulada 0123 4 5 67 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Figura 4 24 Evolu o do SoC no dia 31 de outubro sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado A Figura 4 25 mostra o perfil de tens o para o m s de agosto e dezembro do AD 5 depois do estabelecimento do condom nio energ tico Comparando esta Figura com a Figura 4 19 sistema dotado com PV verifica se que existe uma diminui o dos n veis de tens o Esta situa o deve se ao facto da capacidade PV sofrer uma redu o com a introdu o do sistema de microcogera o L2chsbteeds tee oo ot ot oe Satteeet feb RY PY a q o secec agosto Tens
79. V por reflec o do solo ou de objetos Os valores facultados s o estimados para cada per odo de 15 minutos de um dia t pico de cada m s do ano Com base na informa o do PVGIS e considerando um sistema est tico localizado na zona de Viseu voltado a Sul e com uma inclina o de 35 C obt m se os perfis de irradi ncia representados na Figura 2 2 para os meses de agosto e dezembro trradi ncia W m mms Figura 2 2 Perfis de irradi ncia solar para geradores PV em Viseu 2 Conceitos Inovadores 2 3 2 Sistemas micro e licos Zz A energia cin tica do vento uma fonte renov vel que pode ser convertida em energia el trica Esta fonte de energia tem algum potencial em Portugal como se pode constatar na Figura 2 3 existindo zonas onde a velocidade m dia anual atinge os 6 5 m s Figura 2 3 Velocidade m dia do vento em Portugal continental 40 No caso das microturbinas e licas as capacidades s o relativamente baixas alguns kW No que respeita ao tipo de turbinas existem diversas tecnologias como se mostra a Figura 2 4 podendo ser de eixo vertical ou horizontal Atualmente as mais utilizadas s o as turbinas e licas de eixo horizontal de tr s p s Figura 2 4 Tipos de turbinas e licas A caracteriza o da produ o de um gerador e lico envolve dois aspetos principais 1 o perfil de vento velocidade do vento ao longo do tempo a que estes geradores estar o sujeitos e 11 as caracter sticas
80. YRIOU et al Microgrids Large Scale Integration of Microgeneration to Low Voltage Grids MICROGRIDS November 2006 36 Energias Renovaveis 2012 Mar o energiasrenovaveis Online http www energiasrenovaveis com DetalheConceitos asp ID conteudo 47 amp ID area 8 amp ID_sub_area 27 37 Avril S Arnaud G Florentin A and Vinard M Multi objective optimization of batteries and hydrogen storage technologies for remote photovoltaic systems in Energy Elsevier 2010 ch 12 pp 5300 5308 38 Zeng Jun Liu Junfeng Wu Jie and H W Ngan A multi agent solution to energy management in hybrid renewable energy generation system in Renewable Energy Elsevier 2011 ch 36 p 1352 1363 39 Comiss o Europeia 2012 Janeiro pvgis Online http re jrc ec europa eu pvgis 40 Instituto Geogr fico Portugu s 2012 Mar o Instituto Geogr fico Portugu s Online http www igeo pt atlas cap1 Cap1d_2 html 41 Allsmallwindturbines 2012 Fevereiro allsmallwindturbines Online 147 http www allsmallwindturbines com files WREN pdf 42 A Kaabeche 1 M Belhame and R Ibtiouen Sizing optimization of grid independent hybrid photovoltaic wind power generation system in Energy Elsevier 2011 ch 2 pp 1214 1222 43 Yang Hongxing Lu Lin and Zhou Wei A novel optimization sizing model for hybrid solar wind power generation system in Solar Energy Elsevier 2007 ch 1 pp
81. a kg h 120 31000 30 60 16000 15 4 3 2 1 Conce o do condom nio dotado de AE e PV No Quadro 4 41 encontra se a estrutura da solu o obtida pot ncia PV e capacidade de armazenamento a serem instalados em cada arm rio 97 4 Casos de estudo Quadro 4 41 Localiza o das pot ncias PV e capacidade do AE a instalar sistema dotado com PV e AE distribu do E Pot ncia PV a instalar Capacidade de bateria a instalar Arm rio kW kWh 1 72 340 56 2 45 185 76 3 30 123 84 4 56 25 278 64 5 18 123 84 Total 221 25 1052 64 O modelo determina ainda que a sec o econ mica de 240 mm A sec o da rede de distribui o n o sofre portanto qualquer redu o comparativamente solu o que previa a instala o de geradores PV e AE centralizado No que respeita sec o t cnica esta toma o valor de 35 mm a corrente m xima que se verifica na rede de 117 A A solu o obtida tem um VAL de 961413 Observa se ainda que o benef cio econ mico resultante da venda do excesso de produ o de 352592 no final dos vinte anos o custo global ser de 1314005 O custo m dio da energia el trica consumida no condom nio neste caso situa se pr ximo de 0 28 kWh No que se refere ao custo m dio de produ o da energia el trica do condom nio este toma o valor de 0 20 kWh O Quadro 4 42 permite a compara
82. a a instalar seria zero Esta situa o ocorre devido preponder ncia de baixos valores de velocidade de vento para a zona de Viseu como mostra a Figura 4 9 75 4 Casos de estudo Mi LI o Figura 4 9 Perfil de vento para a s rie real N q A o A N A to A w A A m A N A A A A a o to nm m N A sesou eynjosqe enugnbaJs Para ver o efeito dos sistemas micro e licos nos resultados e comprovar que a metodologia funciona definiu se uma serie de vento mais favor vel que a apresentada na Figura 2 5 Esta s rie permitiu obter uma maior de frequ ncia de ocorr ncia de velocidade de vento superiores como ilustra a Figura 4 10 Figura 4 10 S rie de vento adaptada A Figura 4 11 mostra o perfil de vento da s rie adaptada Esta s rie possui uma velocidade m dia de 6 3 m s ainda de referir que em 19 dos per odos anuais a velocidade do vento inferior a 3 m s e que a velocidade do vento nunca superior a 15 2 m s Note se que tentou se criar uma s rie o mais realista poss vel e sem valores improv veis 76 4 Casos de estudo v hee e lt C d e n Q amp c lt 5 o v Sm uu 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 v m s Figura 4 11 Perfil de vento da s rie adaptada 4 2 Resultados sem produ o distribu da
83. a de AE colocado junto ao PT temos que os Ctecnologias podem ser ditados pela express o 35 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico n Crecnologias ba xiy x Cev Cio i 1 l 3 2 Chat X 1 inf Xpat X gt merce ae Ciny pat j Onde n representa o n mero de arm rios de distribui o Cpy o custo de aquisi o da tecnologia PV inclui se aqui o custo de tecnologia e o custo de m o de obra para instala o em kW Xby a pot ncia fotovoltaica a instalar no arm rio i em kW Cpar O custo de aquisi o da bateria inclui se aqui o custo de tecnologia e o custo de m o de obra para instala o em kWh Xpat a capacidade estipulada do armazenamento em kWh j representa os anos em que ocorrem substitui es do sistema de AE nos casos de estudo foi considerado que j toma o valor 0 5 10 e 15 a a taxa de juro inf representa a taxa de infla o Ciny py O custo do inversor com MPPT DC AC em kW e Ciny bat O custo do inversor carregador AC DC do AE em kWh Os custos vari veis do sistema Cyariaveis S o dados por n Y i Coam_pv x 1 aa inf Cyariaveis Xpy x Geo i 1 k 1 3 3 Y C x 1 inf Xpax gt 08M bat X f k ral 1 a Onde Cogm pv O custo anual de opera o e manuten o do gerador PV em kW Cogm bat o custo anual de opera o e manuten o do sistema de AE em kWh e y representa o n mero de anos e
84. a rede distribui o sistema dotado com PV e AE centralizado Outro aspeto relevante o comportamento do SoC do AE A t tulo de exemplo a Figura 4 17 mostra o estado de carga SoC da bateria para os meses de agosto e dezembro a analise destes meses ser constante para todos os casos de estudo Na Figura poss vel constatar que os limites m nimo e m ximo definidos 30 e 100 n o s o violados Por outras ya palavras a bateria armazena energia at 4 sua capacidade estipulada o excesso quando existe entregue rede e descarrega at 47 da sua capacidade estipulada na pior situa o A Figura mostra ainda que no m s dezembro ocorrem situa es em que o SoC m ximo di rio inferior a 100 Simultaneamente de salientar que em agosto m s de maior n vel de irradi ncia ocorre produ o em excesso todos os dias a qual entregue rede Conclui se portanto que devido ao maior n vel de irradia o o sistema de AE sofre descargas menos profundas no m s de agosto 82 4 Casos de estudo NA MIN vo AM 0 5 agosto 0 4 dezembro 0 3 0 2 0 1 o NOANMTNORAWAD ad ANNNNNNNNNN mM o m Figura 4 17 Evolu o do SoC do AE sistema dotado com PV e AE centralizado A Figura 4 18 representa o comportamento do SoC obtido para o dia 25 de dezembro que inclui o valor m nimo anual cerca de 47 da sua capacidade estipulada 0123 45 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 2
85. abundante pelo que n o dever haver necessidade de recorrer rede para satisfazer os consumos deslocados no tempo Tal como no condom nio aut nomo o custo m nimo do kWh interrompido no CCLZ pode ser obtido pelos valores da Figura 5 8 5 3 Utiliza o de hCHP Como j foi referido anteriormente o condom nio necessita de energia t rmica para o aquecimento das habita es espa o e guas quentes sanit rias No presente estudo considerou se a hip tese do aquecimento ser realizado por um sistema de microcogera o Assim pode se satisfazer as necessidades t rmicas e adicionalmente produzir energia el trica O sistema de microcogera o pode tamb m ser utilizado para satisfazer exig ncias da rede a montante A avalia o efetuada nesta sec o tem como objetivo auxiliar a tomada de decis o da poss vel presta o de servi os rede por parte do condom nio utilizando a unidade de microcogera o Assim a an lise efetuada centra se em dois aspetos fundamentais a saber e Verificar os per odos temporais em que a unidade ou unidades no caso do sistema descentralizado ter disponibilidade de prestar servi os rede e Quantificar os custos inerentes ao funcionamento da unidade de microcogera o para a presta o de servi os rede por forma a estimar o custo m nimo do servi o 5 3 1 Sistema uCHP centralizado Naturalmente que a disponibilidade da unidade de microcogera o prestar servi os r
86. ada de decis o no problema de dimensionamento de condom nios energ ticos O problema descrito na referida sec o caracterizado por ter vari veis reais fun o mono objetivo e restri es n o lineares Dada a natureza e complexidade do problema foi necess rio desenvolver uma plataforma computacional para o estudo analise e dimensionamento de condom nios el tricos Este cap tulo inicia se com a apresenta o das considera es gerais da simula o nomeadamente sobre os equipamentos respetivos custos e caracter sticas Apresentam se em seguida as condi es iniciais da rede em estudo Exp em se em seguida os resultados retirados da aplica o desenvolvida os quais permitem reconhecer as potencialidades destas estruturas nomeadamente no que se refere integra o de diversos tipos de PD Na terceira parte discutem se os resultados obtidos para a conce o do CCLZ e comparam se com os resultados obtidos no condom nio aut nomo 4 1 Considera es gerais A metodologia apresentada no cap tulo 3 para a conce o de condom nios energ ticos pode ser aplicada a qualquer zona geogr fica do globo terrestre Contudo foi escolhida a zona geogr fica da cidade de Viseu para efetuar os casos de estudo que se seguem importante referir que nos casos em estudos poderia considerar se o diagrama de carga t pico para todos os dias do ano discretizado em per odos de 15 minutos No entanto para lidar como os longos tem
87. ador da rede a montante dever ser sempre superior a 0 24 kWh 5 1 2 Sistemas de AE distribu dos Tal como no AE centralizado o elemento que limita a disponibilidade do AE distribu dos prestar servi os rede a montante s o as suas m ximas correntes de descarga Figura 5 3 129 5 Servi os de sistema 3x5 kW 15 kW WA 3x5 kW 15 kW es vem 3x5 kW 15 kW WA 3x5 kW 15 kW gi 8 06 kW ES 4 03 kW Figura 5 3 Esquema ilustrativo da limita o do sistema AE distribu do Aplicando a express o 5 1 a cada um dos sistemas de AE distribu dos obteve se a disponibilidade de pot ncia de prestar servi os a rede A Figura 5 4 e a Figura 5 5 mostram a disponibilidade dos sistemas de AE prestarem servi os a rede para o dia 22 de agosto e 21 de dezembro respetivamente Comparando estes valores com os contidos na Figura 5 2 conclui se que o sistema de AE distribu do apresenta uma disponibilidade maior Por exemplo no dia 21 de dezembro entre as 20 e as 2lh o AE distribu do tem uma disponibilidade 25 kW mais 12 kW J no mesmo per odo hor rio do dia 22 de agosto os sistemas de AE t m uma disponibilidade total de 10 kW mais 7 kW Disponibilidade de pot ncia kW O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 5 4 Disponibilidade do sistema de AE para o dia 22 de agosto sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE
88. aior auxilio rede a montante ainda de referir que o custo de produ o calculados para estas unidades tem o mesmo valor que o caso anterior 0 4 kWh admitindo iguais consumos e rendimentos 120 100 80 60 CHP s de 15 kW E CHP s de 30kW 0 Bas je I 0 123456 7 8 9101112131415 16 1718 1920212223 D O Pot ncia kW na Horas Figura 5 13 Disponibilidade dos sistemas de microcogera o distribu dos nos meses frios para prestar servi os rede 139 5 Servi os de sistema m CHP s de 15 kW E CHP S de 30kW 0123 456 7 8 9101112131415 16 1718 19 20 2122 23 Horas E 0 Figura 5 14 Disponibilidade dos sistemas de microcogera o distribu dos nos meses quentes para prestar servi os rede 140 6 Conclus o e desenvolvimentos futuros 6 1 Conclus es Esta disserta o procurou contribuir para a defini o de uma metodologia adequada ao desenvolvimento do conceito de condom nio energ tico no seio dos atuais sistemas el tricos de distribui o O desenvolvimento referido como foi mostrado no cap tulo 2 6 fundamentalmente uma expans o dos conceitos atualmente em estudo e em desenvolvimento de microredes e microgera o O sucesso do desenvolvimento destas novas entidades condom nio energ tico requer portanto a exist ncia de metodologias capazes de eliminar barreiras relacionadas com os elevados custos e os baixos benef cios econ micos dai a neces
89. al de 20 anos Este valor contabiliza o custo total do sistema 1618589 o beneficio obtido junto da rede a montante pela entrega de energia em excesso 1846036 e os custos com a energia adquirida junto da rede a montante 208141 No Quadro 4 56 encontra se o balan o energ tico do sistema Quadro 4 56 Balan o energ tico CCLZ dotado de sistema PV Produ o Consumo Energia Energia Energia Anual Anual autoconsumida entregue rede importada da rede MWh MWh MWh MWh MWh 933 118 68 865 50 de notar que o valor da energia anual produzida pelo sistema de produ o igual a 933 MWh Este valor corresponde soma da energia autoconsumida 68 MWh e a energia entregue a rede a montante 865 MWh Outro aspeto a salientar que a energia entregue a rede superior energia importada da rede a montante 50 MWh Este facto torna o condom nio num consumidor de energia l quido zero ainda de referir que o custo de produ o da energia el trica no condom nio de 0 075 kWh Note se que este valor inferior m dia do valor que a rede estar disposta a pagar por cada kWh segundo os prossupostos expostos na sec o 4 1 1 a rede pagar em m dia 0 10 kWh Esta situa o conduz a que a otimiza o procure maximizar a energia exportada para a rede aumentando a pot ncia PV instalada de forma a minimizar o custo final do projeto Note se
90. aliza o e a dimens o do AE que minimize os custos globais do sistema Para melhor visualiza o da dispers o da PD optou se por apresentar a solu o atrav s de um quadro contendo a pot ncia PV a ser ligada ao longo da rede de distribui o Quadro 4 21 Quadro 4 21 Dispers o da PD sistema dotado de PV e AE centralizado Arm rio Pot ncia PV a instalar kW AD 1 45 AD 2 54 AD 3 27 AD 4 54 AD 5 54 Total 234 A solu o apresentada foi obtida pela minimiza o da fun o objetivo minimiza o dos custo globais do sistema A disposi o da produ o tem em conta a minimiza o das perdas e a satisfa o dos limites de tens o Para al m das capacidades PV apresentadas o modelo prop e a instala o de um sistema de AE colocado junto ao posto de transforma o com capacidade de 1 114 MWh Este sistema respons vel por armazenar a energia necess ria ao consumo nas horas em que a produ o PV n o suficiente O modelo determina ainda que a sec o econ mica da rede de distribui o de energia el trica de 240 mm No entanto de salientar que a sec o t cnica da solu o inferior Por outras palavras a sec o m nima que garante a m xima corrente verifica ao longo da rede 120 A de 35 mm que apresenta uma corrente admiss vel de 130 A A solu o apresentada tem um VAL de 1018497 calculado num per odo de 20 anos Este valor j cont
91. ant m a forma de c lculo apresentada na sec o 3 1 1 1 47 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico A restri o da express o 3 34 determina que em cada per odo t a soma da energia disponibilizada pelos sistemas PV micro e licos AE e sistemas de microcogera o suficiente para suprimir os consumos e as perdas do sistema Econsumo t Eperdas t n n lt Foyt x gt Oh x At Peolicast x gt Kiia x At 3 34 Epat t 1 Ecupt Onde Pooricat representa a pot ncia gerada por cada e lica para o per odo t em kW e dado pela express o 2 3 A inclus o da restri o equa o 3 35 na modeliza o garante que o n mero de geradores micro e licos a instalar no arm rio i inteiro e maior ou igual que zero iira Zo 3 35 As restantes restri es apresentadas na sec o 3 1 1 1 n o s o alteradas pela inclus o dos sistemas micro e licos 3 1 2 Armazenamento descentralizado O objetivo fundamental dos modelos apresentados nesta sec o a defini o das capacidades das tecnologias de produ o e AE a instalar em cada AD visando a satisfa o dos seus consumos e simultaneamente a minimiza o dos custos ocorridos na instala o opera o e manuten o do sistema Por outras palavras a metodologia proposta procura garantir que cada um dos AD autossuficiente atrav s da coloca o de PD e de AE Esta metodologia prop e tal como a anteriormente
92. ante a noite per odos de baixo consumo Ap s o estabelecimento do condom nio energ tico ocorre uma invers o desta situa o Importa ainda referir que a tens o composta atinge um valor m ximo de 405 25 V Tens o p u pect eee CC enc een gy condominio eeeeese Antes do condom nio 01234567 8 91011121314151617181920212223 Horas Figura 4 20 Perfil de tens o dos arm rios AD 5 no dia 2 de agosto sistema dotado com PV e 84 AE centralizado 4 Casos de estudo 4 3 1 2 Conce o do condom nio dotado de AE PV e uCHP O caso de estudo apresentado nesta sec o utiliza para al m dos geradores PV uma unidade de microcogera o pot ncia t rmica de 280 kW e potencia el trica de 70 kW que providencia a energia t rmica necess ria ao aquecimento de espa os e de guas quentes sanit rias Nesta aplica o considerou se que se utiliza um nico sistema de produ o de calor para satisfa o da procura de energia t rmica Tomando como referencia a Figura 4 21 e admitindo que existe uma rede distribui o de energia t rmica teremos que o sistema de microcogera o ser instalado junto ao PT do condom nio energ tico Barramento BT ADS Figura 4 21 Coloca o do sistema de microcogera o no interior da rede No Quadro 4 24 encontram se os valores de pot ncia PV a instalar na rede do condom nio determinadas pela plataforma desenvolvida A solu o apresentada prop e a instala
93. aquecimento nos meses frios ent o a eletricidade 27 2 Conceitos Inovadores exportada anualmente para a rede a montante dever compensar o teor energ tico do g s natural utilizado iii Net Zero Energy Costs Num edif cio deste tipo o valor da energia anual exportada para a rede a montante no m nimo igual ao valor pago pela energia importada da rede durante esse mesmo ano iv Net Zero Emissions Um edif cio deste tipo produz e exporta anualmente energia renov vel livre de emiss es suficiente para compensar as emiss es de toda a energia n o renov vel usada no edif cio nesse mesmo ano Por exemplo um edif cio que utilize g s natural para o aquecimento dever gerar e exportar anualmente para a rede energia renov vel suficiente para compensar as emiss es causadas pelo uso de g s natural Note se que um edif cio pode ser projetado para atingir mais do que um dos objetivos referidos Alem disso em todos os casos pressup e se o uso de fontes de energia renov veis e a rede a montante para a contabilidade do consumo l quido zero O conceito de consumo l quido zero tem vindo a ser aplicado essencialmente a edif cios de habita o unifamiliares No entanto segundo 85 a aplica o deste conceito a uma comunidade maior permite obter vantagens adicionais Estas vantagens est o relacionadas com o aumento da efici ncia energ tica e da sustentabilidade atrav s de uma maior integra o da PD
94. ar dos resultados apresentados no Quadro 4 58 que apesar da pot ncia PV instalada do CCLZ ser muito superior aquela instalada nos condom nios aut nomos o seu custo final muito inferior Esta situa o est relacionada com o benef cio obtido junto da rede a montante pela energia a esta entregue j salientado nesta sec o Outra conclus o importante que pode ser retirada da an lise dos resultados presentes no Quadro 4 58 que o elevado custo dos condom nios aut nomos comparativamente aos CCLZ est relacionado com o custo dos sistemas de AE Por exemplo no caso do condom nio aut nomo com AE centralizado o custo com do sistema de AE de 791173 o 115 4 Casos de estudo que representa 57 6 do custo da solu o Note se que este valor elevado ocorre devido necessidade de proceder substitui o do sistema de AE durante a vida til do projeto Quadro 4 58 Compara o da solu o AE centralizado AD descentralizado e CCLZ CCLZ dotado de sistema PV VALE Custo m dio de Pot ncia PV produ o kWh total kW ER mule COPIA i asies 0 20 o AE centralizado EEE Senden au PR 1256707 0 20 221 25 AE distribu do CLZ 227447 0 075 570 4 4 2 Conce o do CCLZ dotado de PV e CHP Tal como no condom nio aut nomo foi considerado que o CCLZ possui uma unidade de microcogera o de 70 kW el tricos 280 kW t rmicos colocado junto ao PT do
95. ara dimensionamento destas entidades Os modelos desenvolvidos procuram potenciar os benef cios mais relevantes da produ o distribu da tendo em considera o os seguintes fatores 1 dimensionamento de uma rede el trica totalmente condom nio aut nomo ou parcialmente condom nio com consumo l quido zero aut noma ii conjuga o de redes el tricas e de calor iii localiza o da produ o distribu da no interior da rede visando a redu o de perdas e a n o degrada o dos n veis de tens o e iv dimensionamento otimizado da rede de distribui o de eletricidade integrada no condom nio 2 A metodologia desenvolvida aplicada a casos de estudos baseados em redes reais Os resultados obtidos permitem retirar conclus es que caracterizam os potenciais benef cios e custos que resultam da implementa o do conceito de condom nio energ tico A disserta o finalizada com a avalia o da capacidade dos condom nios energ ticos prestarem servi os rede a montante Esta avalia o teve em considera o as caracter sticas destas estruturas nomeadamente a possibilidade de alterar a carga e a produ o internas ABSTRACT Over the past few years distributed generation of electricity had a rapid growth due to incentive mechanisms that have been implemented mainly in the countries of the European Union Considering this concept we have observed an increase of the connection of small units of distributed production
96. at gia de Reposi o de Servi o utilizando Micro Redes Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto Disserta o realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores 2010 61 Uni o Europeia 2012 Abril microgrids Online http www microgrids eu 62 European Commission MICROGRIDS Large Scale Integration of Microgeneration to Low Voltage Grids MICROGRIDS Report on Telecommunication infrastructures and communication protocols 2005 63 M Barnes et al Microgrid laboratory facilities in Future Power Systems 2005 International Conference on Amsterdam 2005 pp 1 6 64 Andr Guimar es Madureira Defini o de Estrat gias de Controlo e Avalia o da Estabilidade em Redes de Baixa Tens o com Micro Gera o Funcionando em Rede Isolada Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto Tese de Mestrado 2005 65 Robert Lasseter et al Integration of Distributed Energy Resources The MicroGrid Concept California Energy Commission California Public Interest Energy Research Program 2001 66 B Kroposki et al A look at microgrid technologies and testing projects from around the world Making microgrids work in Power Energy Magazine IEEE 2008 67 J A Pe as Lopes N Hatziargyriou J Mutale P Djapic and N Jenkins Integrating distributed generation into electric power systems A review of drivers challenges and opportunities
97. ateria em V e Umininv bat Umaxinv bat respetivamente as tens es m nima e m ximas admiss veis na entrada DC do inversor do AE em V A restri o 3 22 procura internalizar os valores limite admitidos para a sec o da rede de distribui o de energia el trica 40 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Smi lt Xcabo lt Smax 3 22 Onde Smin a m nima sec o que a rede de distribui o do condom nio pode tomar em mm Xcabo a sec o a adotar em mm e Smax a m xima sec o que a rede de distribui o do condom nio pode tomar em mm O valor de Smin dever ser determinado considerando o disposto no regulamento aplic vel ao dimensionamento de redes de distribui o em condom nios privados Guia T cnico de Instala es el tricas estabelecidas em condom nios fechados Por ltimo importa referir que a utiliza o da restri o 3 23 dever garantir que a m xima corrente verificada na rede de distribui o de energia el trica menor ou igual que a corrente admiss vel pela sec o definida como sendo a tima lt I efetiva admiss vel x 3 23 Onde efetiva representa a m xima corrente verifica ao longo da rede de distribui o em A e admiss vel x corrente admiss vel para a rede de distribui o de sec o x mm em A 3 1 1 2 Inclus o de sistemas uCHP A metodologia desenvolvida permite a inclus o de geradores de microcogera
98. bility of power systems with distributed generation in Power Tech Conference Proceedings 2003 IEEE Bologna 2003 28 Sangswang Anawach and Kirtikara Krissanapong Reliability Improvement of a Distribution System Using PV Grid Connected System with Tie Switch in JEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems Bangkok 2006 pp 1354 1357 29 H A Gil and G Joos Models for quantifying the economic benefits of distributed generation IEEE Transactions on Power Systems vol 23 no 2 pp 327 335 May 2008 30 Comiss o Europeia 2012 Maio eur lex europa Online http eur lex europa eu LexUriServ LexUriServ do uri 0J L 2010 153 0013 0035 PT PDF 31 Comiss o Europeia 2012 Agosto Uni o Europeia Online http ec europa eu energy strategies 2010 2020 en htm 32 Mancarella Pierluigi and Chicco Gianfranco CO2 Emission Reduction from Sustainable Energy Systems Benefits and Limits of Distributed Multi Generation in The Second International Conference on Bioenvironment 2011 33 Rashad M Kamel Aymen Chaouachi and Ken Nagasaka Carbon Emissions Reduction and Power Losses Saving besides Voltage Profiles Improvement Using Micro Grids Low Carbon Economy August 2010 34 A G Tsikalakis and N D Hatziargyriou Financial Evaluation of Renewable Energy Source Production in Microgrids Markets Using Probabilistic Analysis in Power Tech 2005 IEEE Russia June 2005 pp 1 7 35 N HATZIARG
99. capacidade das unidades de produ o distribu da Assim a metodologia proposta no presente caso formula a fun o objetivo como Min Creeubionias Cyariaveis Cperdas Ccompra energia Ccabo_final 3 46 Boenaa Onde Ceompra_energia O custo anual com a energia importada da rede a montante para o interior de condom nio calculado por 54 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Ccompra energia Y AT Sl Comoro x Eonar x 1 inf k ran 1 a Y 5 5 12 X Crermo_fixo X 1 inf 3 47 Ls 1 a is ES P 12 x Cpotencia contratada x 1 inf ticot rot Onde Ceompra t O custo da energia comprada pelo condom nio no per odo t em kWh E a energia que o condom nio tem de importar da rede a montante no per odo t em compra t kWh Ctermo_fixo representa o custo do termo do tarif rio fixo em m s Peont a pot ncia contratada em kW e Cpotencia contratada O custo da pot ncia contractada em kW m s Note se que o valor de Ceompra t Ctermo fixo Cpotencia contratada S o valores estabelecidos pelo fornecedor de energia el trica As restantes parcelas s o calculas de acordo com as equa es apresentadas na sec o 3 1 No entanto nas parcelas Crixos Cyariaveis exclui se todos os custos relacionados com AE inexistente nesta abordagem Tal como nas abordagens anteriores as restri es a incluir no problema prendem se com
100. cboutoses seuaeseecstgesabhsaGoneces S E Sotesestesnasbent 105 xvi Figura 4 38 Evolu o do SoC do AE 1 para o dia 1 de novembro sistema dotado com PV e IMCFOCOPEra O s nesin rias prestar e as asd eed den Fad cde Ria es eee ee ete 105 Figura 4 39 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do AEE E EEEE andado ces ava anda Do sd EUA ra an sado CU chschsevsudassss dascacandvsasedsssctteesasees 106 Figura 4 40 Perfil de tens o do AD 5 do dia 26 de dezembro sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do occ A Sees ee eee anes ac aoe eae 106 Figura 4 41 Evolu o do SoC do AE do AD 1 sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribuido 0 cccccccccccccccsesecccceesecccceesececeueeceseuesecessuegeecsseuesecsseueaness 110 Figura 4 42 Evolu o do SoC do AE 1 para o dia 15 de novembro sistema dotado com PV microcopera o e MMNCTO COICOS sic sais contin Starr A edee dans dias ead ete site eens 110 Figura 4 43 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o micro e licas EN ErdistriDUIdO tec Acer AGP tas Pe te LR O To ROD a 2 BN ESSA cl Lop a Det Sur 111 Figura 4 44 Balan o energ tico o m s de agosto e dezembro CCLZ dotado de sistema PV ceo o a a o 113 Figura 4 45 Balan o energ tico para um dia do m s de agosto CCLZ dotado de sistema PV PERENE EEE E DRRR saa RS RD PERENE SARRO PERRNR E AEE EET 114 Figura 4 46 Balan o energ tic
101. condom nio Contudo como mostra o Quadro 4 59 a pot ncia PV a instalar n o sofre qualquer altera o quanto ao seu valor e localiza o Conclui se portanto que no presente caso a instala o de um sistema de microcogera o n o influencia pot ncia PV a instalar Esta situa o est relacionada mais uma vez com a minimiza o dos custos globais Quadro 4 59 Distribui o da produ o distribu da CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o Arm rio Pot ncia PV a instalar kW AD 1 280 AD 2 5 AD 3 275 AD 4 10 AD 5 0 Total 570 O modelo prop e a instala o de uma rede de distribui o de energia el trica de sec o econ mica de 240 mm A sec o t cnica devido s correntes causadas pelo excesso de energia entregue rede 360 A tamb m de 240 mm 116 4 Casos de estudo O presente caso tem VAL de 166885 Este valor contabiliza o custo total do sistema 1920243 o beneficio obtido junto da rede a montante pela entrega de energia em excesso 1931164 e os custos com a energia adquirida junto da rede a montante 177807 No Quadro 4 60 encontra se a compara o entre o VAL da presente solu o e a solu o anterior permitindo verificar que a introdu o do sistema de microcogera o diminui o VAL em cerca de 394332 Da utiliza o da tecnologia de microcogera o resultam custos de opera o no valor de 292840 A di
102. dados pela express o 3 37 49 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico n Crecnologias TZ gt Cov a x Xiv i 1 3 37 Chat X 1 inf Xbat x gt a 1 a i F Cinv bat j Onde X a pot ncia fotovoltaica a instalar no arm rio i em kW X a capacidade nominal do armazenamento a instalar no arm rio i em kWh Ciny pv representa o custo do inversor com MPPT DC AC em kW e Ciny bat O custo do inversor carregador AC DC do AE em kWh Os custos vari veis do sistema Cygriqveis S o dados por Y n i Cogm pv x 1 inf Cyariaveis Xpy X a i 1 3 38 Ac x 1 inf i O amp M bat t Mae x DE k 1 Onde Cogu_py O custo anual de opera o e manuten o do gerador PV instalado no arm rio i em kW e Cogm bat O custo anual de opera o e manuten o do sistema de AE instalado no arm rio i em kWh As restantes parcelas da express o 3 36 mant m a mesma forma de c lculo apresentada na sec o 3 1 1 1 Algumas das restri es necess rias a incluir no presente problema sofrem uma pequena altera o em rela o ao m todo anterior A express o 3 39 determina que a produ o de energia fotovoltaica em conjunto com a energia armazenada no AE de cada arm rio de distribui o i garante o consumo e as perdas inerentes a esse mesmo arm rio Esta restri o valida para todos os AD da rede Ee demos E aiiust lt Foy
103. de blocos de um sistema hibrido com fonte PV e e lica 26 Figura 2 12 Arquitetura do Condom nio Energ tico de consumo l quido zero 29 Figura 3 1 Sistema dotado de produ o PV e de AE centralizado 35 Figura 3 2 Inclus o do sistema de microcogera o na rede iii 43 Figura 3 3 Inclus o dos sistemas micro edlicos na rede de distribui o 46 Figura 3 4 Sistema dotado de geradores PV e AE descentralizado ii 49 Figura 3 5 Tipologia de liga o da PD no CCLZ errar 54 Figura 3 6 Passos base da fun o fmincon eeeeeeeesseeeeesesaeeeeesssaeeeessssaeeeeesseaeeees 56 Figura 3 7 Esquematiza o do vetor solu o reraeraeaeeaeaneaes 57 Figura 3 8 Fluxograma do m todo de resolu o adotado 59 Figural Rede de BT em estudo asas sa mrene eer ene al A EE 65 Figura 4 2 Rede de distribui o a dimensionar eee 66 Figura 4 3 Perfil de consumo do conjunto de consumidores em diferentes dias do ano 68 Figura 4 4 Condom nio aut nomo com AE centralizado 69 Figura 4 5 Perfil de radia o para a cidade de Viseu erra 73 Figura 4 6 Fator de carga do sistema de microcogera o para os meses frios entre novembro E MAR O INCISIVOS a A a CAIA CR AD ae a 74 Figura 4 7 Fator de carga do sistema de microcogera o pa
104. de energia com a rede a montante Contudo o processo de otimiza o e os seus objetivos s o iguais aos da primeira abordagem excluindo o dimensionamento do AE No capitulo 4 a metodologia foi aplicada a um sistema de distribui o teste o qual possibilitou obter as seguintes conclus es i tecnicamente o conceito de condom nio energ tico pode ser exequ vel 11 a introdu o da otimiza o na conce o deste tipo de entidades permite uma maior flexibilidade e al m disso permite real ar o que a PD tem de bom e minimizar os poss veis efeitos negativos iii a PD permite melhorar o perfil de tens o da rede de distribui o iv atualmente poss vel desenvolver uma entidade com um custo de produ o n o muito elevado 0 20 kWh para o condom nio aut nomo e 0 075 kWh para CCLZ v atualmente a tecnologia de microcogera o ainda apresenta custos elevados a inclus o deste sistema na rede teste eleva o custo de produ o para 0 28 kWh no caso do condom nio aut nomo e 0 093 kWh para o CCLZ vi a sec o da rede de distribui o poder influenciar significativamente a pot ncia da PD e da capacidade de AE a instalar vii as correntes m ximas de carga e descarga das baterias por vezes levam a obter sistemas de AE de tamanho elevado viii os sistemas micro ec licos podem permitir em fun o do regime de vento diminuir o custo global da solu o pois possibilitam a diminui o das restantes tecnologias de
105. de sistema PV microcogera o e e lica Antes do Depois do condom nio Depois do condom nio condom nio Sec o sem sistemas e licos com sistemas pedlicos de 35 mm Sec o de 240 mm Sec o de 240 mm Energia ativa de perdas 0 57 8 2 9 1 MWh A instala o dos sistemas micro e licos pode influenciar os n veis de tens o dos AD Tal como ilustra a Figura 4 55 a inclus o dos sistemas micro e licos provoca varia es nos n veis de tens o ainda de referir que tal como em todos os casos j analisados os n veis de tens o encontram se entre o m nimo e m ximo definidos na restri o da aplica o gt aiii iii PNI AT agosto e 3 o e ul v c v He dezembro ANNTINOMNCO O Figura 4 55 Perfil de tens o do arm rio AD 5 CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e c lica O Quadro 4 69 permite a compara o das solu es que consideram a instala o de sistemas micro e licos Como vis vel pela an lise dos valores e tal como nos casos anteriores o condom nio de CLZ apesar da sua pot ncia instalada ser muito superior aos restantes casos apresenta menor custo comparativamente aos condom nios aut nomos Esta situa o est relacionada com dois factos o benef cio obtido junto da rede em troca da energia exportada 2173624 em vinte anos e a n o utiliza o de sistemas de AE no CCLZ 125 4 Casos de est
106. deve ser compensada atrav s da inje o resultando num aumento da tens o A participa o da microrede no controle de tens o do sistema el trico depende do seu tamanho e da sua localiza o Efetivamente uma microrede pode executar a regula o de tens o a n vel local em fun o das necessidades do sistema el trico No momento em que ocorra um afundamento da tens o na rede de distribui o a PD das microredes dever fornecer energia reativa No entanto importante referir que PD s ser capaz de fornecer energia recativa se os seus interfaces eletr nicos forem concebidos para tal efeito 2 5 3 3 Reposi o de servi o Em consequ ncia de perturba es pode ser necess rio retirar de servi o uma parte do sistema el trico Estas perturba es podem resultar de v rias situa es como por exemplo a retirada de servi o de alguns geradores devido a avarias Nestas situa es o sistema deve estar preparado para restabelecer a opera o normal o mais r pido poss vel Geralmente este tipo de servi o denominado por reposi o de servi o sendo designado na literatura anglo sax nica por blackstart A contribui o das microredes para a reposi o de servi o resulta da capacidade destas estruturas controlarem o funcionamento de algumas unidades de PD O procedimento de reestrutura o come a com a liga o de algumas unidades de PD seguido pela forma o de pequenas ilhas Neste contexto importa ref
107. dia x 1 inf Brenda e CDC UWU40F 0 k 1 Onde Coendat O valor pago pela energia fornecida rede a montante pelo condom nio no per odo t em kWh e E endat a energia entregue pelo condom nio rede a montante no per odo t em kWh este valor obtido atrav s de uma ferramenta para c lculo de tr nsitos de pot ncia As restri es a incluir no problema prendem se com limites t cnicos do sistema A express o 3 7 determina que em cada per odo t a produ o de energia fotovoltaica em conjunto com a energia armazenada utiliz vel isto superior ao limite inferior definido na restri o 3 9 tem de garantir a soma do consumo e das perdas do sistema ou seja n Econsumo t Eperdas t S Fs x Xby x a F Epat t 1 3 7 t 1 Onde Econsumo consumo global do condom nio no per odo t em kWh Ejergas t representa as perdas do condom nio no per odo t em kWh e Ebar t 1 a energia armazenada no sistema de AE no final do per odo t 1 em kWh este valor obtido adaptando as express es 2 5 e 2 6 At o intervalo de tempo em an lise em horas Fpy 37 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico representa o fator de produ o PV no per odo t Note se que o valor de Fpy t e Epat t 1 S O afetados pelos rendimento dos sistemas associados interface com a rede el trica Note se que o valor de Fpy foi obtido utilizando a express o 2 1 sendo
108. distribu do 130 5 Servi os de sistema x gt a e c lt o o v mo v Ee B c o Q 2 Q O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 5 5 Disponibilidade do sistema de AE para o dia 21 de dezembro sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do O valor m nimo que a rede dever pagar pela energia entregue tal como na abordagem anterior foi determinado considerando o custo m dio de produ o de eletricidade no condom nio com o AE distribu do Este procedimento leva a que o operador tenha de pagar ao investidor um valor sempre superior a 0 31 kWh entregue rede a montante e suficiente para o incentivar a entrar neste tipo de processos 5 2 Redu o de consumo A capacidade do condom nio aut nomo e do CCLZ para auxiliarem no processo de reconfigura o das redes MT ap s a ocorr ncia de um defeito nesta depende da capacidade de aumentarem a produ o interna e ou reduzir a carga A redu o de carga conseguida com a es de deslastre de cargas As opera es de deslastre tender o a ser executadas tendo em considera o a import ncia das cargas el tricas Por outras palavras as diferentes cargas internas tender o a ser classificadas quanto respetiva prioridade de alimenta o perante situa es de emerg ncia A redu o de consumo permite no caso do condom nio aut nomo injetar energia na rede a monta
109. distribui o e das pr prias microredes Esta metodologia considera a possibilidade das microredes funcionarem em modo interligado ou em modo isolado Nesta metodologia s o consideradas as seguintes capacidades das microredes e Capacidade de alimentar totalmente ou parcialmente os consumidores internos durante os per odos de funcionamento isolado e Controlo conjunto da carga e de unidades de PD como seja unidades de microcogera o O ltimo item referido anteriormente surge em resposta a necessidades de reconfigura o ap s a ocorr ncia de um defeito na rede MT Os resultados obtidos mostram que a adi o das microredes permitem melhorar os ndices de fiabilidade dos consumidores Este melhoramento sentido nos consumidores dentro e fora das microredes 2 5 3 1 Controlo de frequ ncia O objetivo deste tipo de servi o manter a frequ ncia dentro dos limites estabelecidos Para que tal seja poss vel dever verificar se um equil brio permanente entre a produ o e o consumo No entanto podem ocorrer situa es de desequil brio entre o consumo e a produ o podendo assim ser violados os limites de frequ ncia estabelecidos como aceit veis Na pr tica o sistema el trico um consumidor n o linear isto pot ncia exigida ao sistema electroprodutor varia ao longo do tempo Devido a este facto necess rio que a produ o de pot ncia ativa seja regularizada de forma a assegurar o correto funcionamento do siste
110. distribui o n o dever o ser superiores a 8 em rela o ao valor nominal No entanto nos centros urbanos recomenda se que as varia es de tens o n o exceda os 5 4 1 1 Custo da energia el trica e das perdas Considerou se que o condom nio um consumidor em m dia tens o MT sujeito a uma tarifa tetra horaria de longas utiliza es e ciclo di rio Quadro 4 1 Quadro 4 1 Per odo hor rio do ciclo di rio 62 Per odo de hora legal de Inverno Per odo de hora legal de Ver o 10 00 11 30h 10 30 12 30h Horas Ponta Horas Ponta 19 00 21 00h 20 00 22 00h 08 00 10 00h 09 00 10 30h Horas Cheias 11 30 19 00h Horas Cheias 12 30 20 00h 21 00 22 00h 22 00 23 00h 06 00 08 00h 06 00 09 00h Horas Vazio Horas Vazio 22 00 02 00h 23 00 02 00h Horas Super E Vazio 02 00 06 00h Horas Super Vazio 02 00 06 00h 4 Casos de estudo No caso do condom nio aut nomo n o se considerou qualquer estrutura tarif ria Esta situa o ocorre porque contrariamente ao CCLZ o condom nio aut nomo n o dever adquirir energia junto da rede a montante J no estudo do CCLZ assumiu se que a estrutura do tarif rio de eletricidade aplic vel composta pelas seguintes tarifas e Termo tarif rio fixo que corresponde a um valor fixo mensal pago ao fornecedor de eletricidade e Pre o da pot ncia contractada A pot ncia contratada a pot ncia que o dis
111. do condom nio dotado de AE PV e uCHP 85 4 3 1 3 Conce o do condom nio dotado de AE PV uCHP e pEolicas 90 4 3 2 Armazenamento distribu do aqua Ade dadas oie duas and datada dada Cada eas 96 4 3 2 1 Conce o do condom nio dotado de AE e PV 97 xii 4 3 2 2 Conce o do condom nio dotado de AE PV e uCHP 101 4 3 2 3 Conce o do condom nio dotado de AE PV uCHP e uE licas 106 4 4 Condom nio com consumo l quido zero CCLZ 111 4 4 1 Conce o do CCLZ dotado de PV erre 111 4 4 2 Conce o do CCLZ dotado de PV e uCHP ssssssssssessssssssessreessssssseerreesssssssee 116 4 4 3 Conce o do CCLZ dotado de PV uCHP e pE licas ssseeeesseeeeessseressseeee 121 J SERVICOS dE SISEMAA seess andri a E E T AE SREE 127 dd Utiliza o de Dalenas sinrin nrar id hese eta ee eaten 127 Selo Sistema d e AB centralizados tise oak AR ad nd es 128 5 1 2 Sistemas Ge AE distnDUIdOS osoric Po ED 129 Redu o de CONSUMO cassa dass assi sao O aiRas Ada Eae a Ria CEO Sos EE audi 131 5 2 1 Condom nio AULONONIO 25 4 5 tical ec teeta re coated AREIAS 132 5 2 2 Condom nio com consumo l quido zero 134 5 3 Utiliza o de UCP ir rin rreren niae go eap Estao discada guns o en des iscas ao Ena 136 5 3 1 Sistema uCHP centralizado asas eiseoapasa pads asi sais casada cedia 136 5 3 2 Sistemas uCHP distribu
112. dos geradores utilizados nomeadamente as caracter sticas t cnicas A velocidade do vento tal como a irradi ncia solar varia no tempo e geograficamente A Figura 2 5 mostra uma serie anual de velocidade de vento em intervalos de uma hora na cidade de Viseu 10 2 Conceitos Inovadores udi Figura 2 5 S rie de vento anual para Viseu Note se que a pot ncia el trica produzida por uma turbina e lica fun o da s rie de vento e da curva de pot ncia do gerador e lico Esta curva relaciona a pot ncia produzida com a velocidade do vento A Figura 2 6 mostra para uma microturbina do fabricante Wren a rela o entre a pot ncia produzida por esta e a velocidade do vento Facilmente se compreende que a pot ncia el trica produzida difere entre turbinas e licas uma vez que diferentes turbinas apresentam curvas de pot ncia diferentes 350w 300w amp 250w o e E 200w a 150w 100w 50w so Z Oa ym 2 Pd So O Do Do D 2 AA YS GBS SG 6 o 5 Velocidade do vento Figura 2 6 Curva de pot ncia da microturbina Wren Micro turbine 300 W 41 Devido diversidade de turbinas e consequentemente de curvas de pot ncia existentes usual adotar se uma cuva de pot ncia t pica Em 42 e 43 consideram que a pot ncia produzida em W por um sistema e lico pode ser obtida por v v O ST v2 Se Ve S V
113. dos is iach oe miin en na o Soria ERR ad a a 139 6 Conclus o e desenvolvimentos futuros rs reereraeeerrenaneaes 141 Gul CONCIMSGES seas aa ea AE da sa ad ada asa 141 6 2 gt Desenvolvimentos futuro Seeria a E SAAE E 143 Referencia S SORE one ee Pe eSREUE RO OMDREES EER RSE NO PCREP RIM a EE irado cds ui andas l nie 145 xiii NDICE DE FIGURAS Figura 1 1 Modelo do sistema el trico Portugu s pr reforma 1 2 1 Figura 1 2 Estrutura do sistema el trico Portugu s 3 iii 2 Figura 2 1 M dia da radia o anual para Portugal Continental 36 8 Figura 2 2 Perfis de irradi ncia solar para geradores PV em ViseU eeeeeeesnteeeeeeeeeeeeees 9 Figura 2 3 Velocidade m dia do vento em Portugal continental 40 10 Figura 2 4 Tipos de turbinas e licas cascas idee pln cided ineaiet seated accuse fast Ae ORAR a Gases aa 10 Figura 2 5 S rie de vento anual para Viseu sua sanita sonar ELA a near a a aa denne 11 Figura 2 6 Curva de pot ncia da microturbina Wren Micro turbine 300 W 41 11 Figura 2 7 Arquitetura de um sistema de microcogera o 45 12 Figura 2 8 Arquitetura de uma rede inteligente 50 eee eeeeeeeesneeeceeenneeeceessaeeeeessnaeeees 14 Figura 2 9 Arquitetura de uma microrede 58 errar 16 Figura 2 10 Arquitetura do Condom nio Energ tico aut nomo 23 Figura 2 11 Diagrama
114. e as baterias cidas e as de n quel c dmio conseguem abranger v rias dezenas de MW 20 e 40 MW respetivamente No que respeita s baterias de s dio enxofre a sua pot ncia podem atingir valores de 8 MW Por ltimo as baterias de 10es de l tio conseguem atingir valores na ordem das centenas de kW Os valores permitem concluir que as tecnologias emergentes s dio enxofre e 10es de l tio apresentam valores mais baixos comparativamente com as tecnologias j estabelecidas baterias cidas e de n quel c dmio Contudo apesar da elevada pot ncia das baterias de n quel c dmio a sua utiliza o n o aconselh vel devido ao facto de esta tecnologia sofrer do efeito mem ria que a impede de ter um bom desempenho No que se refere s densidades de energia e pot ncia as baterias de s dio enxofre e de i es de l tio apresentam valores mais elevados quando comparados com as baterias cidas No entanto como todas as tecnologias emergentes tendem a apresentar um custo superior ao das tecnologias j estabelecidas como o caso das baterias cidas Conclui se portanto que a utiliza o de baterias apresenta se como uma boa solu o Na pr tica a utiliza o de um armazenamento com base em baterias permitir ao sistema ter uma boa densidade de energia e uma elevada resposta em pot ncia a um custo acess vel Um aspeto determinante no mbito do dimensionamento dos sistemas de AE a modeliza o do processo de carga e descarga
115. e Ethernet O projeto CERTS Consortium for Electric Reliability Technology Solutions financiado pelo governo dos Estados Unidos da Am rica apresenta algumas diferen as em rela o ao projeto europeu Microgrids O CERTS tal como o Microgrids do ponto de vista da rede pode ser tratado como uma unidade nica e control vel em resposta s necessidades dos sistemas el tricos A principal diferen a est relacionada com a pot ncia de liga o da PD A pot ncia m xima de liga o no caso do conceito CERTS de 500 kW superior da MicroGrids que de 100 kW 64 65 A semelhan a do que acontece na Europa t m vindo a ser desenvolvidas muitas redes de teste nos EUA No Ohio a American Electric Power desenvolveu uma microrede com tr s geradores alimentados a g s natural com pot ncia individual de 60 kW No interior desta entidade existem tr s unidades de AE baseadas em baterias O sistema de comunica o baseado no protocolo Ethernet usado para estabelecer a comunica o entre o controlador central e os controladores da PD definindo pontos de funcionamento 66 2 5 3 Servi os de sistema No sistema el trico em regime de monop lio verticalmente integrado os servi os de sistemas eram garantidos essencialmente por grandes centrais el tricas No entanto a reestrutura o do sistema el trico e o aparecimento de v rias unidades de PD agrupadas numa entidade nica como seja a micro
116. e comunica o integrada com uma rede de distribui o de energia Estas entidades em tempo real adquirem e analisam dados referentes a aspetos como a produ o e o consumo de energia Com base nesses dados s o tomadas decis es para gerir de melhor forma a energia e as infraestruturas No entanto ao longo dos ltimos anos v rias defini es para o conceito de redes inteligentes t m vindo a ser apresentadas nomeadamente na UE e nos EUA Apesar das diferentes interpreta es a expectativa a de que nestas entidades comecem a surgiu pontos de converg ncia para a cria o de normaliza o adequada evolu o e consolida o de novos conceitos No entanto pelo exposto em 51 e 52 pode concluir se que as redes inteligentes surgem como um novo paradigma de opera es e gest o das redes el tricas com algumas caracter sticas fundamentais 1 Automatiza o O estabelecimento de uma rede inteligente implica a instala o de equipamento de controlo e gest o comunica o sensores e atuadores Os equipamentos de controlo e gest o incluem o controlador central e os controladores de carga e ou de microgera o a instalar em microredes A troca de informa o entre o controlador central e os restantes controladores imp e a exist ncia de um sistema de comunica o Estes sistemas devem ser capazes de lidar com um n mero elevado de 14 2 Conceitos Inovadores dados A exist ncia de sensores e atuadores tamb
117. e da otimiza o do problema Quadro 4 30 Distribui o da produ o distribu da sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado Arm rio Pot ncia PV a instalar kW Pot ncia micro e lica a instalar kW AD 1 9 4x2 5 AD 2 9 0 AD 3 0 5x25 AD 4 9 1x2 5 AD 5 9 0 Total 36 25 90 4 Casos de estudo O Quadro 4 31 permite perceber a influ ncia dos sistemas micro e licos na pot ncia instalada da tecnologia PV Analisando os valores do Quadro conclui se que a instala o dos sistemas micro e licos permite a redu o da pot ncia PV a instalar comparativamente ao cen rio anterior Esta redu o de 63 kW correspondendo a 63 6 da pot ncia PV Quadro 4 31 Compara o das pot ncias PV a instalar com e sem sistemas micro e licos AE centralizado Pot ncia PV considerando perl Py SORTS Varia o Varia o PV uCHP sistemas ue licos o caso PV uCHP kW kW kW 99 36 63 63 6 Conclus es semelhantes podem ser retiradas para a capacidade do AE que como mostra o Quadro 4 33 sofre uma redu o de 11 5 Esta redu o est relacionada com o facto dos sistemas micro e licos produzirem energia el trica durante o per odo noturno normalmente per odo onde o sistema de AE mais solicitado Quadro 4 32 Compara o das capacidade do AE a instalar com e sem sistemas micro e
118. e nos perfis de tens o O ajustamento da solu o conseguido pela minimiza o dos custos de perdas e dos custos de investimento opera o e manuten o No c lculo da capacidade tima das tecnologias a instalar e na determina o da sua localiza o foi utilizado o ambiente de c lculo Matlab utilizando o Matpower para o c lculo do tr nsito de pot ncia e dos n veis de tens o nos n s da rede Dadas as caracter sticas do problema utilizada a fun o fmincon para o processo de otimiza o cujo algoritmo pode ser resumido nas etapas representadas no fluxograma da Figura 3 6 Dados Gera o das vari veis X Calculo da FO Calculo das restri es Restri es asseguradas Solu o convergente Apresenta o da solu o Figura 3 6 Passos base da fun o fmincon 56 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Cada solu o apresentada por um vetor de dimens o N em que N depende do n mero de arm rios i e das tecnologias de PD pass veis de ser instaladas e do n mero de sistemas AE caso exista Este vetor Figura 3 7 incluiu uma posi o por cada AD e por tipo de tecnologia de PD Por outras palavras a cada AD s o atribu das duas vari veis que representam a pot ncia PV e o n mero de micro edlicas que poder o vir a ser instaladas J no que respeita aos sistemas de AE podem ser representados por uma nica posi o metodologia prop e u
119. e x Xpy x At Paten 3 39 50 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Onde Econsumot O consumo de energia inerente ao arm rio i no per odo t em kWh Ep i no per odo t em kWh e Epar t 1 a energia armazenada no sistema de AE instalado no AD i no final do per odo t 1 em kWh erdas t S o as perdas inerentes ao tro o da rede de distribui o de energia que alimenta AD As restantes restri es mant m a mesma forma de c lculo apresentada na sec o 3 1 1 1 3 1 2 2 Inclus o das turbinas micro e licas e sistemas uCHP A inclus o das turbinas micro e licas e dos sistemas de microcogera o n o alteram a fun o objetivo formulada na express o 3 36 Contudo algumas parcelas desta fun o sofrem altera es Com a inclus o dos sistemas de microcogera o e micro e licos em cada AD de energia o valor de Crecnotogias dado pela express o 3 40 n Crecnologias gt Cov Cini pr x xiv i 1 Coat X 1 inf Xat x 2 Em a a i Cinv bat 3 40 j Ceotica x Xia Coup Onde X oricq representa o numero total de micro e licas a instalar no AD i C yp O custo da tecnologia de microcogera o instalada no AD i em Como referido anteriormente os sistemas de microcogera o s o instalados em substitui o de caldeiras de aquecimento central convencionais consequentemente o investimento na tecnologia de microcogera o dado pela expre
120. ede a montante influenciada pelo seu fator de carga Assim sendo a disponibilidade da unidade dada pela seguinte express o CHP isp CHPnax 1 FC consi 5 2 Onde CHPGisp a disponibilidade de pot ncia da unidade de microcogera o no per odo t em kW CHPnax representa a pot ncia el trica estipulada da unidade de microcogera o em kW e FClonsumo O fator de carga da unidade de microcogera o no perio t em percentagem 136 5 Servi os de sistema Aplicando a express o 5 2 unidade de microcogera o centralizada obteve se a Figura 5 11 e a Figura 5 12 Estas Figuras permitem perceber a disponibilidade de pot ncia di ria da unidade de microcogera o centralizada para prestar servi os rede a montante para os meses frios e quentes respetivamente A an lise destas Figuras mostra que a unidade de microcogera o poder auxiliar os operadores das redes em momentos cr ticos para o sistema el trico Por exemplo pelos valores apresentados na Figura 5 11 poss vel perceber que entre as 20 he as 21 h tipicamente o per odo de maior consumo anual do sistema el trico a unidade tem uma disponibilidade de 56 kW No que se refere aos meses quentes a disponibilidade do sistema de microcogera o como seria de esperar maior comparativamente com os meses frios Para o mesmo per odo 20 h e as 21 h a unidade tem uma disponibilidade de 70 kW w oO z x ne 9 c lt o a N
121. em cada arm rio O mesmo Quadro faz refer ncia distribui o das pot ncias el tricas do sistema de microcogera o 101 4 Casos de estudo Quadro 4 45 Disposi o das pot ncias PV microcogera o e capacidade a instalar ere Pot ncia PV a Capacidade de bateria a Pot ncia el trica CHP instalar kW instalar kWh kW 1 30 309 6 30 2 18 154 8 15 3 11 25 123 84 15 4 27 278 64 30 5 9 123 84 15 Total 95 25 990 72 105 No que se refere sec o econ mica o modelo determina que de 240 mm Note se que a solu o anterior AE distribu do com geradores PV previa a instala o de uma rede de distribui o com a mesma sec o A sec o m nima que garante a m xima corrente verifica ao longo da rede 112 A de 35 mm A solu o apresentada tem um VAL de 1562762 Adicionalmente observa se que a entrega venda do excesso de energia rede a montante resulta num benef cio de 194854 no final dos vinte anos custo global de 194854 No Quadro 4 46 encontra se o valor anual produzido pelos sistemas de gera o a energia anual entregue rede e a percentagem que tal representa da produ o total Da produ o anual 280 MWh 137 MWh s o produzidos pelo sistema de microcogera o e 142 MWh pelo sistema PV Quadro 4 46 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do
122. ema de AE distribu do com unidades de microcogera o distribu da Note se que o aumento de perdas relativamente situa o inicial bastante significativo cerca de 15 7 Quadro 4 49 Perdas do sistema sistema dotado com PV microcogera o e AE distribu do Antes do condom nio Armazenamento Varia o energ tico distribu do com uCHP Energia ativa de perdas 0 57 0 66 15 7 MWh ano A t tulo de exemplo a Figura 4 37 mostra o comportamento do valor esperado do SoC do AE associado ao AD 1 Comparando a Figura 4 37 com Figura 4 33 sistema dotado de PV e AE distribu do conclui se que a inclus o dos sistemas de microcogera o provoca profundidades de descarga menores no sistema de AE 104 4 Casos de estudo 1 0 9 0 8 0 7 xX dezembro o 0 5 agosto 0 3 0 2 0 1 0 ANMANONROD Figura 4 37 Evolu o do SoC do AE do AD 1 sistema dotado com PV microcogera o e AE distribuido A Figura 4 38 representa o comportamento do SoC do AE colocado no AD 1 obtido para o dia 1 de novembro onde atingido o valor m nimo anual 74 da capacidade estipulada Importa salientar que o SoC permanece durante um tempo consider vel igual a 1 o que se deve ao facto da produ o no AD ser igual ou superior ao consumo durante este per odo 01234567 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 4 38 Evolu o do SoC do AE 1
123. emplo avaliaram esta rela o num sistema de microcogera o alimentado a pellets com base em motores Stirling Deste estudo 48 conclui se que a rela o entre as pot ncias el trica e t rmica da unidade de micrcogera o pode ser aproximada por uma rela o linear e proporcional Importa salientar que nos casos de estudo apresentados no cap tulo 4 ser o utilizadas unidades de microcogera o alimentadas a pellets e do tipo Stirling pelo que ser utilizada uma rela o linear entre as pot ncias el trica e t rmica 13 2 Conceitos Inovadores 2 4 Redes inteligentes A Uni o Europeia define uma rede inteligente Figura 2 8 como sendo uma rede de eletricidade que integra de forma eficiente o comportamento e a es de todos os utilizadores ligados a esta sejam eles produtores consumidores ou produtores consumidores por forma a garantirem efici ncia econ mica e um sistema de energia sustentado com baixas perdas e altos n veis de qualidade e seguran a 49 Esta defini o surgiu como resposta aos objetivos tra ados pela UE para 2020 nomeadamente utiliza o de 20 de fontes renov veis para a produ o de energia el trica redu o do consumo energ tico em 20 e redu o de 20 de emiss es de gases com efeito de estufa Central power plant Offices Fuel cells Industrial plants i Wind turbines Figura 2 8 Arquitetura de uma rede inteligente 50 A rede inteligente uma rede d
124. emunera o obtida junto da rede pela eletricidade vari vel ao longo do tempo De facto 63 4 Casos de estudo este valor v ria de acordo com o per odo tarif rio di rio e ainda com o per odo tarif rio anual Adicionalmente a entrega de energia nas horas de ponta implica custos relacionados n o apenas com a energia efetivamente entregue mas tamb m com a pot ncia em horas de ponta Nas horas cheias vazio normal e super vazio a entrega de cada kWh de eletricidade implica apenas o custo de energia de acordo com a tarifa em vigor no m s Assim a energia ativa entregue rede faturada de acordo com os pre os do Quadro 4 3 Quadro 4 3 Pre o da energia entregue rede por per odo kWh Per odo I IV Per odo II II Horas de ponta 0 196 0 200 Horas de cheias 0 094 0 096 Horas de vazio normal 0 060 0 063 Horas de super vazio 0 057 0 058 Note se que os valores apresentados no Quadro 4 3 s o validos tamb m para a energia importada da rede a montante pelo CCLZ O custo considerado para a energia de perdas um par metro determinante para o processo de dimensionamento Efetivamente se o custo de perdas n o for bem equacionado corre se o risco de se obter uma m solu o ou uma m dispers o da PD Efetivamente se este custo for subestimado as perdas n o ter o o peso que lhes devido no modelo podendo ser determinada uma solu o com um valor elevado de perdas As
125. ende atingir e a de entrada em C No c lculo admitiram se os seguintes pressupostos e Consumo di rio de guas quentes sanit rias de 6600 litros o que confere ao condom nio um conforto elevado este valor resulta das 20 habita es inseridas no condom nio e A temperatura da gua no dep sito deve igual a 45 C sendo que a gua da rede tem temperatura m dia igual a 15 C e litro de gua tem massa igual a 1 kg Importa ainda referir que a rela o entre a pot ncia el trica e t rmica produzida pela microcogera o um par metro importante para a no dimensionamento do condom nio energ tico Neste caso uma vez que n o se conhece a rela o efetiva n o disponibilizada pelo fabricante e tendo em considera o o disposto na sec o 2 3 3 adotou se uma rela o linear como ilustra a Figura 4 8 x S a v Re 9 c lt O a 100 150 200 Pot ncia termica kW Figura 4 8 Rela o entre pot ncias el trica e t rmica da microcogera o A determina o da produ o dos geradores micro e licos envolve o conhecimento do regime de vento sec o 2 3 2 a que estes est o sujeitos Tal como as restantes vari veis por exemplo o consumo a irradia o solar e o perfil t rmico inicialmente criou se uma base de dados contendo a velocidade do vento para intervalos de uma hora para todos os dias do ano Figura 2 5 No entanto nestas condi es o n mero de micro e lic
126. enerators Proceedings of IEEE PES winter meeting vol 2 pp 918 923 2001 21 A K Basu A Bhattacharya S P Chowdhury and S Chowdhury Reliability study of a micro grid system with optimal sizing and placement of DER Smart grids for distribution pp 1 4 June 2008 22 A K Basu S Chowdhury and S P Chowdhury Value based analysis on microgrid reliability and power quality International Journal of Distributed Energy Resources vol 6 pp 209 228 July 2010 23 D H Popovic J A Greatbanks M Begovic and A Pregelj Placement of distributed generators and reclosers for distribution network security and reliability in International Journal of Electrical Power amp Energy Systems Elsevier 2005 ch 6 pp 398 408 24 Juan R Abbad et al Assessment and Recommendations Overcoming in Short Term Grid System Regulatory and other Barriers to Distributed Generation DG Grid Project October 2005 25 Chiara Lo Pretea et al Sustainability and reliability assessment of microgrids in a regional electricity market in Energy Elsevier 2012 ch 1 pp 192 202 26 Yiming Mao and Miu K Switch Placement to Improve System Reliability for Radial Distribution Systems with Distributed Generation IEEE Transactions on Power 146 Systems vol 18 no 4 pp 1346 1352 November 2003 27 J A Greatbanks D H Popovic M Begovic A Pregelj and T C Green On optimization for security and relia
127. ento na aquisi o das tecnologias de PD e de AE Considerando a inclus o de sistemas micro e licos na metodologia a parcela Cecnotogias da por 46 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Crecnologias xiv x Cpv e Gariel T Mama x Cootica n t 1 1 infy 3 32 bat in Xbat x 2 Cinv bat F Coup j 1 a Sendo Ceotica O custo de aquisi o da tecnologia micro e lica inclui se aqui o custo de tecnologia e o custo de m o de obra para a instala o em Xeorica representa o numero de sistemas micro e licos a instalar no AD i Note se que a equa o anterior assume que os sistemas micro e licos possuem j o conversor de pot ncia adequado Por outra palavras o valor de Ciny pv inclui o custo da tecnologia micro e lica e o custo do interface eletr nico que permite a sua liga o rede el trica A inclus o dos sistemas micro e licos torna necess rio a inclus o na parcela Cygrigveis do custo de opera o e manuten o destes sistemas Assim sendo Coariaveis dado pela express o 3 33 n Y i Cogm pv X 1 inf Cyariaveis Xpy x E Ao i 1 k 1 Y o xi 7 X o x 1 inf eolica TD ro di 3 33 Ac x 1 inf O amp M_b Xpat x a eae k 1 Y A Coam_cup X 1 inf 1 TT fa 1 a Onde Co amp m eotica representa o custo anual de opera o e manuten o de um sistema e lico em As restantes parcelas da fun o m
128. er odo t em A e Imax descarga valor estipulado pelo fabricante para a m xima corrente de descarga que o AE suporta em A No dimensionamento das unidades de PD existem limita es t cnicas relacionadas com a rede que devem ser consideradas nomeadamente relacionadas com os n veis de tens o verificados em cada AD do condom nio Assim em cada AD ter de se verificar que 38 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Umin U Umax 3 12 Onde Umin a tens o m nima estipulada em p u U representa a tens o verifica no AD i no per odo t em p u e Umax a tens o m xima estipulada em p u Os geradores PV s o ligados rede de distribui o por meio de inversores Assim os m dulos PV devem ser ligados em paralelo de series tamb m conhecidas como strings que posteriormente ser o ligados entrada CC corrente continua do inversor Neste mbito o objetivo fundamental das restri es representadas nas equa es 3 13 3 14 3 15 3 16 e 3 19 garantir as condi es t cnicas da liga o dos sistemas PV A restri o 3 13 determina que a tens o m xima dos m dulos PV em vazio ligados em serie menor ou igual que a m xima tens o do inversor de pot ncia com MPPT do gerador fotovoltaico i Ns rie pv x Uoc max S Umax inv pv 3 13 Onde Nserie pv representa o n mero de pain is fotovoltaicos por fileira Uscmax a tens o m xima dos m dulo
129. erir que os sistemas PV e e licos n o s o control veis uma vez que a sua produ o depende da disponibilidade do recurso prim rio No entanto no caso dos sistemas de microcogera o e de AE a sua integra o em microredes pode ser ben fica em termos de contribui o para a promo o do blackstart Por outras 20 2 Conceitos Inovadores palavras a integra o de sistemas microgera o e de AE em microredes permite que as unidades se transformem em geradores despach veis 2 5 3 4 Resposta da procura O conceito de Demand response ou em Portugu s resposta da procura tem vindo a ser estudado como um mecanismo capaz de tornar o uso da energia mais eficiente Fatores como a introdu o de sistemas de comunica o no seio das redes el tricas e os conceitos de microredes e redes inteligentes t m acelerado a introdu o deste mecanismo A resposta da procura tem como principal objetivo influenciar a forma como os clientes consomem eletricidade em resposta a altera es de pre o ao longo do tempo 73 Por outras palavras a resposta da procura refere se s a es que podem ser tomadas com o objetivo de alterar o padr o de procura de eletricidade Efetivamente a resposta da procura define incentivos destinados ao n o uso da energia el trica em momentos em que a estabilidade do sistema prejudicada por exemplo per odos de ponta Perante estas condi es existem tr s a es que os consumidores
130. es oe e PS TLILLLILITA o o o e e e A ee ES ES EE ES ES SS SS CS ES Es E Pepe fe pe po po fo E E EE E re A O O O O O TT ESSE ES E E E SS E ES a SP N lida Mme E Dia de dezembro E Dia de agosto x a 5 c lt o o v mo v Ee ac 2 c o Q 2 Q 0123 45 6 7 8 9 101112 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 5 2 Disponibilidade do sistema de AE sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado No que se refere ao valor que a rede dever pagar pela energia entregue importante referir que este poder ser influenciado pelo efeito que as descargas devido a presta o de servi o poder o ter na vida til do AE Esta situa o est relacionada com o facto das descargas profundas consomem sempre mais tempo da vida til do AE No entanto devido falta de informa o sobre o n mero de vezes que este servi o poder ser utlizado n o se considerou nenhum custo adicional causado pela diminui o da vida til Por esta raz o considerou se que todos os servi os t m o mesmo custo independentemente da descarga sofrida no AE O custo por cada kWh entregue rede a montante de 0 24 calculado considerando o custo m dio de produ o no condom nio aut nomo com AE centralizado Note se que este o valor a partir do qual o propriet rio do sistema de AE poder ter algum benef cio Assim sendo o valor a cobrar ao oper
131. es e redes inteligentes j discutidos anteriormente Os resultados obtidos at ao momento t m sido promissores Contudo o sucesso do desenvolvimento destes conceitos n o inviabiliza o estudo e o desenvolvimento de novas formas de integrar os sistemas de 21 2 Conceitos Inovadores microgera o nas redes BT Neste sentido esta sec o procura contribuir para a defini o do conceito de Condom nio Energ tico adequado integra o dos conceitos emergentes de microgera o e microredes no seio dos atuais sistemas de distribui o Para o efeito s o apresentadas duas abordagens para defini o de condom nio energ tico a primeira consiste na defini o de uma microrede totalmente aut noma a segunda define uma microrede com consumo l quido zero 2 6 1 Condom nio aut nomo Os condom nios energ ticos aut nomos s o um conceito que apresenta algumas caracter sticas interessantes e s o tidos como um desenvolvimento natural das microredes 77 O conceito de condom nio energ tico aut nomo assenta no alargamento da no o de microrede no mbito mais amplo da integra o da PD Efetivamente estas entidades procuraram acomodar um maior n mero de PD sem prejudicar os n veis de tens o da rede de distribui o garantindo uma comunidade eletricamente e termicamente aut noma A conce o de um condom nio energ tico aut nomo como mostra a Figura 2 10 prev que este seja um sistema aut nomo isto que utilize
132. este valor afetado pela temperatura da c lula pelo rendimento do painel e pelo condicionar de pot ncia dos sistemas PV Assim Fpy dado pela express o seguinte I HP a ico T E Tres Fov x 1 E x Ninv pv 3 8 ref pico Onde Ninv pv O rendimento do inversor DC AC dos pain is fotovoltaicos em percentagem Na gest o da unidade de AE teve se em considera o a limita o da capacidade m nima e m xima do armazenamento Como mostra a equa o 3 9 considerou se que SoC do sistema deve em todos os per odos t encontrar se entre os limites m nimo e m ximo O estado de carga do AE atualizado em para cada per odo t com base no estado de carga do per odo t 1 Nesta formula o considerou se que no in cio do primeiro per odo o armazenamento se encontra com o SoC a 100 SOC ESOC SOC as 3 9 Tamb m na quest o dos sistemas de AE necess rio conhecer o limite de carga e descarga O n o cumprimento destes limites poder comprometer o desempenho das baterias As restri es 3 10 e 3 11 procuram internalizar os valores limite admitidos para os processos de carga e descarga das baterias Icarga t Imax carga 3 10 lt I Igescargat max descarga 3 11 Sendo carga a m xima corrente de carga efetiva ocorrida no per odo t em A Imax carga valor estipulado pelo fabricante para a m xima corrente de carga que o AE suporta em A Igescargat m xima corrente de descarga efetiva ocorrida no p
133. ever ser capaz de conseguir encontrar o melhor valor para a fun o objetivo respeitando todas as restri es envolvidas Neste 57 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico mbito de referir que a fun o escolhida fmincon para a resolu o do problema n o permite lidar com n meros inteiros Tendo em aten o este aspeto optou se por uma abordagem com recurso a um conceito de p s otimiza o Este m todo de resolu o apesar de usual claramente uma aproxima o situa o tima O processo de identifica o de solu es para o problema com a utiliza o da fun o fmincon que utiliza o m todo de Programa o Quadr tica Sequencial ser composto essencialmente por cinco passos fundamentais Figura 3 8 O primeiro passo consiste na resolu o do problema sem considerar as restri es t cnicas Por outras palavras determinado o n mero de micro e licas a pot ncia PV e a capacidade de AE caso exista n o considerando as restri es de acoplamento sistema PV e AE Neste passo n o se considera ainda que o n mero de e licas a instalar dever ser um valor inteiro O segundo passo consiste na fixa o dos valores da capacidade de AE caso exista e dos sistemas micro e licos No caso dos sistemas micro e licos este valor obtido pela aproxima o ao valor inteiro mais pr ximo J no caso do AE a capacidade obtida pela aproxima o ao valor que permita ter a mesma
134. exposta a conce o de um condom nio aut nomo Consequentemente os modelos s o bastante semelhantes aos apresentados anteriormente Tal com a metodologia apresentada na sec o 3 1 1 a presente metodologia define a sec o da rede de distribui o a instalar 3 1 2 1 Sistema dotado de gerador PV e baterias de armazenamento A exemplo do que ocorre na sec o 3 1 1 inicialmente optou se por modelizar o problema considerando que as unidades de PD s o unicamente sistemas fotovoltaicos existindo agora 48 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico um sistema de AE em cada AD A Figura 3 4 mostra a topologia de liga o adotada nesta modeliza o Sistema PV 1 Carga AC 1 rsss Figura 3 4 Sistema dotado de geradores PV e AE descentralizado A formula o do problema proposto utiliza uma fun o objetivo para minimizar os custos globais do sistema tal como na metodologia apresentada anteriormente Assim a metodologia proposta na presente abordagem formula a seguinte fun o objetivo Min Ce sient Cvariaveis Cperdas Ccabo Boenia 3 36 O valor de Ciecnotogias representa os custos associados ao investimento na aquisi o da tecnologia PV e AE bem como os seus interfaces eletr nicos Considerando que no interior do condom nio existem n AD de energia pass veis de lhe ser ligado PD e um sistema de AE os Crecnologias S o
135. gia el trica Uma forma de lidar com esta dificuldade poder ser a determina o do custo por unidade de energia n o fornecida para valores em kWh ou por unidade de pot ncia interrompida para valores em kW Recorrendo Figura 5 8 e sabendo que o condom nio composto unicamente por edif cios residenciais ent o o custo por kWh interrompido de 2 35 Note se contudo que o valor que os consumidores pretendem receber por cada kWh entregue rede devido redu o de consumo ter de ser sempre superior ao valor referido e suficiente para os incentivar a entrar neste tipo de programas 5 kWh Industry Commerce Agriculture Residential Whole country Sector Figura 5 8 Custo por unidade de energia nao fornecida para os diferentes sectores 98 5 2 2 Condominio com consumo liquido zero A redu o de consumo no CCLZ dependendo do momento em que ocorre pode aumentar a energia exportada para a rede ou diminuir a energia importada da rede a montante A Figura 5 9 e a Figura 5 10 mostram a disponibilidade de pot ncia do CCLZ resultante de uma redu o de 5 e 10 do seu consumo para um dia de agosto e um dia de dezembro os valores positivos representam a disponibilidade de injetar pot ncia na rede e os valores negativos representam a redu o de pot ncia adquirida junto da rede de referir que estas Figuras referem se ao CCLZ que comporta as tecnologias PV microcogera o e micro e licas Por
136. h Na presente solu o o custo m dio da energia el trica consumida de 0 27 kWh Este valor foi obtido considerando uma estimativa da energia consumida ao longo dos vinte anos 3811 8 MWh e o VAL a 20 anos 1018497 O custo m dio de produ o da energia el trica de 0 20 kWh Este valor foi obtido considerando uma estimativa da energia produzida ao longo dos vinte anos 6994 4 MWh e o custo global do sistema 1371831 A localiza o dos geradores tem uma importante influ ncia nas perdas produzidas nos cabos da rede de distribui o Em geral uma maior dispers o dos sistemas de produ o tende a provocar uma redu o de perdas No presente caso verifica se um aumento de perdas relativamente s condi es inicias sem PD como mostra o Quadro 4 23 81 4 Casos de estudo Quadro 4 23 Perdas produzidas sistema dotado com PV e AE centralizado Antes do condom nio Depois do condom nio Varia o S 35 mm S 240 mm Jo Energia ativa de perdas 0 57 1 62 184 MWh ano O aumento que se verifica comparando a Figura 4 16 com a Figura 4 14 ocorre devido energia em excesso do sistema que injetada na rede a montante Naturalmente antes do estabelecimento do condom nio tal n o ocorria 22 de agosto 821 de dezembro n me v a w Ko amp 9 c lt o a 16 17 18 19 20 2122 23 Figura 4 16 Perfil de perdas d
137. ia fornecida rede a montante por parte do condom nio Como ser demonstrado mais adiante foi considerado que a eletricidade comprada e vendida por parte do condom nio t m o mesmo pre o Do exposto e tomando como refer ncia a Figura 2 12 conclui se que ao longo do tempo o condom nio ter os seguintes comportamentos 1 A produ o das unidades de PD igual soma do consumo com as perdas do condom nio Nesta situa o o condom nio n o consome nem injeta energia na rede a montante ii A produ o das unidades de PD insuficiente para satisfazer o consumo e as perdas do condom nio Consequentemente o condom nio ter de adquirir energia el trica junto da rede a montante iii A produ o das unidades de PD superior ao consumo acrescido das perdas do condom nio Nestes momentos o condom nio rep e a energia adquirida junto da rede nos momentos do ponto ii Note se que tal como o condom nio aut nomo um CCLZ poder estabelecer liga o com a rede a montante para exportar servi os de sistema assunto abordado no cap tulos 5 Cargas internas d Rede a montante Radia o solar Vento e lica Biomassa Cargas t rmicas Figura 2 12 Arquitetura do Condom nio Energ tico de consumo l quido zero No que se refere s tecnologias de PD renov veis as mais promissoras s o PV turbinas micro e licas e unidades de microcogera o a biomassa 86 No entanto o us
138. ias do m s Figura 4 27 Perfil de perdas da rede distribui o sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado A Figura 4 28 mostra o SoC do sistema de AE para o m s de agosto e dezembro A principal conclus o a retirar que a influ ncia dos sistemas micro e licos sentida durante o m s de agosto m s de maior utiliza o da bateria no caso anterior Figura 4 23 Por outras palavras comparando a Figura 4 28 com a Figura 4 23 sistema dotado com PV e micrcogera o verifica se que a tend ncia para que o sistema de AE sofra ainda menores profundidades de descarga no m s de agosto de notar que o comportamento do SoC no m s de dezembro Figura 4 28 semelhante ao per odo hom logo da Figura 4 23 No entanto a utiliza o do AE ligeiramente maior no presente caso 93 4 Casos de estudo 1 lhe yah 7 ARO o he f Pees id AE NENE NAANA AAN E ANA 0 8 0 7 agosto dezembro Figura 4 28 Evolu o do SoC do AE sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado A Figura 4 29 mostra a varia o di ria do SoC para o dia 21 de julho O valor de SoC m nimo anual ocorre neste dia tomando o valor de 76 Tal como nos casos de estudo anteriores o estado atual de carga do sistema de AE nunca atingir o valor definido na restri o relacionada com o m nimo de SoC O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Figura 4 29
139. iauel ee ee ll HAG 10 20 40 75 160 cadmio Batera s dio rel BOK 10 15 8 240 230 enxofre Batenaides d Ce ee esi 2980 5 15 0 1 200 500 litio Volantes de sgg 15 20 0 25 30 900 inercia upa 1560 20 0 3 15 10000 condensadores A compara o dos valores apresentados no Quadro 2 1 permite perceber que os v rios tipos de armazenamento possuem caracter sticas muito diferentes Por exemplo o recurso a tecnologias emergentes como os supercondensadores apresenta vantagens interessantes 24 2 Conceitos Inovadores nomeadamente no tempo de vida que longo 20 anos e na elevada densidade de pot ncia 10000 W kg No entanto apresentam um custo muito elevado 1560 kWh seis vezes superior ao da bateria cida Outra limita o desta tecnologia prende se com a baixa densidade de energia 15Wh kg face s demais tecnologias Este facto constitui uma das principais barreiras utiliza o desta tecnologia no presente estudo uma vez que n o permite uma resposta em energia como a exig vel no contexto dos sistemas aut nomos Esta situa o verifica se tamb m no caso dos volantes de inercia onde a densidade de energia de 30 Wh kg tal como se constata no Quadro 2 1 Para al m disso os referidos sistemas de armazenamento apresentam uma pot ncia baixa 0 3 MW e 0 25 MW No caso das baterias as suas pot ncias variam de acordo com a tecnologia que est na sua base Efetivament
140. ier 2009 pp 2308 2316 97 L Goel Power system reliability cost benefit assessment and application in perspective in Computers amp Electrical Engineering Elsevier 1998 ch 5 pp 315 324 98 RAESAAR P TIIGIMAGI E and VALTIN J Assessment of electricity supply interruption costs under restricted time and information resources in Proceedings of the 2006 IASME WSEAS International Conference on Energy amp Environmental Systems Chalkida Greece 2006 pp 409 415 152
141. in Electric Power Systems Research Elsevier 2007 ch 9 pp 1189 1203 68 M Braun Technological control capabilities of DER to provide future ancillary services Technology amp Science Publishers Kassel 2006 69 CERTS Microgrid Energy Management CALIFORNIA ENERGY COMMISSION CALIFORNIA CONSULTANT REPORT 2003 70 M E Baran and I M El Markabi A Multiagent Based Dispatching Scheme for 1 Distributed Generators for Voltage Support on Distribution Feeders in Transactions 149 on Power Systems IEEE 2007 ch 1 pp 52 59 71 A G Madureira and J A Pe as Lopes Coordinated voltage support in distribution networks with distributed generation and microgrids in JET Renewable Power Generation IEEE 2009 ch 4 pp 439 454 72 Andr Guimar es Madureira COORDINATED AND OPTIMIZED VOLTAGE MANAGEMENT OF DISTRIBUTION NETWORKS WITH MULTI MICROGRIDS Faculty of Engineering University of Porto Porto Tese de Doutoramento 2010 73 Claude Mandil The Power to Choose Demand Response in Liberalized Electricity Markets International Energy Agency Paris 2003 74 K Herter P McAuliffe and A Rosenfeld An exploratory analysis of California residential customer response to critical peak pricing of electricity in Energy Elsevier 2007 ch 1 pp 25 34 75 S Valero et al Methods for customer and demand response policies selection in new electricity markets in Generation Tra
142. iseu de V Escola Superior de Tecnologia e Gest o de Viseu it cnico O A O _ m geito de y green Ving A guto Supa ys Pery ologi we 910 dp ao A A a _ Escola Sup Jos Oscar Madeira Carvalho Contribui o para o dimensionamento de condom nios energ ticos Tese de Mestrado Engenharia Eletrot cnica Energia e Automa o Industrial Professor Doutor Paulo Mois s Almeida da Costa Professor Doutor Vasco Eduardo Gra a dos Santos Junho de 2013 RESUMO Ao longo dos ltimos anos a produ o distribu da de eletricidade teve um r pido crescimento devido aos mecanismos de incentivo que foram implementados principalmente nos pa ses que integram a Uni o Europeia Perante este cen rio tem se assistido a um aumento da liga o de pequenas unidades de produ o distribu da microgera o rede de baixa tens o Este facto tem levado investiga o sobre formas de integrar dos sistemas de microgera o nas redes baixa tens o Neste mbito um dos conceitos que t m vindo a ser desenvolvido s o as microredes el tricas No entanto novos conceitos como os condom nios energ ticos poder o tamb m ser englobados no seio do sistema el trico A presente disserta o procura contribuir para a defini o do conceito de condom nio energ tico visto como uma expans o natural das microredes e consequentemente na defini o de modelos que podem ser aplicados p
143. iversidade de Zagreb Esta metodologia apresentada como 31 2 Conceitos Inovadores um modelo para o planeamento de energia para regi es isoladas 93 O modelo foi desenvolvido para simular a integra o das seguintes tecnologias turbinas micro edlicas pain is PV geradores de combust o interna microturbinas c lulas de combust vel baterias e armazenamento de hidrog nio 91 O processo de simula o baseia se num per odo m ximo de um ano com um intervalo de uma hora Neste processo a cada per odo de uma hora s o analisadas a produ o de eletricidade a energia contida no armazenamento os dados hist ricos de procura de energia 93 Em 90 referem que atualmente n o s o considerados custos inerentes ao sistema isto a metodologia n o considera aspetos econ micos o que constitui uma limita o do respetivo modelo Esta limita o al m de condicionar o comportamento econ mico do sistema tende a restringir a utilidade deste m todo a an lises t cnicas relacionadas com a disponibilidade dos recursos de PD suprirem a carga Em 90 referido ainda que esta abordagem foi concebida para se concentrar em pequenos sistemas o que limita a sua aplicabilidade 32 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Neste cap tulo procede se apresenta o da metodologia desenvolvida incluindo a fun o objetivo e as restri es a que esta est sujeita para dimensionamento de condom
144. lema de otimiza o dependente das tecnologias de PD utilizadas Consequentemente a defini o dos cen rios e a modeliza o destas tecnologias devem ser conjuntamente realizadas Inicialmente optou se por modelizar o problema considerando que as unidades de PD s o unicamente sistemas PV A Figura 3 1 mostra a tipologia de liga o adotada na modeliza o desenvolvida 34 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Carga AC Sistema PV n n qe Sistema PV 1 Figura 3 1 Sistema dotado de produ o PV e de AE centralizado Conhecida a tipologia de liga o foi formalizado um problema de otimiza o com o objetivo de dimensionar a capacidade das unidades de PD sistemas PV e do sistema de AE com o intuito de conceber um condom nio aut nomo Na formula o utiliza se uma fun o objetivo para minimizar os custos globais do sistema Assim a metodologia proposta no presente caso formula a fun o objetivo como Min o Coariaveis Cperdas Ccabo_final Brenda 3 1 O valor de Ctecnologias representa os custos associados ao investimento na aquisi o das tecnologias PV e AE e os seus sistemas eletr nicos de interface Atendendo a que no interior do condom nio existem n AD de energia pass veis de lhe ser ligado geradores PV e um nico sistem
145. limites de produ o de energia e os limites t cnicos do sistema A express o 3 48 determina que anualmente a produ o de energia fotovoltaica em conjunto com a produ o de microcogera o e micro e lica t m de ser maior ou igual que a soma do consumo de energia com as perdas el tricas ou seja T T E Econsumo t gt Eperdast t 1 t 1 T n lt gt Foy 4 X gt Xby x At 3 48 t 1 i 1 T n T pa Feolicat x gt A cota x At gt Ecnpt Tamb m aqui o c lculo das parcelas Econsumo t Eperdast Fpv t Feoticat Ecup t S o de acordo com as express es da sec o 3 1 55 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Tal como na formula o descrita na sec o 3 1 considerou se as restri es descritas nas equa es 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 3 19 3 22 3 23 e 3 35 3 3 Implementa o da metodologia O problema de dimensionamento e localiza o das tecnologias de PD consistir para qualquer rede de distribui o em identificar as pot ncias e locais mais apropriados para a sua instala o Por outras palavras trata se de um problema de sele o dimensionamento e localiza o das tecnologias de PD Adicionalmente o problema considera ainda o dimensionamento tecno econ mico da rede de distribui o de energia el trica O processo consiste na utiliza o conjunta de algoritmos de otimiza o e de m todos para avalia o dos impactos da PD nas perdas
146. m um requisito crucial para a opera o de uma rede inteligente de modo a assegurar o controlo e prote o il Flexibilidade A flexibilidade exigida a uma rede inteligente esta relacionada com os seguintes aspetos capacidade de expans o com penetra o de fontes de energia renov veis e n o renov veis m ltiplas estrat gias de controlo adapt vel s condi es de mercado ili Intelig ncia Cada n da rede de comunica o deve ser capaz de compreender situa es e tomar a es em conformidade com a estrat gia adotada iv Resili ncia Em caso de ataques ou desastre a rede de comunica o permite adquirir e processar informa o em tempo real e se poss vel redirecionar os fluxos de pot ncia por percursos alternativos que garantam o servi o nas zonas afetadas Adicionalmente a aquisi o de informa o em tempo real permitir antecipar detetar e responder a problemas na rede v AMI Advanced Metering Infrastructure A utiliza o de contadores inteligentes permite por um lado monitorizar em tempo real os consumos de energia e por outro estabelecer comunica o entre o consumidor e a rede Em consequ ncia os consumidores podem otimizar o uso de energia em conformidade com os pre os ativando e desativando cargas el trica vi Efici ncia A monitoriza o em tempo real permite estudar e gerir padr es de consumo de modo a atenuar ou at suprimir os picos de procura energ tica Por outras
147. m an lise O custo das perdas anuais do condom nio Cperdas obtido por Y ee a x Eas x 1 T inf erdas Co a a O E 1 a p 3 4 k 1 Sendo t o per odo hor rio Cperdast O custo de perdas para o per odo t em kWh Ep per odo t em kWh e T o numero de per odos anuais em analise erdas xt energia de perdas da rede de distribui o do condom nio de sec o x mm no 36 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico O custo do cabo da rede de distribui o do condom nio Ccabo final dado por Ccabo final Lx Coane kin s 3 5 Onde L a extens o total da rede de distribui o em km e Cabo km x O custo do cabo de sec o x mm em km A introdu o desta parcela na fun o objetivo permite determinar a influ ncia da sec o da rede no custo global investimento mais explora o do condom nio Note se que a express o 3 5 contabiliza unicamente o custo do cabo excluindo os restantes custo da rede de distribui o como seja os arm rios de distribui o AD Esta exclus o est relacionada com o facto de se considerar que os restantes custo s o constantes independentemente da sec o Assim sendo a exclus o destes valores n o influencia o processo de otimiza o O valor do beneficio econ mico relacionado com a entrega de energia rede a montante Brenda calculado pela equa o 3 6 3 6 Y l DEM nade x Esen
148. ma el trico Nestas condi es a pot ncia produzida tem de variar ao longo do tempo de forma a garantir o equil brio entre a pot ncia ativa produzida e a requerida pelas cargas Conclui se portanto que as microredes devido s suas caracter sticas podem ajudar no restabelecimento do equil brio energ tico em tempo real As microredes podem efetivamente reduzir as cargas e aumentar a gera o interna por forma a assegurar este tipo de servi os 19 2 Conceitos Inovadores Alem disso a PD mais concretamente a microcogera o da microrede tem a vantagem de dar uma resposta r pida s varia es de frequ ncia 72 2 5 3 2 Controlo de tens o O controlo de tens o contribui para o bom funcionamento do sistema el trico Este servi o tem como objetivo assegurar o controlo adequado da tens o na rede de transporte e de distribui o de modo a que o fornecimento de energia se realize com n veis de qualidade adequados O controlo da tens o efetuado pela gest o de produ o e consumo de pot ncia reativa No entanto a pot ncia reativa consumida pelo sistema el trico depende da carga do sistema Em per odos de baixo consumo verifica se normalmente um excesso de energia reativa provocando um aumento da tens o devendo esse excesso ser absorvido de forma a provocar a descida dos n veis de tens o Em sentido inverso nos per odos de maior consumo o sistema el trico consome grandes quantidades de pot ncia reativa que
149. ma de AE fornecer pot ncia el trica rede a montante num determinado per odo condicionada pelas circunst ncias desta se encontrar ou n o a abastecer os consumos internos do condom nio aut nomo Por outas palavras a pot ncia pass vel de ser entregue rede a montante num determinado momento influenciada pelas correntes de descarga verificadas nesse mesmo momento express o 5 1 Piso Piimite Phnsumo 5 1 Onde Piisp a disponibilidade do AE entregar pot ncia rede no per odo t em kW Piimite a pot ncia nominal do equipamento que limita a disponibilidade do sistema em kW e P nsumo a pot ncia de consumo no per odo t em kW A Figura 5 2 mostra a disponibilidade de pot ncia do AE para um dia de agosto e outro de dezembro Por observa o dos valores conclui se que o AE tem disponibilidade para prestar servi os de sistema em todos os per odos em an lise Por exemplo entre as 20 e as 21 ho AE tem uma disponibilidade de 3 kW para o dia do m s de agosto e 13 kW para o dia do m s de dezembro Outra conclus o importante que pode ser retirada da an lise dos resultados presentes na Figura 5 2 que a disponibilidade semelhante em muitos per odos de uma hora para os dois dias em an lise Sendo que nas horas de ponta noturnas entre as 20 e as 22 h a 128 5 Servi os de sistema disponibilidade tende a ser menor este facto est relacionado com os consumos internos do condom nio ps p
150. ma unidade AE centralizado por uma posi o por cada AD metodologia prop e um sistema de AE por cada arm rio ou por nenhuma posi o conce o de um CCLZ No caso particular da sec o da rede de distribui o esta representada por uma nica posi o no vetor N independentemente da topologia do condom nio energ tico No que se refere ao sistema de microcogera o a sua capacidade obtida com recurso ao programa RETscreen tema abordado na sec o 3 1 1 2 de salientar ainda que facilmente se poderia englobar a otimiza o da localiza o da unidade de microcogera o na formula o final No entanto tal n o foi considerado por aumentar muito o tempo de processamento Contudo a localiza o tima tende a ser junto ao sistema de AE esta conclus o foi retirada de aplica es elaboradas ao longo do desenvolvimento desta disserta o Sistema de AE centralizado Dimens o N O Ae ee y Sistemas PV Sistemas E licos SistemasdeAE Sec o da rede de distribui o de energia el trica Sistema de AE descentralizado Dimens o N E A Ae E BE 0 Sistemas PV Sistemas E licos Sistemas de AE Sec o da rede de distribui o de energia el trica Condom nio de CLZ Dimens o N EPE ES eel Sistemas PV Sistemas Edlicos Sec o da rede de distribui o de energia el trica Figura 3 7 Esquematiza o do vetor solu o O algoritmo a ser utilizado na resolu o do problema d
151. mensionar a rede de distribui o 66 4 Casos de estudo Quadro 4 7 Dimensionamento da sec o da rede de distribui o sem PD Descri o Formula Tro o 1 Tro o 2 Coeficiente de 0 8 C 0 2 0 46 0 44 simultaneidade Vn Pot ncia a considerar ee Som C1 S 9 ul dimensionamento S a A kVA Ssim Corrente de servi o A lb ET 55 8 48 3 Corrente estipulada do I 63 50 fus vel A Corrente convencional de funcionamento do I 101 80 fusivel A Corrente maxima I gt 69 6 55 1 admissivel A 1 45 x Fe Sec o do cabo 5 S 35 35 normalizada mm Corrente m xima admiss vel de tabela Tab 130 130 para cabos enterrados e diretamente no solo A 55 8 lt 63 lt 48 3 lt 50 lt Condi o t rmica 1 lt Iy lt 1 1 Vr e SEO e ondi o t rmica bp lt I sl xF 130 130 Condi o t rmica 2 h eias 101 lt 188 80 lt 188 xL Queda de tens o V Au ee x I X Cos q 9 11 5 Queda de tens o Au 5 x 100 3 9 4 9 Condi o d da d ondigiodaquedade aae 3005 49es Admite se ainda que sec o de 35 mm garante que o tempo de atua o das prote es inferior ao tempo de fadiga t rmica 4 1 3 Cen rio de carga A defini o da pot ncia das tecnologias de PD e das capacidades de AE para um condom nio torna necess ria a defini o do cen rio de carga para o qual estas v o ser dimensionadas Por
152. midor e reereeeeeeraraaaeaeaaa 68 Quadro 4 9 Custo de tecnologia PV ss sssssasonssnstesivvbandonabectgadesssesonsiestasiy ohavdvasaecianinssassvuentands 69 Quadro 4 10 Par metros dos pain is PV us emssnsqans tea saadii ss prensa Gandara CASOS Ars as sds 70 Quadro 4 11 Custo de instala o PV iaaaanen asia canas atada ada cat a dl add 70 Quadro 4 12 Custos anual de opera o e manuten o PV e 70 Quadro 4 13 Custo e caracter sticas dos inversores DC AC com MPPT 70 Quadro 4 14 Custos e caracter sticas da bateria eee 71 Quadro 4 15 Custo e caracter sticas do inversor carregadol cccccccceeeeseesnteeeeeeeeeeeeeenaeees 71 Quadro 4 16 Custo de Cab0S ccccccccccccccccsssssseecccceeeccssseseeeecceeseeeaausneseeeeesseeeausaeeeeeeeeeeeeaaa 71 Quadro 4 17 rea do piso a aquecer por habita o 12 Quadro 4 18 Custos e caracter sticas de uma caldeira de microcogera o 12 Quadro 4 19 Custos e caracter sticas de uma caldeira convencional ccccseeeeeeeeeeeeeeees 72 Quadro 4 20 Custos e caracter sticas do sistema e lico cccccccccssssseesccceeceeceaeeeeeeeeceseeeeaas 72 Quadro 4 21 Dispers o da PD sistema dotado de PV e AE centralizado 80 Quadro 4 22 Balan o energ tico sistema dotado de PV e AE centralizado 81 Quadro 4 23 Perdas produzidas sistema dotado com
153. minui o do VAL da solu o est relacionada tamb m com os elevados custos da tecnologia de microcogera o 216954 Quadro 4 60 Compara o do VAL da solu o CCLZ com e sem microcogera o Sistema PV Sistema PV e uCHP Varia o 227447 166885 394332 No Quadro 4 61 encontra se o balan o energ tico do sistema considerando o sistema de microcogera o Por observa o do Quadro 4 61 e do Quadro 4 56 facilmente se constata que a energia entregue rede maior no caso de se considerar a tecnologia de microcogera o No entanto de referir que a energia produzida pela unidade de microcogera o tem um custo superior 0 40 kWh m dia do valor que a rede estar dispon vel a pagar 0 10 kWh ainda de referir que que a inclus o do sistema de microcogera o torna o CCLZ menos dependente da rede a montante Por outras palavras um CCLZ composto por unidades PV e microcogera o consome anualmente da rede a montante 28 MWh menos 22 MWh que um CCLZ composto unicamente por unidades PV Quadro 4 61 Balan o energ tico CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o Produ o Consumo Energia Energia Energia Anual Anual autoconsumida entregue rede importada da rede MWh MWh MWh MWh MWh 1024 118 90 934 28 O custo m dio de produ o de energia el trica no condom nio de 0 093
154. mitted in Partial Fulllment of the Requirements for the Degree of MASTER OF APPLIED SCIENCE in the Department of Mechanical Engineering 2009 90 D Connolly H Lund B V Mathiesen and M Leahy A review of computer tools for analysing the integration of renewable energy into various energy systems in Applied Energy Elsevier 2010 ch 4 pp 1059 1082 91 Headley Stewart Jacobus SOLAR DIESEL HYBRID POWER SYSTEM OPTIMIZATION AND EXPERIMENTAL VALIDATION University of Maryland Maryland Thesis Submitted in Partial Fulllment of the Requirements for the Degree of MASTER 2010 92 RETScreen 2012 Abril RETScreen Online www retscreen net ang printable_version_textbook html 93 Raquel Segurado Luis Alves Neven Dui and Goran Kraja i Integrated Energy and Water Planning on an Arid Island Case of S Vicente Cape Verde in Applied Energy Elsevier 2011 pp 466 472 94 Rodolfo Dufo L pez and Jos L Bernal Agustin Multi objective design of PV wind diesel hydrogen battery systems 12 pp 2559 2572 95 Certiel 2012 Janeiro certiel Online http www certiel pt c document_library get_file uuid bf0201f2 1e92 4320 8d64 5be749748612 amp groupld 10100 in Renewable Energy Elsevier 2008 ch 151 96 Giedr Streckien Vytautas Martinaitis Anders N Andersen and Jonas Katz Feasibility of CHP plants with thermal stores in the German spot market in Applied Energy Elsev
155. nar as tecnologias de PD e de AE a integrar visando minimizar o custo de capital opera o e manuten o para os promotores do projeto 22 2 Conceitos Inovadores lb ad Radia o Solar Cargas El tricas e Rede a Montante Energia E lica Biomassa CHP Figura 2 10 Arquitetura do Condom nio Energ tico aut nomo Cargas T rmicas A liga o do condom nio energ tico aut nomo rede a montante rede de distribui o MT ser efetuada por um nico ponto de liga o por meio de um dispositivo est tico Em termos de tecnologias de PD s o consideradas os sistemas de microcogera o os geradores micro e licos e os sistemas PV mas facilmente se poderia considerar outros tipo de sistemas como por exemplo as pilhas de combust vel No caso dos sistemas de microcogera o a sua integra o ben fica para a cobertura parcial do consumo el trico e total do consumo t rmico Ou seja a integra o dos sistemas de microcogera o permite o desenvolvimento de entidades aut nomas termicamente Para al m da rede de distribui o BT das cargas e da PD um condom nio energ tico aut nomo inclui tamb m dispositivos de AE Estes dispositivos como veremos mais frente v o ter um papel importante neste tipo de entidades nomeadamente para assegurar a alimenta o das cargas durante os per odos em que a produ o inferior ao consumo A exist ncia de sistemas de AE
156. ndo se refere AD n o necessariamente uma caixa nica podendo existir AD duplos Para o dimensionamento t cnico da sec o m nima da rede de distribui o foram consideradas por tipo de consumidor as pot ncias indicadas no Quadro 4 5 Quadro 4 5 Pot ncia contratada por tipologia de habita o Tipo de edifica o Pot ncia contratada kVA T3 6 9 T4 6 9 T5 10 35 65 4 Casos de estudo Importa frisar que a sec o m nima deve respeitar o disposto nas regras de dimensionamento das instala es el tricas estabelecidas em condom nios fechados Guia T cnico de Instala es el tricas estabelecidas em condom nios fechados Par tal foi feito o dimensionamento dos dois tro os alimentados pelo posto de transforma o Figura 4 2 Tro o 1 Barramento BT Tro o 2 Figura 4 2 Rede de distribui o a dimensionar No Quadro 4 6 apresentam se os dados mais relevantes utilizados no dimensionamento da rede de distribui o Quadro 4 6 Dados para o dimensionamento da sec o da rede de distribui o Descri o Nomenclatura Tro o 1 Tro o 2 Comprimento m L 160 230 N mero de habita es n 9 11 Pot nci te total o ia e tota Seta 82 8 75 9 Resistividade d dut esistividade do condutor i 0 036 2 x mm m Uma vez conhecida a rede a dimensionar utilizada a metodologia apresentada o Quadro 4 7 para di
157. nios energ ticos apresentados na sec o 2 6 Na primeira parte apresenta se a metodologia para o dimensionamento de um condom nio energ tico aut nomo O objetivo o de conceber um condom nio totalmente aut nomo A metodologia apresentada dimensiona a sec o da rede de distribui o de energia el trica a capacidade e a localiza o das unidades de PD e a capacidade do AE A metodologia proposta apresenta duas variantes sendo a principal diferen a entre estas o facto de uma considerar um sistema de AE centralizado e a outra considerar um AE distribu do pelos v rios AD da rede BT Na segunda parte apresenta se a metodologia destinada a conceber um condom nio com consumo l quido zero semelhan a do que ocorre no condom nio aut nomo a metodologia apresentada dimensiona a sec o da rede de distribui o de energia el trica as capacidades e a localiza o das unidades de PD a colocar no interior de um condom nio energ tico A localiza o da PD no condom nio energ tico definida considerando a minimiza o das perdas e procurando garantir n veis de tens o adequados O processo de otimiza o consiste na utiliza o conjunta de algoritmos de otimiza o e de m todos para avalia o dos impactos da PD nas perdas e nos perfis de tens o 33 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico 3 1 Condom nio totalmente aut nomo Esta sec o apresenta os modelos desenvolvidos destinado
158. no AD i em kW Xiyp representa a pot ncia total el trica t rmica da unidade de microcogera o 52 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico instada no AD i em kW Cogy convencional O custo de manuten o de uma unidade convencional em KW e Xeonvencional representa a pot ncia t rmica da unidade convencional que seria instada no AD i em kW Farga O fator de carga da unidade instalada no AD i no per odo t em percentagem Co cup 0 consumo de uma unidade de microcogera o instalada no AD i sua pot ncia nominal em kg h Co convencional representa o consumo de uma unidade convencional que seria instalada no AD i sua pot ncia nominal em kg h As restri es necess rias a incluir no presente problema s o semelhantes s discutidas para a metodologia anterior No entanto na restri o da equa o 3 44 tem de se incluir a contribui o dos sistemas micro e licos e do sistema de microcogera o para satisfazer o consumo inerente ao AD em causa Ennio E piast lt Foye x Xpy x At Peoticat x Xolica x At Ecup t 3 44 Ebat t 1 Onde Ecyp a produ o do sistema de microcogera o instalado no arm rio i no per odo t em kWh A inclus o da restri o 3 45 na modeliza o garante que o n mero de geradores micro e licos a instalar no arm rio i inteiro e maior ou igual que zero 0 lt X ika Xeolica E Zo 3 45 As restantes res
159. nos a energia anualmente consumida O Quadro 4 64 apresenta a solu o para a PD a instalar Neste Quadro poss vel verificar que o AD 1 e o AD 3 possuem a maior parte da pot ncia instalada este facto mais uma vez resulta da minimiza o das perdas e pelos motivos j referidos na sec o 4 4 1 Quadro 4 64 Distribui o da produ o distribu da CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e micro e licas Arm rio Pot ncia PV a instalar kW Pot ncia micro c lica a instalar kW AD 1 260 6x2 5 AD2 0 3x2 5 AD 3 270 3x2 5 AD 4 0 6x2 5 AD 5 5 3x2 5 Total 535 52 5 121 4 Casos de estudo Para al m dos valores apresentados no Quadro 4 64 o modelo prop e a instala o de uma rede de distribui o de energia el trica de sec o econ mica de 240 mm mais uma vez a sec o t cnica igual a sec o econ mica O Quadro 4 65 mostra que os sistemas micro e licos influenciam a pot ncia PV a instalar Note se que a introdu o dos sistemas micro edlicos causa uma redu o de 6 1 comparativamente situa o anterior n o considera o de unidades micro e licas Quadro 4 65 Compara o das pot ncias PV a instalar com e sem turbinas micro e licas Pot ncia PV com uCHP Pot ncia PV considerando Varia o Varia o kW sistemas e licos kW kW 570 535 35 6 1 Zz Outro valor que
160. nsmission amp Distribution IET IEEE 2007 ch 1 pp 104 110 76 O Sezgen C A Goldman and P Krishnarao Option value of electricity demand response in Energy Elsevier 2007 ch 2 pp 108 119 77 D Cartes J Ordonez J Harrington D Cox and R Meeker Novel Integrated Energy Systems and control methods with economic analysis for integrated community based energy systems in Power Engineering Society General Meeting IEEE Tampa 2007 pp 1 6 78 Gon alo Mendes Christos Ioakimidis and Paulo Ferr o On the planning and analysis of Integrated Community Energy Systems A review and survey of available tools in Renewable and Sustainable Energy Reviews Elsevier 2011 ch 9 pp 4836 4854 79 G Chicco and P Mancarella Distributed multi generation a comprehensive view in Renewable and Sustainable Energy Reviews Elsevier 2009 ch 3 pp 535 551 80 Annette Evans Vladimir Strezov and Tim J Evans Assessment of utility energy storage options for increased renewable energy penetration in Renewable and Sustainable Energy Reviews Elsevier 2012 ch 6 pp 4141 4147 81 Marc Beaudin Hamidreza Zareipour Anthony Schellenberglabe and William Rosehart Energy storage for mitigating the variability of renewable electricity sources An updated review in Energy for Sustainable Development Elsevier 2010 ch 4 pp 302 314 82 Francisco D az Gonz lez Andreas Sumper Oriol Gomis Bellmunt
161. nsumo No caso de existir excesso no dia seguinte presta o de servi o o sistema recuperar a energia entregue anteriormente vendo reduzida a energia entregue rede causada pelo excesso No entanto a situa o poder ser diferente se n o existir excesso de energia no dia seguinte Neste caso o sistema dever recorrer rede a montante assim que poss vel ou economicamente vi vel para adquirir a energia entregue anteriormente de forma a poder atender todos os consumos Contudo nos per odos de maior carga meses frios onde este tipo de mecanismo poder ser mais til ocorre sempre excesso de energia por exemplo num dia t pico de dezembro existe um excesso di rio de 30 2 kWh para o condom nio com AE centralizado e perto de 400 kWh para o AE distribu do No que respeita ao valor que a rede dever pagar pela energia entregue semelhan a da an lise efetuada na sec o 5 1 importa determinar o valor a partir do qual o investidor poder ter algum retorno Tara tal torna se necess rio determinar qual o custo que os consumidores 133 5 Servi os de sistema esperam ter em consequ ncia da redu o de consumo As interrup es de alimenta o de eletricidade no caso de edif cios de habita es t m custos econ micos relacionados com a perda de conforto 97 No entanto estes custos s o subjetivos e dependem normalmente do per odo em que ocorrem e da irritabilidade provoca pelo n o fornecimento da ener
162. nte devido a liberta o da PD e ou do AE de abastecer alguns consumos internos J no caso dos CCLZ dependendo do per odo hor rio ocorrem duas situa es diferentes a saber e Existe produ o em excesso Nestes casos a redu o de consumo provoca um aumento na energia injetada na rede a montante 131 5 Servi os de sistema e A produ o menor que o consumo existe necessidade de recorrer rede para abastecer o consumo interno Nestes casos a redu o de consumo liberta a rede a montante para abastecer o consumo de outros consumidores 5 2 1 Condom nio aut nomo A Figura 5 6 e a Figura 5 7 mostram a pot ncia disponibilizada para um dia de agosto e um dia de dezembro causada pela redu o de 5 e 10 do consumo respetivamente Estes valores foram definidos perante a aus ncia de melhor informa o sendo aqui admitidos unicamente com o prop sito ilustrar duas situa es poss veis de ocorrer Os valores permitem concluir que independentemente do per odo hor rio a redu o de consumo no caso do condom nio aut nomo permite libertar parte da PD e ou da capacidade do AE para abastecer a rede a montante Adicionalmente conclui se que nos per odos de maior sobrecarga do sistema el trico horas de ponta este tipo de opera o pode ser uma importante ajuda para o sistema el trico em geral A Figura 5 6 mostra esta constata o por exemplo no dia 21 de dezembro entre s 20 e as 21 o condom nio aut nomo
163. ntra se a compara o dos valores de perdas obtidos nas seguintes situa es 1 antes do estabelecimento do condom nio energ tico 11 condom nio energ tico com sistema de AE centralizado e iii condom nio energ tico com sistema de AE distribu do Quadro 4 44 Perdas do sistema antes do condom nio sistema dotado de PV e AE Antes do condom nio AE centralizado AE distribu do energ tico S 35 mm S 240 mm S 240 mm Energia ativa de 0 57 1 62 0 9 perdas MWh ano As perdas ocorridas nesta abordagem AE descentralizado devem se unicamente energia entregue rede a montante por parte do condom nio Note se no entanto que existe um aumento significativo de perdas relativamente situa o inicial A t tulo de exemplo a Figura 4 33 mostra o estado de carga do AE do AD 1 para todos os dias do m s de agosto e dezembro Na figura poss vel constatar que os limites definidos nunca s o violados 30 e 100 Em suma a bateria armazena energia at sua capacidade estipulada sendo o excesso de energia entregue rede e descarrega no m ximo at 38 da sua capacidade estipulada 99 4 Casos de estudo EES Eee E FIRE EE PELE E HER ERR GAAVIWIbIGAAV EEE eet AEREE NN ON NT MO A A ANMANWONOD Figura 4 33 Evolu o do SoC do AE do AD 1 sistema dotado com PV e AE distribu do A Figura 4 34 representa o comportamento do SoC obtido para o dia
164. ntrolo o funcionamento do sistema determinado para satisfazer as necessidades t rmicas Neste controlo a produ o de pot ncia el trica determinada pelas necessidades t rmicas ou seja o perfil de produ o el trico do sistema de microcogera o segue o perfil t rmico 46 Noutra forma de controlo o sistema de microcogera o segue o consumo el trico da instala o onde est inserido Neste caso o sistema lan ado por forma a produzir a energia el trica necess ria instala o de notar que tamb m poss vel lan ar o sistema de microcogera o por forma a prestar servi os rede nos per odos em que a remunera o atrativa Note se que neste modo de opera o necess rio incluir um sistema de armazenamento t rmico por forma a garantir a m xima efici ncia e o princ pio da cogera o 47 Outra forma de controlo mais complexa a jun o das duas formas anteriores Neste caso o sistema de microcogera o ser lan ado sempre que haja necessidades t rmicas ou el tricas Note se no entanto que o sistema dever ser dotado de um sistema de armazenamento t rmico Esta estrat gia de controlo segundo 47 pode ser chamada de custo m nimo ou seja o controlo efetuado de forma a minimizar o custo da energia No mbito dos sistemas microcogera o um aspeto importante prende se com a rela o existente entre as pot ncias produzidas el trica e t rmica Em 48 por ex
165. o p u dezembro ANMTANORMOOD Figura 4 25 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado No que se refere m xima tens o verifica despois do estabelecimento do condom nio energ tico Figura 4 26 neste caso verifica se no AD 4 Tal como no sistema dotado somente com fontes PV este valor ocorre no dia 2 de agosto Analisando a Figura salienta se 89 4 Casos de estudo que a m xima tens o anual de 403 2 V existe portanto uma redu o de 2 5 V comparativamente ao valor verificado no sistema dotado com PV e AE centralizado Depois do condom nio o 3 o e ul Po v Antes do condom nio 01234567 8 9 1011121314151617181920212223 Horas Figura 4 26 Perfil de tens o dos arm rios AD 4 no dia 2 de agosto sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado 4 3 1 3 Conce o do condom nio dotado de AE PV uCHP e uE licas O caso que se segue tem como objetivo ilustrar a aplica o da metodologia a um caso de estudo que conjugue as tecnologias de PD j mencionadas PV e microcogera o com a tecnologia e lica Neste estudo foi necess rio adaptar uma s rie de vento este facto j foi justificado na sec o 4 1 5 O objetivo fundamental desta aplica o o de estimar a influ ncia na pot ncia PV e no AE que a presen a dos sistemas micro e licos proporciona O Quadro 4 30 apresenta os resultados obtidos para a PD resultant
166. o sisal senn e scecedin so dues ake contin soe sepasdeneen a can scan tan Miia deen ene ls ANS 94 Figura 4 29 Evolu o do SoC no dia 21 de julho sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE Centralizado cccccccccccseecccceeeseccccsesecsceueseceseueeccessuauessseueeecsesseseeseeea 94 Figura 4 30 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado asas ai ssa era Wack a DR CRS DE TA dn Biv brie a TU E a a 95 Figura 4 31 Perfil de tens o dos arm rios AD 5 no dia 15 de agosto sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado serranas 95 Figura 4 32 Tipologia de liga o adotada para o sistema de AE distribu do 96 Figura 4 33 Evolu o do SoC do AE do AD 1 sistema dotado com PV e AE distribu do 100 Figura 4 34 Evolu o do SoC do AE 1 para o dia 25 de dezembro sistema dotado com PV e AE AAS EAI pe ig ds ss we a R sana EAA A A AEA A EAOa AS 100 Figura 4 35 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV e AE distribu do 101 Figura 4 36 Disposi o dos sistemas de microcogera o no interior da rede sistema dotado AE distribu do sicotssceviesicsivcesuses ssrrorsanestadssntonassineaiugiab aca ss end nda tendas vs tada piorar dad dinero 101 Figura 4 37 Evolu o do SoC do AE do AD 1 sistema dotado com PV microcogera o e AE distribuido sas ssasn tis E cate teateszssbaagen
167. o 4 36 Custos m dio da energia el trica do condom nio das v rias solu es AE centralizado PV kWh PV uCHP kWh PV uCHP Eolica kWh 0 27 0 37 0 34 As perdas na rede do condom nio no presente caso verificam uma redu o relativamente s condi es iniciais Esta redu o representa 40 35 das perdas observadas sem condom nio energ tico como mostra o Quadro 4 37 Esta redu o deve se ao facto dos sistemas micro e licos produzirem energia el trica durante o per odo noturno diminuindo assim a energia fornecida nestes per odos pelo sistema de AE colocado junto ao PT reduzindo o fluxo de pot ncia na rede de distribui o do condom nio 92 4 Casos de estudo Quadro 4 37 Perdas produzidas sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE centralizado Antes do Depois do condom nio Varia o condom nio PV wCHP edlica Energia ativa d RR ee 0 57 0 34 40 35 perdas MWh E de real ar que comparando a Figura 4 27 e a Figura 4 14 verifica se que as perdas de energia em alguns momentos s o inferiores s que ocorriam antes do estabelecimento do condom nio energ tico N Q oO t ui 22 de agosto E 21 de dezembro 2 N me Sm vo o v mo amp 5 c lt e a wal ri EHI f 01234567 8 9 10111213 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 D
168. o a assegurar a atua o das prote es atrav s da eleva o da corrente de curto circuito Outra fun o importante dos sistemas de AE quando a microrede est em modo isolado a de lidar com os desequil brios entre a produ o e o consumo V rios sistemas de AE t m vindo a ser utilizados nomeadamente volantes de inercia flywheels supercondensadores e baterias 2 5 1 Modos de opera o das microredes A conce o de microrede prossup e regra geral que estas entidades devem funcionar no modo normal Contudo como referido anteriormente podem operar em dois modos 1 modo normal ii e modo isolado emerg ncia No modo normal a microrede encontra se ligada rede a montante podendo importar ou exportar energia O MGCC pode proceder otimiza o da PD interna atrav s do envio de dados referentes a despachos para os MC e LC A informa o pode incluir valores de pot ncia a manter e cargas a desligar No modo isolado a microrede subsiste unicamente com os seus pr prios recursos A mudan a para este modo ocorrer quando a rede a montante estiver fora de servi o Perante esta situa o a microrede ter de utilizar a produ o interna para alimentar as suas cargas podendo tal n o ser suficiente Nesta situa o poder haver duas a es a desenvolver 1 deslastre de cargas n o priorit rias 11 colocar em funcionamento a microgera o control vel neste caso as tecnologias de microcogera o 2 5 2
169. o centralizado devido a sua maior capacidade instalada Os sistemas de AE distribu dos t m uma maior disponibilidade de entregar pot ncia rede quando comparados com o sistema de AE centralizado Das duas conclus es anteriores conclui se que o condom nio aut nomo que considera o AE distribu do o que apresenta maior disponibilidade de entregar pot ncia rede A redu o de carga no CCLZ poder aumentar a energia exportada para a rede ou diminuir a energia importada da rede dependendo do momento As metodologias desenvolvidas podem ser aplicadas ou adaptadas a v rios contextos e permitem ao decisor identificar as op es adequadas para as pot ncias a instalar De um modo geral as metodologias desenvolvidas mostram se eficientes na obten o de solu es com resultados consistentes para o problema considerado minimiza o dos custos globais incluindo perdas 6 2 Desenvolvimentos futuros Ao longo do desenvolvimento deste trabalho foram identificados v rios assuntos que devem ser investigados em trabalhos futuros Os assuntos mais relevantes s o apresentados em seguida sendo que s o expans es naturais do tema abordado nesta disserta o Englobar na metodologia modelos para a estima o da vida til dos sistemas do AE Incluir a possibilidade de escolha de diferentes tipos de tecnologias de AE el trico 143 6 Conclus es e desenvolvimentos futuros 144 Considerar m todos para avalia
170. o destas tecnologias est dependente da localiza o da comunidade Por exemplo no caso das unidades micro e licas a sua aplicabilidade dependente do regime de vento verificado na zona de instala o Neste contexto um dos objetivos desta disserta o o desenvolvimento de ferramentas de otimiza o para a defini o da dimens o e localiza o tima da PD por tecnologia Neste caso tal como no condom nio aut nomo al m da minimiza o das perdas procura se ainda garantir perfis de tens o adequados 29 2 Conceitos Inovadores 2 7 Formas de dimensionamento Como referido anteriormente a metodologia a aplicar no dimensionamento planeamento e an lise de sistemas integrados deve por um lado determinar quais as tecnologias mais adequada a instalar e por outro determinar as suas respetivas pot ncias Ao longo dos ltimos anos varias metodologias t m sido propostas as quais de alguma forma lidam com esta situa o Esta sec o apresenta uma revis o bibliogr fica sobre as ferramentas que podem ser aplicadas no planeamento e an lise de condom nios energ ticos e microredes 2 7 1 HOMER O Homer um m todo desenvolvido em 1993 nos EUA pelo National Renewable Energy Laboratory NREL Trata se de um software que tem uma licen a gr tis durante os primeiros 15 dias de utiliza o ap s o que necess rio comprar uma licen a de seis meses por 99 d lares O Homer um software de otimiza o econ mica
171. o e CCLZ CCLZ dotado de sistema PV cccccccccccsesscccceeecccceueseccccueueccsceusecsssuueceseuesecesseueeecessuneeesesanasess 116 Quadro 4 59 Distribui o da produ o distribu da CCLZ dotado de sistema PV e PUIUCEGO EGE CPAC AC bacco sra te see Seed eR EG prs eas pra cass eo ee 116 Quadro 4 60 Compara o do VAL da solu o CCLZ com e sem microcogeragao 117 Quadro 4 61 Balan o energ tico CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o 117 Quadro 4 62 Perdas produzidas CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o 120 Quadro 4 63 Compara o da solu o centralizada descentralizada e CLZZ dotado de sistema PV e microcogera o sccsasessveaandsicdcacesdavaandsasdaenees soanagsanecacccudedendaaseaadensavaanacivesaneceas 121 Quadro 4 64 Distribui o da produ o distribu da CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e micro e licas cassetes dadsnuizdalasesadaassuandaidaydaadues dialed RR 121 Quadro 4 65 Compara o das pot ncias PV a instalar com e sem turbinas micro e licas 122 Quadro 4 66 Compara o do VAL da solu o com e sem sistemas micro edlicos 122 Quadro 4 67 Balan o energ tico CCLZ com sistema dotado de PV microcogera o e e lica Quadro 4 68 Perdas produzidas CCLZ dotado de sistema PV microcogera o e e lica 125 Quadro 4 69 Compara o da solu o centralizada descentralizada e CCLZ com sistemas INICLO COlICOS Uta ao e I SUN
172. o para um dia do m s de dezembro CCLZ dotado de sistema DV a si O RA A O Ger ae ae a Ed Sd SS O ig 114 Figura 4 47 Perfil de tens o do AD 5 CCLZ dotado de sistema PV 115 Figura 4 48 Balan o energ tico o m s de agosto e dezembro CCLZ dotado de sistema PV e WIL CO SLAC AO reri istic gastos agian dota ae ARO AND it es dA dase E dO eas 118 Figura 4 49 Balan o energ tico para o dia do m s de agosto CCLZ dotado de sistema PV e MMICFOCOSETACAO eus icsde cg tiniis ienne DESEE EEE ELDE ELAES Eb ENEI SEA EEA SEESE SADES Ease EES 119 Figura 4 50 Balan o energ tico para o dia do m s de dezembro CCLZ dotado de sistema PV E MICTOCOSCrA O josia esesten gaina eea a vlads sivas a rE NS 119 Figura 4 51 Perfil de tens o do AD 5 CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o 120 Figura 4 52 Balan o energ tico o m s de agosto e dezembro CCLZ dotado de sistema PV microcogerac o E Colea manoni AA DO AD A A A ad 123 Figura 4 53 Balan o energ tico para o dia do m s de agosto CCLZ dotado de sistema PV imicrocopera o E CONC A saias cada aaa oe Eai tae Di S 124 Figura 4 54 Balan o energ tico para o dia do m s de dezembro CCLZ dotado de sistema PV microcogera o GIS OCA vase sesso scabs ohedasaesncscoasarede wecesdaeg aanede His d ada end oaee ond nnda his sacas inda o 124 Figura 4 55 Perfil de tens o do arm rio AD 5 CCLZ dotado de sistema PV microcogera o RA 6 EEE SEEE RR SOR seen PO RR PER RD See eR Stas 125 Figu
173. oduzida pelo gerador e lico durante o per odo t em Wh Econsumot energia de consumo no per odo t em Wh Ninv_pc ac O rendimento do inversor DC AC em percentagem Ngescarga bat O rendimento de descarga do sistema de AE em percentagem npcypc py O rendimento do conversor DC DC controlador MPPT em percentagem e N4c pc eotica O rendimento do conversor AC DC da e lica em percentagem Nos per odos em que a produ o maior que o consumo existe excesso de energia que ser entregue ao sistema de AE desde que este tenha um SoC inferior a 1 O processo de carga dado por 26 2 Conceitos Inovadores Epat t Ebat t 1 X 1 0 T Ero x NDC DC_pv Ecolica t x NAc DC_eolica 2 6 Econsumo t x Ncarga bat Ninv DC AC Onde Ncarga bat O rendimento de carga do sistema de AE em percentagem de notar que a informa o sobre os rendimentos de carga e descarga das baterias n o normalmente fornecida pelos fabricantes No entanto segundo 83 habitualmente considera se que o rendimento de descarga igual a um e que o rendimento de carga poder variar entre 65 e 85 2 6 2 Condom nio com consumo l quido zero CCLZ A comunidade cient fica tem vindo a efetuar muita investiga o com vista ao desenvolvimento de comunidades sustent veis nomeadamente na UE e EUA No caso concreto da UE a Diretiva 2010 31 EU estabelece a obriga o dos Estados Membros garantirem que todos os edif cios novos ser
174. ogera o 58 MWh pelo sistema PV e 55 MWh pelos sistemas micro e licos Quadro 4 51 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do Produ o Anual MWh Energia entregue a rede MWh Percentagem da produ o total que entregue 4 rede 250 97 38 8 O custo m dio de produ o de 0 31 kWh e o custo m dio da energia consumida no condom nio de 0 48 kWh O Quadro 4 52 cont m o VAL e as pot ncias a instalar para a presente solu o e para a solu o apresentada anteriormente Os valores deste Quadro permitem retirar algumas conclus es importantes A primeira que a utiliza o dos sistemas micro e licos provoca diminui o na pot ncia PV neste caso resulta numa diminui o de 56 25 kW ou seja 60 107 4 Casos de estudo Outra conclus o est relacionada com a diminui o da capacidade do AE uma diminui o de 123 84 kWh isto 12 5 Este aspeto mais uma vez prende se com o aux lio que as turbinas micro e licas prestam ao sistema de AE durantes os per odos noturnos Em consequ ncia o aumento do VAL da solu o igual de 87768 Quadro 4 52 Compara o da solu o descentralizada com e sem sistemas micro e licos Custo Custo m dio tdi aos pa Pot ncia Capacidade Pot ncia m dio de da energia ul VAL E PV total de
175. oi considerado um perfil para um dia t pico de cada m s como se mostra nas Figura 4 6 e na Figura 4 7 73 4 Casos de estudo 0 9 08 0 7 4 5 9 5 205 4 S 04 03 4 0 2 01 4 T T 01234567 8 9 101112 13 1415 1617 181920 21 2223 T T Horas Figura 4 6 Fator de carga do sistema de microcogera o para os meses frios entre novembro e mar o inclusive 0123 45 6 7 8 9 1011121314151617181920212223 Horas Figura 4 7 Fator de carga do sistema de microcogera o para os meses quentes entre abril e outubro inclusive Note se que os valores utilizados foram determinados tendo em considera o a poca do ano Consequentemente os meses tipicamente com menor temperatura ambiente como novembro dezembro janeiro fevereiro e mar o consideram o aquecimento de espa os e guas quentes sanit rias Nos restantes meses do ano apenas se considera o aquecimento de guas para usos sanit rios dai o funcionamento da caldeira entre a 1 e as 2 horas de todos os dias estimado em cerca de 230 kWh por dia para a totalidade dos consumidores Este valor resulta da aplica o da express o 4 2 96 E ermica 0 00116 X m x Cp X AT 4 2 74 4 Casos de estudo Onde Esermica representa a energia t rmica a armazenar em kWh m a massa de gua a aquecer em kg Cp representa o calor espec fico do fluido utilizado em Kcal Kg C e AT a diferen a entre a temperatura da agua que se pret
176. om possibilidade de efetuar um controlo ativo da carga e de algumas unidades de PD Os sistemas de AE caso existam poder o ter tamb m um papel importante a desempenhar neste contexto Neste cap tulo efetua se avalia o da possibilidade dos condom nios aut nomos e CCLZ poderem fornecer servi os de sistema aos operadores das redes el tricas 5 1 Utiliza o de baterias A exist ncia de AE um requisito crucial opera o do condom nio aut nomo nomeadamente nos mementos em que a produ o da PD n o suficiente para satisfazer os consumos No entanto os sistemas de AE poder o ter um papel importante a desempenhar no contexto dos servi os de sistema referidos no presente cap tulo Nestes casos as unidades de AE podem ser utilizadas em resposta a necessidades do sistema el trico Por outras palavras a integra o de unidades de AE no condom nio possibilita a estas entidades transformarem se em geradores despachaveis 127 5 Servi os de sistema 5 1 1 Sistema de AE centralizado Para determinar a disponibilidade do AE prestar servi os rede a montante torna se necess rio determinar qual o elemento ou equipamento que limita esta disponibilidade A Figura 5 1 permite verificar que o elemento que limita a disponibilidade a m xima corrente de descarga das baterias Figura 5 1 Esquema ilustrativo da limita o do sistema AE centralizado Uma vez conhecido o limite a disponibilidade do siste
177. on has taken into account the characteristics of these structures mainly the possibility of changing the amount of charge and internal production iii PALAVRAS CHAVE Microredes Produ o Distribu da Condom nios Energ ticos Otimiza o Servi os de Sistema KEY WORDS Microgrids Distributed Generation Energetic Condominium Optimization Services System vii AGRADECIMENTOS A realiza o desta disserta o marca o fim de uma etapa muito importante da minha vida Esta foi facilitada pela ajuda que obtive de muitas pessoas que conheci ao longo de toda a minha exist ncia Em primeiro lugar agrade o aos meus orientadores Professor Doutor Paulo Mois s e Professor Doutor Vasco Santos pela confian a depositada em mim pela disponibilidade que demonstraram pelas cr ticas e opini es dadas sempre com o intuito de melhorar o trabalho A minha namorada Joana por sempre ter acreditado em mim pela paci ncia e apoio oferecido ao longo destes meses que foram sem d vida fundamentais para superar alguns momentos menos bons durante a elabora o deste trabalho Aos meus Pais e Irm o pelo apoio e confian a que depositaram em mim ao longo de todo este percurso e pelas oportunidades que sempre me proporcionaram para aprender e chegar mais longe A minha restante fam lia pelo apoio incentivo e carinho que sempre me dedicaram Um agradecimento especial Iris pela for a que me transmitiu todos os dias A todos os
178. ondom nio Note se que neste caso a otimiza o procura determinar a capacidade de PD e respetiva localiza o que minimiza os custos globais do sistema 4 4 1 Conce o do CCLZ dotado de PV Na primeira abordagem feita ao CCLZ considerou se que este possui unicamente a tecnologia PV O Quadro 4 55 apresenta a PD a instalar ao longo da rede de distribui o Como mostra este Quadro o AD 1 e o AD 3 cont m a maior parte da pot ncia instalada Este facto est relacionado com a minimiza o das perdas el tricas uma vez que a maior parte da produ o ser injetada na rede a montante como ser mostrado 111 4 Casos de estudo Quadro 4 55 Dispers o da PD CCLZ dotado de sistema PV Arm rio Pot ncia PV a instalar kW AD1 280 AD 2 5 AD3 275 AD 4 10 AD 5 0 Total 570 Para al m das capacidades PV apresentadas o modelo prop e a instala o de uma rede de distribui o de energia el trica de sec o econ mica de 240 mm No presente caso a sec o econ mica igual a sec o t cnica a m xima corrente ao longo da rede de distribui o de 360 A e a corrente admiss vel do cabo de 240 mm de 388 A Este facto est relacionado com as correntes provocadas pelo excesso de energia entregue rede a montante A solu o apresentada tem um VAL de 227447 Note se que no caso de o decisor optar por investir num CCLZ ter um benef cio de 227447 no fin
179. or exemplo os sistemas PV e e licos n o apresentam emiss es durante a opera o j no caso dos sistemas de microcogera o apresentam emiss es durante a opera o 2 2 Barreiras ao desenvolvimento da microrede e da microgera o 1 Barreiras t cnicas As principais barreiras t cnicas resultam dos impactos que a PD tem no seio dos atuais sistemas de distribui o Estes impactos est o relacionados principalmente com os n veis de tens o as pot ncias de curto circuito e os fluxos de pot ncia limites t rmicos da rede de distribui o il Barreiras econ micas A PD de eletricidade com base em recursos renov veis teve nos ltimos anos um r pido crescimento devido aos mecanismos de incentivo que foram implementados um pouco por todos os pa ses desenvolvidos Apesar deste desenvolvimento a PD de eletricidade n o est ainda suficientemente explorada Consequentemente os seus custos tendem ainda a ser superiores ao das tecnologias convencionais Este facto constitui uma limita o ao desenvolvimento da PD 2 3 Microgera o Os pa ses desenvolvidos t m vindo a refor ar a aposta em sistemas de produ o distribu da principalmente em pequenas unidades de produ o de alguns kW ligados a redes de BT 34 Estas circunst ncias devem se em grande medida atribui o de incentivos instala o da PD por parte dos Governos destes pa ses Consequentemente existem diversas tecnologias a serem desenvolvida
180. orar a fiabilidade do sistema de distribui o Este melhoramento traduz se em benef cios econ micos para a PD para os consumidores e para os operadores de rede 29 iv Emiss es evitadas Nos sistemas el tricos apesar do progressivo interesse na PD uma parte significativa de produ o de eletricidade tem vindo a ser obtida recorrendo a grandes centrais de produ o produ o centralizada baseadas na utiliza o de combust veis f sseis g s natural carv o petr leo e derivados Contudo os pa ses desenvolvidos t m vindo a identificar os impactos nocivos no meio ambiente relacionado com as emiss es resultantes da queima da energia prim ria nomeadamente no protocolo de Quioto Este reconhecimento tem impulsionado a 2 Conceitos Inovadores ado o de medidas de incentivo redu o das emiss es atmosf ricas Neste sentido a Uni o Europeia UE estabeleceu como objetivo para 2020 a redu o de emiss es de gases de efeito estufa em 20 o aumento da efici ncia energ tica em 20 e a promo o da utiliza o de energias renov veis de tal forma que o seu peso no conjunto energ tico global atinja os 20 30 31 Efetivamente o r pido desenvolvimento da PD contribui para a redu o da quantidade de energia gerada em sistemas centralizados com n veis de emiss es superiores 32 de notar que as emiss es evitadas pelos sistemas de PD e pela microrede s o influenciadas pela tecnologia da pr pria PD 33 P
181. os sistemas de AE s o pass veis de ver a sua capacidade reduzida Ainda nestas circunst ncias importante frisar que os sistemas PV e micro e licos n o s o control veis uma vez que o perfil de produ o condicionado pela disponibilidade do recurso prim rio radia o solar e velocidade do vento respetivamente No caso dos sistemas de microcogera o a sua integra o permite que o condom nio possua geradores despach veis em resposta a necessidades do sistema el trico tema abordado no cap tulo 5 A presente metodologia considera que o fator de carga dos sistemas de microcogera o a instalar determinado em fun o das necessidades t rmicas da rede em estudo perfil t pico Esta metodologia foi desenvolvida para ser aplicada a uma rede de distribui o de energia em BT condom nio considerando a possibilidade de existir no interior da rede uma nica unidade de microcogera o de grande pot ncia Figura 3 2 42 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico n Carga AC Sistema PV n Carga t rmica n Sistema PV 1 Carga t rmica 1 Figura 3 2 Inclus o do sistema de microcogera o na rede Na formula o utiliza se uma fun o objetivo para minimizar os custos globais do sistema Assim a metodologia proposta nesta sec o id ntica anterior pelo que se evidenciam unicamente as diferen as verificadas na metodologia A metodologia proposta formula
182. podem executar Uma das a es passa por o consumidor reduzir o seu uso de eletricidade durante os per odos cr ticos como por exemplo sistemas de ar condicionado 74 Outra a o ser o consumidor deslocar alguns consumos como por exemplo m quinas de lavar para fora dos per odos do pico J os clientes que possu rem unidades de gera o de energia t m ainda a op o de usar a sua pr pria produ o para atender ao seu consumo libertando assim a rede de o abastecer 75 76 Este tipo de controlo fornece s microredes a possibilidade de por exemplo fornecerem servi os de sistema relacionados com a reserva operacional Os benef cios produzidos pelo estabelecimento de programas Demand response resultam fundamentalmente dos custos evitados nomeadamente relacionados com o diferimento de investimentos em novos recursos de rede e de produ o de energia el trica A defini o deste programa pode ainda criar benef cios adicionais principalmente relacionados com o aumento da fiabilidade dos sistemas de distribui o 2 6 Condom nio Energ tico A integra o da PD no seio dos sistemas el tricos s por si poder contribuir para uma s rie de vantagens No entanto a sua contribui o pode ainda ser refor ada Neste mbito v rios conceitos t m vindo a ser estudados e desenvolvidos por forma a integrar a PD nas redes de BT Esta investiga o tem se centrado fundamentalmente no estudo de conceitos como microred
183. pos de simula o optou se por considerar uma discritiza o de 1 hora 61 4 Casos de estudo Importa ainda frisar que os custos com o AE contabilizam o custo de substitui o referente ao capital despendido para a substitui o das baterias quando atingem o final da sua vida til antes do final do projeto 20 anos Neste estudo e tendo como refer ncia 80 81 82 foi considerado que a substitui o ocorre no quinto no d cimo e no d cimo quinto ano de opera o do sistema Admitiu se ainda que os custos causados pela substitui o do AE dever o ser atualizados com uma taxa de infla o de 3 e uma taxa de juro de 5 Note se que na atualiza o do custo da energia e nos custos de opera o e manuten o foi utilizada a mesma taxa de infla o e de juro No que se refere aos limites do AE foi definido 30 para o SoC m nimo e naturalmente de 100 para o SoC m ximo O valor do SoC m nimo prende se com a limita o dos efeitos que descargas profundas provocam na vida til do sistema de salientar que 38 e 94 consideram 20 do SoC como o valor m nimo admiss vel neste tipo de aplica es J no que se refere aos limites de tens o dos AD Umin Umax tomam o valor de 0 95 p u e 1 05 p u respetivamente Estes valores foram obtidos em por consulta do Guia T cnico de Instala es el tricas estabelecidas em condom nios fechados 95 Este guia estabelece que as varia es de tens o ao longo da rede de
184. possui uma disponibilidade de 1 10 kW J no caso de se considerar uma redu o de 10 Figura 5 7 este valor pode atingir os 2 20 kW 21 de dezembro o 5 c lt e a 22 de gosto 01234567 8 91011121314151617181920212223 Horas Figura 5 6 Disponibilidade de causada pela redu o de 5 do consumo condom nio aut nomo 132 5 Servi os de sistema 21 de dezembro x a 5 c lt e a 22 de agosto 01234567 8 91011121314151617181920212223 Horas Figura 5 7 Disponibilidade de energia causada pela redu o de 10 do consumo condom nio aut nomo No estudo do condom nio aut nomo importante frisar e diferenciar duas situa es nomeadamente z e A redu o de consumo causada por deslastre de cargas do tipo sistemas de ar condicionado Nestes casos d se um corte de consumo n o existe altera o do per odo t em que a carga est a consumir e A redu o de consumo causada por deslastre de cargas do tipo m quinas de lavar lou a ou roupa Nestes casos o consumo movido alterado o per odo t em que a carga est em funcionamento Note se que na primeira situa o este tipo de a es n o influ ncia o comportamento do sistema nos per odos t seguintes a o de deslastre de carga J a segunda situa o tem influ ncia no comportamento do sistema nos per odos seguintes ao corte devido altera o do per odo t em que ocorre o co
185. r obtida por 37 38 I Pov o Pico T LP ico Te Tres 2 1 Ler 2 Conceitos Inovadores Sendo I a irradi ncia que incide na superf cie do gerador PV em W m Le f a irradi ncia nas condi es de teste em W m Poico pot ncia m xima do gerador PV em W UPpico O coeficiente de temperatura em W C T a temperatura da c lula em C e T ef a temperatura em condi es de teste em C A temperatura da c lula T pode ser calculada com recurso express o 2 2 I Te Text NOCT 20 x 25 Sendo T x a temperatura ambiente em C e NOCT a temperatura nominal de opera o da c lula dada pelo fabricante Nestas condi es torna se necess rio determinar os valores de irradi ncia sabendo que estes valores s o influenciados pela localiza o geogr fica e pela inclina o e orienta o dos pain is O projeto Photovoltaic Geographical Information System PVGIS disponibiliza informa o sobre os valores de irradi ncia global para diversas localiza es incluindo Portugal tendo em considera o diferentes orienta es Norte Sul etc 39 A irradi ncia global tida como a soma de tr s contribui es nomeadamente e Irradi ncia direta radia o que atinge diretamente a superf cie do gerador PV e Irradi ncia difusa radia o que n o atinge diretamente a superf cie do gerador PV e Irradi ncia refletida radia o que atinge a superf cie do gerador P
186. ra 5 1 Esquema ilustrativo da limita o do sistema AE centralizado 128 Figura 5 2 Disponibilidade do sistema de AE sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE centralizado cccccccccccccsssecccceeseccsceesecscceuseceseuesecsssuseceseueecsssuaasses 129 Figura 5 3 Esquema ilustrativo da limita o do sistema AE distribu do 130 Figura 5 4 Disponibilidade do sistema de AE para o dia 22 de agosto sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do erre 130 xvii Figura 5 5 Disponibilidade do sistema de AE para o dia 21 de dezembro sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do een 131 Figura 5 6 Disponibilidade de causada pela redu o de 5 do consumo condom nio Aut nomo x aa MS Boe ht eae tS als ae e O e ora E OU 132 Figura 5 7 Disponibilidade de energia causada pela redu o de 10 do consumo CONdOMIMO aut nomo saene RD dads o ini mene E o a 133 Figura 5 8 Custo por unidade de energia n o fornecida para os diferentes sectores 98 134 Figura 5 9 Disponibilidade causada pela redu o de 5 do consumo CCLZ 135 Figura 5 10 Disponibilidade causada pela redu o de 10 do consumo CCLZ 135 Figura 5 11 Disponibilidade do sistema de microcogera o nos meses frios para prestar SELVI S A TEJO E Gaile GUA RAMEN nda adiada
187. ra o dia 15 de novembro onde se pode constatar o seu valor m nimo anual deste AE 54 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 1617 18 19 20 21 22 23 Horas Figura 4 42 Evolu o do SoC do AE 1 para o dia 15 de novembro sistema dotado com PV microcogera o e micro edlicos A Figura 4 43 representa os perfis de tens o do AD 5 para a solu o proposta Esta Figura permite verificar que os n veis de tens o tendem a estar muito pr ximos de 400 V A an lise desta Figura permite ainda concluir que a PD tender a elevar os n veis de tens o do AD nos per odos de maior excesso de energia 110 4 Casos de estudo Hj HN IN il NA dezembro ars 3 o e ul V f v agosto ANMANONROD Figura 4 43 Perfil de tens o do AD 5 sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE distribuido 4 4 Condominio com consumo liquido zero CCLZ Como foi evidenciado nos cap tulos 2 6 e 3 a conce o de um condom nio energ tico poder n o prever a instala o de qualquer sistema de AE Neste caso o condom nio designado por condom nio com consumo l quido zero As tecnologias de PD dever o ser respons veis por produzir a energia anual de todos os consumos el tricos do condom nio bem como das perdas produzidas pelo fluxo de pot ncias tamb m de referir que isto n o invalida que haja uma produ o anual maior que o consumo anual no caso de ser vantajoso economicamente para o c
188. ra os meses quentes entre abril e Outubro MNCIUSIVE andose dies aos Masses deen DAR ls dace eee es E a DS abodes bins TI DA a 74 Figura 4 8 Rela o entre pot ncias el trica e t rmica da microcogera o 75 Figura 4 9 Perfil de vento para a s rie real cssaamagasmasidgas inss gaia badge Acessadas oa fg andna sia sua cadgiadada 76 Figura 4 10 S rie de vento adaptada sis pass pegos dadas Tosa sas ga da tates petvaatagiseglesgacetseedeMeuteeqeaniaceze 76 Figura 4 11 Perfil de vento da s rie adaptada 00 eee eee sseeeeessneceeeessneeeeeessaeeeceessaeeeeesssaeeees 11 Figura 4 12 Perfil de tens o do AD 5 sem condom nio rr 78 Figura 4 13 Perfil de tens o do AD 3 sem condom nio 78 XV Figura 4 14 Perfil de perdas da rede de distribui o sem condom nio 79 Figura 4 15 Esquema do condom nio aut nomo com AE centralizado 79 Figura 4 16 Perfil de perdas da rede distribui o sistema dotado com PV e AE centralizado DENSA NET SS aa NO o a A A ene 82 Figura 4 17 Evolu o do SoC do AE sistema dotado com PV e AE centralizado 83 Figura 4 18 Evolu o do SoC no dia 25 de dezembro sistema dotado com PV e AE centralizado ess ss cas Seca coe ida st otac du toed stub A AE ot hanes de DEU O da Sl S gb aa Star SUNT 83 Figura 4 19 Perfil de tens o dos arm rios AD 5 sistema dotado com PV e AE centralizado
189. ransactions on Energy Conversion vol 10 no 3 pp 569 576 setembro 1995 145 14 Li Xin and Garry K Zielke One Year Deferral Method for Estimating Avoided Transmission and Distribution Costs IEEE Transactions on Power Systems vol 20 no 3 pp 1408 1413 agosto 2005 15 P Mois s Costa and Manuel A Matos Assessing the contribution of microgrids to the reliability of distribution networks in Electric Power Systems Research Elsevier 2009 ch 2 pp 382 389 16 Islam Md Razibul and Hossam A Gabbar Study of Micro Grid Safety amp Protection Strategies with Control System Infrastructures Smart Grid and Renewable Energy vol 3 pp 1 9 February 2012 17 A Sheikhi A Maani F Safe and A M Ranjbar Distributed Generation Penetration Impact on Distribution Networks Loss in International Conference on Renewable Energies and Power Quality Bilbao 2013 18 H Victor M ndez Quezada Juan Rivier Abbad and Tom s G mez San Rom n Assessment of Energy Distribution Losses for Increasing Penetration of Distributed Generation JEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS vol 21 no 2 pp 533 540 MAY 2006 19 P Mois s Costa REGULA O DA INTEGRA O DE MICROGERA O E MICROREDES EM SISTEMAS DE DISTRIBUI O DE ENERGIA EL CTRICA Feup Porto Tese de Doutoramento 2008 20 K Nara Y Hayashi K Ikeda and T Ashzawa Application of Tabu search to optimal placement of distributed g
190. rcial No Quadro 4 20 s o indicados os custos de aquisi o e montagem do sistema adicionalmente apresentam se algumas caracter sticas do equipamento Quadro 4 20 Custos e caracter sticas do sistema e lico Custo Pot ncia el trica Tens o de sa da usto kW AC 12000 2 5 400 Para al m das caracter sticas mencionadas no quadro anterior de referir que esta turbina possui uma velocidade de cut in de 3 m s e de cut out de 20 m s A sua velocidade de nominal de 9 m s 12 4 Casos de estudo 4 1 5 Cen rio de produ o A obten o da energia expect vel de ser produzida pelas unidades de PD imp e a defini o de modelos adequados sec o 2 3 No caso dos sistemas PV utilizado o perfil de radia o de um dia t pico de cada m s obtidos com base no site PVGIS Figura 4 5 janeiro fevereiro Mar o abril Maio junho julho ag OstO setembro outubro novembro dezembro Figura 4 5 Perfil de radia o para a cidade de Viseu J a possibilidade do sistema de microcogera o fornecer pot ncia el trica num determinado per odo de tempo determinada pela circunst ncia desta unidade se encontrar ou n o em funcionamento para produ o de energia t rmica Essa possibilidade influenciada por fatores como a esta o do ano e o per odo do dia Assim para efeitos dos estudos aqui efetuados f
191. real a se o facto de estes sistemas produzirem em simult neo calor e eletricidade Figura 2 7 o que acarreta vantagens como maior efici ncia redu o de emiss es e redu o do custo da energia 44 Figura 2 7 Arquitetura de um sistema de microcogera o 45 Estes sistemas podem ter como base diversas tecnologias motores Stirling micro turbinas pilhas de combust vel ou motores de combust o interna alimentadas por v rios tipos de 12 2 Conceitos Inovadores combust veis gas leo g s natural pellets derivados de biomassa ou biocombust veis l quidos O funcionamento de um sistema de microcogera o depende das necessidades t rmicas do edif cio onde est integrado e consequentemente depende das condi es climat ricas As referidas necessidades tendem a ser superiores no per odo de Inverno e inferiores no per odo de Ver o sendo que s o superiores no in cio e no final dos dias Assim sendo a disponibilidade de um sistema de microcogera o para fornecer pot ncia el trica depende claramente das condi es climat ricas No entanto t m sido desenvolvidas e apresentadas estrat gias de controlo que tendem a influenciar as condi es de funcionamento destes sistemas 44 Estas estrat gias t m como objetivo maximizar os benef cios econ micos inerentes aos sistemas de microcogera o para os agentes do sistema el trico como sejam o propriet rio e os operadores de rede Numa das formas de co
192. rede pot ncia a capacidade destas entidades para prestarem servi os de sistema rede de distribui o 67 Efetivamente apesar de algumas dificuldades t cnicas a microrede pode funcionar como um produtor e fornecedor de servi os de sistema com menores custos de transmiss o e distribui o devido proximidade entre a produ o e o consumo el trico As microredes devido s suas caracter sticas possibilitam uma gest o ativa das redes de distribui o permitindo um maior equil brio entre a produ o e a carga e consequente melhoramento dos ndices de fiabilidade Consequentemente os servi os de sistema podem ser v rios 68 69 e Regula o de frequ ncia 18 2 Conceitos Inovadores e Controlo de tens o e Reposi o de servi o e Resposta da procura Demand response Na literatura podem ser encontrados diversas abordagens que de uma forma ou de outra abordam os servi os referidos anteriormente Por exemplo em 70 apresentam uma metodologia para o despacho autom tico da PD de forma a regular a tens o Em 71 proposta uma metodologia para efetuar o controlo de tens o e pot ncia reativa das redes AT considerando como elementos control veis parques e licos e mini h dricas Este estudo incluiu tamb m as microredes como um dos elementos control veis Em 11 apresentada uma metodologia anal tica para avalia o do impacto das microredes sobre os ndices de fiabilidade dos sistemas de
193. ro eOlicas eee eee eeseeeeeessneeeeeeeeaeeeesesnaeeeeeee 45 3 1 2 Armazenamento descentralizado e eererreraneaeea 48 3 1 2 1 Sistema dotado de gerador PV e baterias de armazenamento 48 3 1 2 2 Inclus o das turbinas micro e licas e sistemas uCHP 51 3 2 Condom nio com consumo l quido zero CCLZ 53 3 3 Implementa o da metodologia w iec cecssccsissciecaenceueceasiadpsonacacvees sdsavsantscaneeaesctveanasaanss 56 A Casos de estudo asas eel ele RN EN eae eR E Roos EUG 61 Al GonsideracOes Gerais sado o e a elven eee eed eed 61 4 1 1 Custo da energia el trica e das perdas 5 5 cc cs ssss 0dsscscecsassagnasaaancsasesaeaesdeeeaseeed 62 Ad Rede de distinbui o BY nana Rust a ESSE st 64 AS ME CMAP SS CARA a Se 5s ses a dE a EA ag 67 4 1 4 Caracteriza o dos equipamentos aus seuasszaro ncia iva ala ace hasta ane aaa ida 69 4 1 5 Cen rio de produ o ois sszavesiceaceces vaevzaas dean aa soda varanda soeansig dean id Kidini ainara ane 13 4 2 Resultados sem produ o distribuida eeeceecccccccceeeeeeeeeneeeeeeeeeeeeeeeenneeeeeeeeeeeeees 71 4 3 Condom nio aut nomo ssssessseseessssrrtssseretssstressssrreetssrtessssteesssetetsssrresssereessssrees 79 4 3 1 Armazenamento centralizado sseeeeeseeeeesseessssreesssrrerrssretrsssreessseressserreesseree 79 4 3 1 1 Conce o do condom nio dotado de AE e PV 80 4 3 1 2 Conce o
194. s como mostra o Quadro 4 62 Os valores apresentados no Quadro permitem concluir que as perdas ocorridas no caso de se considerar a instala o da unidade de microcogera o s o iguais s perdas ocorridas no caso de n o se considerar a unidade de microcogera o Esta situa o resulta do facto da energia entregue pelo sistema de microcogera o rede a montante n o produzir perdas porque se encontra no barramento do PT do condom nio e como a produ o PV durante a maior parte do tempo e suficiente para suprir os consumos e por vezes coincidente com a produ o do sistema de microcogera o a 119 4 Casos de estudo maior parte da produ o do sistema de microcogera o injetada na rede a montante Para al m disso a pot ncia instalada PV n o sofreu altera es Quadro 4 62 Perdas produzidas CCLZ dotado de sistema PV e microcogera o Antes do Depois do condom nio Depois do condom nio condom nio sem uCHP com uCHP Sec o de 35 mm Sec o de 240 mm Sec o de 240 mm Energia ativa de perdas 0 57 8 2 8 2 MWh A Figura 4 51 mostra os n veis de tens o do AD 5 de referir que os presentes perfis de tens o s o semelhantes os apresentados anteriormente sec o 4 4 1 pois a localiza o das unidades PV e a sua capacidade total n o sofreu nenhuma altera o quando comparado com a situa o anterior ERREI 4 i gl 4 L
195. s PV em vazio em V e U a tens o m xima que a entrada CC ax inv_pv no inversor do arm rio i suporta em V O valor de Usc max pode ser obtido por max Uoc x 1 2 Uoc p x 25 Tmin 3 14 Onde Upc a tens o dos m dulos fotovoltaico em vazio em V 6 representa o coeficiente varia o da tens o com a temperatura em V C e Tmin a temperatura m nima verificada no local de instala o em C geralmente esta componente toma o valor de 10 C A equa o 3 15 garante que a m xima tens o dos geradores PV ligados em s rie menor ou igual que o limite superior da gama de tens o de controlo MPPT do inversor A equa o 3 16 por sua vez define que a m nima tens o gerada pelos pain is PV ligados em s rie igual ou superior ao limite inferior da gama de tens o de controlo MPPT do inversor i Ns rie py x Umax lt Umax MPPT inv_pv 3 15 i Ns rie pyv x Umin Umin MPPT inv pv 3 16 Sendo Uma Umin respetivamente os valores m ximo e m nimo da tens o do gerador PV em V e UmaxmpPT inv pv UminMpPTinv pv Tespetivamente os limites superior e inferior da 39 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico gama de tens o de controlo MPP para o conversor de pot ncia do gerador fotovoltaico instalado no AD i em V Os valores de Umax Umin podem ser obtidos pelas equa es 3 17 e 3 18 Umax Umpp EE p x 25 E Tmin 3 17 Umin Umpp p x 25
196. s ao dimensionamento de sistemas aut nomos capazes de satisfazer as necessidades energ ticas das habita es do condom nio Naturalmente que estas estruturas exigem sistemas de AE el trica tendo sido adotadas baterias cidas para o efeito Atendendo a que estes sistemas podem ter diferentes configura es nomeadamente no que se refere s tecnologias de produ o envolvidas e ao n mero de unidades de AE optou se por apresentar separadamente os modelos aplic veis aos seguintes casos e AF centralizado 1 Sistemas dotados de produ o fotovoltaica 2 Sistemas dotados de produ o fotovoltaica e microcogera o 3 Sistemas dotados de produ o fotovoltaica microcogera o e microe lica e AE distribu do uma unidade de AE por AD 1 Sistemas dotados de produ o fotovoltaica 2 Sistemas dotados de produ o fotovoltaica e microcogera o 3 Sistemas dotados de produ o fotovoltaica microcogera o e microe lica 3 1 1 Armazenamento centralizado Nesta sec o apresenta se os modelos utilizados para a defini o das capacidades das tecnologias de produ o e AE visando conce o de um condom nio aut nomo A metodologia proposta considera que existe um nico sistema de AE colocado junto ao posto de transforma o do condom nio e que as unidades de PD poder o ser sistemas PV microcogera o e micro e licos 3 1 1 1 Sistema dotado de gerador PV e bateria de armazenamento A defini o do prob
197. s e comercializadas sendo as mais promissoras e de maior express o geradores fotovoltaicos microturbinas e licas e sistemas de microcogera o 35 No que refere microcogera o ainda n o se encontra muito difundida pois esta tecnologia 7 2 Conceitos Inovadores ainda est em fase de estudo e desenvolvimento J os geradores fotovoltaicos e as microturbinas e licas s o tecnologias que j se encontram bastante difundidas Em Portugal a atividade de microgera o e de microprodutor regulada pelos Decreto Lei n 25 2013 de 19 de fevereiro e Decreto Lei n 118 A 2010 de 25 de Outubro O Decreto Lei n 118 A 2010 de 25 de Outubro determina os regimes de remunera o 2 3 1 Sistemas Fotovoltaicos A energia solar um recurso cada vez mais utilizado apresentando um potencial energ tico elevado A Figura 2 1mostra que em Portugal a m dia de exposi o solar anual varia entre as 2200 e as 3000 horas e que a radia o varia entre os 40 kWh m no Inverno e os 340 kWh m no Ver o Figura 2 1 M dia da radia o anual para Portugal Continental 36 A produ o de um gerador PV durante um determinado per odo de tempo influenciada por fatores de diferentes ordens a saber n veis de irradi ncia caracter sticas dos geradores PV e disposi o orienta o e inclina o Sendo conhecida a irradi ncia incidente na superf cie do gerador PV expressa em W m a pot ncia produzida por este pode se
198. sidade de englobar a otimiza o neste processo No entanto existem tamb m barreiras t cnicas que devem ser ultrapassadas A supress o destas barreiras envolve a defini o de metodologias capazes de avaliar os efeitos negativos e positivos da PD no seio do sistema el trico de distribui o Para o efeito necess rio identificar e quantificar esses efeitos visando a sua posterior supera o no caso dos negativos A principal contribui o desta disserta o foi a defini o de modelos para o dimensionamento de condom nios energ ticos Esta defini o apresenta duas abordagens a primeira consiste no dimensionamento de uma microrede eletricamente aut noma por vezes designada de cidad o ideal Por outras palavras uma das defini es propostas neste trabalho para condom nio energ tico prev o desenvolvimento de uma entidade que n o consome em nenhum momento qualquer energia da rede a montante A segunda consiste no dimensionamento de uma microrede com CLZ Ou seja a microrede produz anualmente pelo menos um valor de energia renov vel igual ao seu consumo Naturalmente neste caso pressup e se o uso da rede 141 6 Conclus es e desenvolvimentos futuros a montante para a contabilidade do consumo l quido zero Note se que a defini o de modelos tem em considera o aspetos como i os n veis de perdas da rede de distribui o 11 os n veis de tens o dos AD da rede iii otimiza o da sec o da rede de
199. sim torna se necess rio PD adicional para compensar perdas que poderiam ser evitadas Nesta bordagem optou se por determinar o custo m dio de produ o de um kWh no condom nio e atribuir esse valor ao custo de perdas C gt Custosistema perdas Produ o 4 1 Onde Custosistema O custo total do sistema considerando um tempo de vida til de 20 anos em e Produ o uma estimativa a 20 anos da produ o de energia el trica em kWh 4 1 2 Rede de distribui o BT No estudo apresentado neste cap tulo foi considerada a rede el trica BT de um condom nio esquematizada na Figura 4 1 uma rede subterr nea com condutores de alum nio maci o isolado a policloreto de vinilo armado com fitas de a o bainha exterior de policloreto de vinilo cabo LSV AV 64 4 Casos de estudo L1 90m AD1 L2 70 m AD 2 Barramento BT ADS Figura 4 1 Rede de BT em estudo Trata se de uma rede radial com 5 AD de energia el trica e alimentada por um posto de transforma o pr prio A rede apresenta diversos consumidores distribu dos segundo o especificado no Quadro 4 4 Quadro 4 4 Distribui o dos consumos pela rede de distribui o BT Arm rio Consumidores AD 1 e 3 Moradias do tipo T4 e 3 Moradias do tipo T5 AD 2 e 3MoradiasdotipoT5 AD 3 e 3Moradiasdotipo T3 AD 4 e 6 Moradias do tipo T3 AD 5 e 2 Moradias do tipo T3 E importante real ar que neste trabalho qua
200. ss o 3 41 Chup Cd cne Cl anew 3 41 51 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico Sendo Ciara conv O custo de aquisi o de uma caldeira convencional que seria instalada no arm rio i em e Ccaia cup representa o custo de aquisi o da caldeira de microcogera o a instalar no arm rio i em No que se refere aos custos vari veis necess rio adicionar express o 3 38 os custos de manuten o dos sistemas micro e licos e o custo de opera o dos sistemas de microcogera o ou seja n y i Cogm pv x 1 inf Cyariaveis Xpy X E it k 1 Y k Xhaex gt Coam par X 1 inf bat a z E k 1 3 42 Xotica x Y Cogu eotica X 1 inf eolica a m a k 1 Y i Coam cup X 1 inf 1 a Sendo Cogy bat O custo anual de opera o e manuten o do AE em kWh Cogm eolica costo anual de opera o e manuten o de um sistema e lico em Cogy cup O custo de opera o e manuten o da unidade de microcogera o em considerando mais uma vez como situa o de referencia a instala o de uma caldeira convencional Assim sendo a express o 3 43 caracteriza o custo de opera o do sistema de microcogera o i i i i i Com cHP Cret x XCHP M convencional x eT T 3 43 i i i ag gt Cage x Ch cup Co aena x Cpellets x At t 1 Onde Cy cup O custo de manuten o de uma unidade de microcogera o instada
201. studo e lica a instalar e a capacidade de armazenamento a ser instalada em cada AD O mesmo Quadro faz refer ncia distribui o das pot ncias el tricas do sistema de microcogera o Quadro 4 50 Disposi o das pot ncias PV microcogera o e capacidade a instalar sistema dotado com PV microcogera o micro e licas e AE distribu do EE LA Pot ncia PV a Capacidade de bateria Pot ncia el trica Pot ncia micro instalar kW a instalar kWh uCHP kW e lica kW 1 11 25 247 68 30 2x2 5 2 7 5 123 84 15 1x2 5 3 3 75 123 84 15 1x2 5 4 7 5 247 68 30 2x2 5 5 9 123 84 15 0 Total 39 866 88 105 15 O modelo determina que neste caso a sec o econ mica de 240 mm Note se que a solu o anterior AE distribu do com geradores PV e de microcogera o previa a instala o de uma rede de distribui o com a mesma sec o Mais uma vez a sec o t cnica de 35 mm pois a m xima corrente verifica ao longo da rede de 110 A A solu o apresentada tem um VAL de 1474994 A entrega venda do excesso de energia rede a montante resulta num benef cio de 137999 no final dos vinte anos No Quadro 4 51 encontra se o valor anual produzido pelos sistemas de gera o a energia anual entregue rede e a percentagem que tal representa da produ o total Da produ o anual 250 MWh 137 MWh s o produzidos pelo sistema de microc
202. teste 1000 W m Tref temperatura s condi es de teste 25 C NOCT 46 C Uoc 37 47 V Umpp 30 34 V Isc 8 76 A Coef Varia o U com T B 0 346 C Coef Varia o P com T 0 0 46 C Coef Varia o I com T a 0 065 C O custo de instala o apresentado no Quadro 4 11 resulta de consulta direta a um instalador este pre o j contabiliza todos os materiais necess rio montagem bem como a m o de obra Quadro 4 11 Custo de instala o PV Pot ncia de pico Wp Pre o de instala o Custo Wp 250 100 0 40 Os encargos de opera o e manuten o caracterizam se por serem custos peri dicos que no caso da tecnologia PV e ap s consulta de um instalador valem Quadro 4 12 Custos anual de opera o e manuten o PV Custo Wp Percentagem Custo O amp M Wp ano 0 8 3 5 0 03 O Quadro 4 13 mostra as caracter sticas relevantes e o custo dos inversores considerados no dimensionamento Quadro 4 13 Custo e caracter sticas dos inversores DC AC com MPPT M xima Faixa de Tens o Uge max Iac max Custo aa Pot ncia kW MPPT V V A 851 242 1 4 125 480 600 11 1945 696 3 2 175 500 750 15 3100 953 5 1 245 800 1000 11 70 4 Casos de estudo No Quadro 4 14 encontram se descritos
203. tri es n o s o alteradas pela inclus o dos sistemas micro edlicos e de microcogera o pelo que podem ser consultadas na sec o 3 1 1 3 2 Condom nio com consumo l quido zero CCLZ A modeliza o do CCLZ muito semelhante modeliza o do condom nio aut nomo No entanto contrariamente ao que ocorre no condom nio aut nomo o CCLZ n o considera qualquer sistema de AE Este facto deve se utiliza o da rede a montante para suprimir os consumos nos momentos em que a produ o da PD insuficiente para satisfazer a carga Note se que na presente sec o optou se por apresentar somente a formula o final do problema PV mais microcogera o mais sistemas micro e licos No entanto nos casos de estudo para uma melhor fundamenta o apresentam se os resultados para 1 CCLZ somente 53 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico com PV ii CCLZ com PV mais sistema de microcogera o centralizado e iii CCLZ com PV mais sistema de microcogera o mais sistemas micro e licos A Figura 3 5 apresenta a topologia de liga o adotada para o condom nio com consumo l quido zero Sistema PV n Turbina e lica n Carga t rmica n Sistema PV Turbina e lica 1 Carga t rmica 1 Sistema CHP Figura 3 5 Tipologia de liga o da PD no CCLZ Conhecida a tipologia de liga o foi ent o formalizado um problema de otimiza o com o objetivo de dimensionar a
204. tribuidor coloca disposi o do cliente neste caso condom nio em termos contractuais e Pre o da pot ncia em horas de ponta A pot ncia em horas de ponta para um m s t pico calculada pelo quociente entre a energia fornecida ao cliente em horas de ponta nesse m s e o n mero de horas de ponta do m s e Pre o da energia ativa faturada de acordo com os pre os do Quadro 4 2 Note se que no presente estudo n o foi considerado a fatura o da energia reativa Quadro 4 2 Tarifas de venda a clientes finais da EDP Universal 2012 Termo fixo m s 44 41 Horas de ponta 8 983 Tarifa de longas utiliza es Contratada 1 397 Horas de ponta 0 1215 Horas cheias 0 0936 Per odos I IV Horas de vazio 0 0603 arr normal Energia ativa kWh Tarifas Horas de super vazio 0 0566 de longas Horas de ponta 0 1253 utiliza es gt Horas cheias 0 0962 Per odos II HI H d i oras de vazio 0 0626 normal Horas de super vazio 0 0584 O excesso de energia no CCLZ e condom nio aut nomo entregue rede a montante consequentemente necess rio a defini o do pre o desta energia a ser recebido pela entidade gestora do condom nio Visto n o se encontrar estipulado nenhum pre o para estas circunst ncias optou se por atribuir o mesmo custo que o cobrado pela rede a montante pela venda de energia A estrutura tarif ria apresentada anteriormente permite concluir que a r
205. udo Quadro 4 69 Compara o da solu o centralizada descentralizada e CCLZ com sistemas micro ec licos Custo m dio Pot ncia Pot ncia Capacidade VAL de produ o micro e lica PV total de bateria k Wh total kW kW total kWh Condominio aut nomo 1148487 0 23 25 36 712 08 AE centralizado Condom nio aut nomo 1801210 0 38 15 39 866 88 AE distribu do Condomi Rc Raso e84505 0 087 40 290 0 de CLZ 126 5 Servi os de sistema Uma extens o natural do trabalho apresentado nos cap tulos anteriores prende se com os servi os de sistema O fornecimento de servi os de sistema aos operadores das redes el tricas como referido na sec o 2 5 3 pode ser de v rias ordens No entanto o principal objetivo nesta disserta o passa por perceber qual a disponibilidade de Condom nio aut nomo ou l quido zero entregar pot ncia rede Este tipo de opera o permitir potenciar benef cios relacionados com a fiabilidade dos sistemas de distribui o nomeadamente no que se refere fiabilidade do abastecimento de consumidores que n o integram qualquer condom nio energ tico Na pr tica alguns servi os de sistema consistem na utiliza o das unidades de PD para exportar eletricidade e eventualmente reduzir os consumos el tricos Esta situa o permite que os sistemas de distribui o se tornem em entidades mais ativas c
206. uem na base de dados do referido programa incluindo a cidade de Viseu 41 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico O segundo passo consiste na escolha de uma caldeira de microcogera o que apresente pot ncia t rmica compat vel com a determinada pelo programa RETscreen obtendo se a assim a pot ncia el trica Como referido anteriormente a metodologia desenvolvida admite que os sistemas de microcogera o s o instalados em substitui o de sistemas de aquecimento central e consequentemente os custo que ocorreriam nestes para a produ o da energia t rmica s o contabilizados Por outras palavras na tecnologia de microcogera o os custos s o estimados considerando por um lado os respetivos custo e por outro os custos de uma caldeira convencional de refer ncia que tenha por base as mesmas caracter sticas t rmicas No que se refere ao perfil de produ o da unidade pode ser definido considerando informa o hist rica sobre necessidades t rmicas de edif cios de habita o Neste contexto os perfis t picos de funcionamento das caldeiras convencionais poder o ser utilizados para a defini o destes perfis Nestas circunst ncias os sistemas de microcogera o pelo facto de apresentarem um perfil de produ o coincidente com os per odos de maior consumo el trico poder o permitir uma redu o da pot ncia instalada das restantes tecnologias de PD Obviamente neste contexto tamb m
207. um lado os respetivos custos e por outro os custos de uma caldeira central de refer ncia que tenha por base as mesmas caracter sticas t cnicas s s o considerados os sobrecustos da tecnologia de microcogera o O principal motivo para a diminui o do VAL s o os elevados custos da tecnologia de microcogera o tanto de investimento como de opera o e manuten o Saliente se que cada W el trico tem um custo de cerca de 3 Este valor resulta da diferen a entre os custos da caldeira de microcogera o e da caldeira convencional a dividir pela pot ncia el trica da caldeira de microcogera o ver dados na sec o 4 1 4 No Quadro 4 28 encontra se o valor anual produzido pelos sistemas de gera o a energia anual entregue rede e a percentagem que tal representa da produ o total Da produ o anual 239 MWh 90 26 MWh s o produzidos pelo sistema de microcogera o e 148 MWh pelo sistema PV Tendo em considera o esta produ o e um tempo de vida til de 20 anos o custo m dio de produ o de 0 28 kWh logo 0 08 kWh mais caro que a solu o anterior O custo m dio da energia el trica no condom nio o qual tendo em considera o o tempo de vida de til do projeto 20 anos de 0 37 kWh 0 10 kWh mais caro que a solu o anterior Quadro 4 28 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o e AE centralizado Produ o Anual Energia entregue Percentagem da
208. ura 1 1 Modelo do sistema el trico Portugu s pr reforma 1 2 1 Introdu o A inefici ncia desde tipo de sistema aliada ao aparecimento de novas formas de capta o de energia e constante procura de energia mais barata levou reestrutura o do sistema el trico No entanto esta restrutura o ainda est longe de estar conclu da Neste momento no sector el trico Portugu s coabitam na mesma estrutura o mercado liberalizado e o mercado regulado Figura 1 2 Mercado Regulado Mercado Liberalizado Produ o Concorr ncia mediante atribui o de licen a Rede Nacional de Transporte Ren Loncess o de Servi o E o Sc Publi ty Distribui o ara C U R Comercializador Livre Concorr ncia mediante Chentes em mercado Chentes em mercado atribui o de licen a regulado liberalizado Figura 1 2 Estrutura do sistema el trico Portugu s 3 O mercado regulado tem vindo a ser extinto de forma gradual sendo que a totalidade dos consumidores de MAT AT MT e BTE dever o estar integrados no mercado liberalizado no final do ano de 2014 4 No que respeita aos consumidores BT perspetiva se que estes estejam fora do mercado regulado at ao final de 2015 5 Em suma em 2015 acabar o mercado regulado onde o pre o de energia regulado e todos os consumidores do sistema el trico Portugu s ter o de pertencer ao mercado liberalizado onde o pre o da energia determinado pelas
209. valor considera a situa o de refer ncia referente instala o de uma caldeira convencional Assim sendo a express o 3 28 caracteriza o custo de opera o e manuten o do sistema de microcogera o Co amp m cHP Cu cup x Xcup a Cm convencional x Xesavencinaat T 3 28 gt Cage x Co cup T convento x Cpeltets x At t 1 Onde Cy cup O custo de manuten o da uma unidade de microcogera o em kW Xcyp representa a pot ncia total el trica t rmica da unidade de microcogera o em kW Cm convencional O custo de manuten o de uma unidade convencional em kW Xconvencional representa a pot ncia t rmica da unidade convencional em kW Fargat O fator de carga no per odo t em percentagem Co cup O consumo de uma unidade de microcogera o sua pot ncia nominal em kg h Co onvencional O consumo de uma unidade convencional sua pot ncia nominal em kg h Coenets O custo do pellets em kg de referir que os sistemas em estudo devem ser alimentados pela mesma energia prim ria por exemplo pellets 44 3 Metodologia para a conce o de um condom nio energ tico No que se refere s restantes parcelas da fun o objetivo apesar do seu valor poder ser afetado pela inclus o do sistema de microcogera o estas n o sofrem qualquer altera o na forma de c lculo Assim sendo as perdas do sistema s o dadas pela equa o 3 4 o custo do cabo da rede de distribui
210. vel de penetra o o impacto nas perdas tem um comportamento em forma de U isto a redu o de perdas produzida pela PD tem um m nimo a partir do qual as perdas tendem a aumentar 17 18 19 No que concerne localiza o uma maior dispers o da PD tende geralmente a reduzir mais as perdas Contudo esta situa o pode ser diferente sendo que a localiza o tima da PD depende por um lado da distribui o das cargas ao longo da rede e por outro da energia gerada que autoconsumida 19 V rias metodologias t m vindo a ser propostas para estudar a localiza o e dimens o timas da PD do ponto de vista da redu o de perdas Uma parte significativa destas metodologias tem como base algoritmos de otimiza o Por exemplo em 20 os autores afirmam que os 2 Conceitos Inovadores algoritmos de tabu search e simulated annealing s o adequados para a defini o da melhor localiza o e ou dimens o de unidades de PD Na refer ncia 21 proposta uma metodologia baseada em algoritmos gen ticos para definir a localiza o da PD em redes de distribui o tendo em considera o as perdas O processo de otimiza o dever conter uma ferramenta para c lculo de tr nsito de pot ncias Por exemplo em 22 e 23 proposta uma metodologia baseada no m todo Newton Raphson il Diferimento de investimentos A inclus o de unidades de PD nas redes BT permite reduzir o tr nsito de pot ncia nas redes
211. zado Quadro 4 36 Custos m dio da energia el trica do condom nio das v rias solu es AE centralizado sims iai eae ede ISCA LAO SONETOS Sa Sa A CELL SS EE 92 Quadro 4 37 Perdas produzidas sistema dotado com PV microcogera o micro edlicas e AE centralizado xs shcscceetecscae S EE O cGuakadeutuchane Lodo DST Soa Geach Das U O UTAD Se Stu setae 93 Quadro 4 38 Distribui o das pot ncias de microcogera o no interior da rede 97 Quadro 4 39 Custo e caracter sticas dos sistemas de microcogera o distribu dos pela rede 97 Quadro 4 40 Custo e caracter sticas das caldeiras t rmicas de refer ncia cc 97 Quadro 4 41 Localiza o das pot ncias PV e capacidade do AE a instalar sistema dotado com PV e AE distribu do es ccc cceeccccceeeecceceeesecceceessecsceeeseceseueasccsseeaeecsseueessssueeeeeeea 98 Quadro 4 42 Compara o da solu o centralizada e descentralizada sistema dotado com PV E E E fi ie O ete A sae ae 98 Quadro 4 43 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV e AE distribu do 99 Quadro 4 44 Perdas do sistema antes do condom nio sistema dotado de PV e AB 99 Quadro 4 45 Disposi o das pot ncias PV microcogera o e capacidade a instalar 102 Quadro 4 46 Balan o energ tico anual sistema dotado com PV microcogera o e AE distribuido ss tcnecditcert oii eet eGR ean Ge LOSE ads bas Seen ee LEA e 102 Quadro

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