Tecnologias de Volantes de Inércia, Enquanto Sistemas de Armazenamento de Energia, Aplicados a Fontes Renováveis de Energia

• Autor(a) principal: Proença, Rodrigo Monteiro Lambelho
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/13222
• topic: Armazenamento de Energia; Energias Renováveis; Máquina Elétrica; Volante de Inércia; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletromecânica

O paradigma de geração de energia elétrica tem vindo a evoluir para fontes sustentáveis e renováveis, mas esta mudança traz alguns desafios em termos de gestão e fiabilidade. Um dos problemas que atrasam o desenvolvimento destas tecnologias é a flutuação da disponibilidade dos recursos naturais utilizados (capítulo 1). Esta dissertação visa mostrar uma solução de armazenamento de energia alternativa, e/ou complementar a baterias eletroquímicas (capítulo 2), através de um volante de inércia (Flywheel Energy Storage System – FESS), focando-se na parametrização e no controlo do sistema. Os sistemas industriais já disponíveis no mercado têm elevada potência, e nos mais modernos o volante é levitado magneticamente, o que lhe confere um rendimento superior. Devido a constrangimentos na disponibilidade deste equipamento, não foi possível testar um volante de inércia de escala industrial, mas os resultados apresentados nesta dissertação podem ser extrapolados para sistemas maiores. Os FESS conferem uma estabilização a curto prazo da disponibilidade de eletricidade ao sistema de geração de energia, e dependendo da capacidade podem até fornecer energia enquanto há quebras mais longas na geração (como por exemplo, quando associado painéis fotovoltaicos, durante algum tempo depois do pôr do sol). A parte mais importante de um FESS, e ao mesmo tempo o elo mais fraco em relação aos parâmetros importantes como potência, rendimento e custo, é o acionamento do sistema (capítulo 3). Neste trabalho são apresentadas as máquinas elétricas possíveis de aplicar num sistema destes, das quais se escolheram duas para aprofundar e testar – a máquina DC (Direct Current) com escovas e a máquina PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine), sem escovas, de onda trapezoidal (também chamada máquina BLDC – Brushless Direct Current). Cada uma destas soluções de acionamento elétrico tem associado um tipo de conversor eletrónico adequado, que é a base para o controlo da máquina. Para as duas escolhas também foi estudado o seu conversor e o controlo necessários. Estas duas tecnologias foram testadas e parametrizadas de maneira a criar um modelo matemático que foi usado para prever o comportamento do volante de inércia em simulações no programa MATLAB-SIMULINK. Foram depois realizados ensaios experimentais para comprovar a viabilidade do controlo proposto nesta dissertação. Para aproximar ao máximo as simulações da realidade foi necessário encontrar parâmetros mecânicos e elétricos das máquinas usadas (incluindo volante), conversor, tipo de controlo, sistema de geração e consumo. Todos os testes práticos de parametrização e ensaios experimentais finais foram realizados no Centro de Investigação em Sistemas Electromecatrónicos | Guarda International Research Station on Renewable Energies (CISE | GIRS-RES) cujas instalações estão localizadas no Instituto Politécnico da Guarda (capítulo 4).