Avaliação dinâmica da rede elétrica e qualidade de energia em sistemas isolados: o caso de estudo da ilha de Santiago - Cabo Verde

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Veiga, Bruno Alexandre da
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/36743
Resumo: Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018
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Na presente dissertação, numa primeira fase, recorrendo a uma ferramenta desenvolvida na plataforma comercial GAMS® e devidamente validada com resultados similares ao da REN é avaliada a capacidade de resiliência da rede elétrica da ilha de Santiago, através do balanço de potência em cada barramento, numa perspetiva de otimização do trânsito de energia cuja finalidade consistia na redução de perdas no sistema de transmissão. São abordados dois cenários operacionais da rede elétrica, o cenário A da atual configuração do SEE (a capacidade instalada e níveis de consumo atuais), e o cenário B que recorre aos estudos realizados pelas entidades governamentais para o horizonte 2020 que visa aumentar em 50% a capacidade renovável instalada e considera uma taxa de crescimento média anual (TCMA) de 7% do consumo na ilha. De referir ainda que na análise de ambos os cenários, teve-se em conta semanas típicas de consumo na ilha, nomeadamente a semana de fevereiro e agosto. De seguida é considerado a integração na rede elétrica da ilha, de uma central de dessalinização a osmose inversa, com o valor de capacidade instalada idêntico à da central existente na ilha, como forma de mitigação do “curtailment” das centrais renováveis (em especial da eólica). Esta adição aumenta a disponibilidade hídrica da ilha, aumenta capacidade de penetração das tecnologias renováveis, contribui para a solução da escassez de água potável na ilha e a regulação desse consumo adicional introduz uma forma indireta de armazenamento de energia no modelo sob a forma de água potável disponível.Com base na plataforma comercial GAMS®, parametrizado em Excel com o VBA® (Visual Basic for Applications), foi possível desenvolver um modelo matemático baseado no balanço de potência nos barramentos da rede que integra a central de dessalinização na rede elétrica da ilha. Para o cenário A na semana típica de consumo de Fevereiro obteve-se uma penetração de energia proveniente de fontes renováveis em cerca de 96% (4% de “curtailment”), com um aumento de 36% na capacidade instalada da dessalinização, que permitiu um excedente de 590 m³ de água potável na ilha. Já para a semana típica de consumo de Agosto a energia aproveitada das fontes renováveis foi na ordem dos 70% (30% de “curtailment”) para um aumento de 25% da produção de água potável, traduzindo num volume total de água armazenada de 3772 m³. No que diz respeito ao cenário B, na semana de fevereiro registou-se cerca de 88% de aproveitamento de energia “limpa” (12% de “curtailment”), tendo a central de dessalinização um aumento na ordem de 40% da capacidade instalada, obtendo-se um volume armazenado de 1934 m³, cerca de 3 vezes mais do que registado no período homólogo (cenário A). Na semana de agosto foi possível um aproveitamento de 73% de toda a energia produzida pelas renováveis (27% de “curtailment”), com aumento da capacidade instalada em 25%, idêntica ao mesmo período analisado no cenário A, porém com volume de água armazenada de 3589 m³.The planning and management process for electricity grids in remote areas (island type), even today, continues to face security, reliability, and quality of supply issues, often associated with the modernization of the network as well as its regulation in face of the growing integration of dispersed production in the Electric Energy System (EES). In this thesis, first, using a tool on the GAMS® trading platform and properly validated with results like REN, evaluates the resilience capacity of the electrical network of the island of Santiago, thanks to the balance of power in each bus, in a perspective of power flow optimization whose goal was to reduce the losses in the transmission system. Two operational scenarios for the power grid are discussed, scenario A is based on the current configuration of the EES (same capacity and consumption levels installed) and scenario B using studies conducted by government entities for a 2020 horizon (increasing 50% of the currently installed renewable capacity and considering an Average Annual Growth Rate (AAGR) of about 7% of the island's consumption. It should also be noted that in the analysis of the two scenarios, typical island’s consumption weeks were considered, namely the week of February and August. Next, it is considered the integration, in the island's electrical grid, of a desalination plant with a reverse osmosis process. The modeled desalination capacity matches the one already installed on the island, and it allows to mitigate the curtailment of the renewable power stations (especially wind) thus increasing the grid’s penetration of the renewable technologies capacity while contributing to solve the island's drinking water shortage by increasing the island's water availability, and acting as an indirect form of energy storage by using the power excess at the desalination plant. Based on GAMS® and Excel Visual Basic® Macros platforms, this work proposes an optmal power flow mathematical model, based on the balance of both the active and the reactive power for each network bus, that integrate the desalination plant in the island power grid. For scenario A in the typical February consumer week, penetration of energy from renewable sources by around 96% (4% curtailment) was achieved, with a 36% increase in installed desalination capacity, a surplus of 590 m³ of drinking water on the island. For the typical August consumption week, the energy used from renewable sources was around 70% (30% curtailment) for a 25% increase in the production of drinking water, resulting in a total volume of stored water of 3772 m³. Regarding scenario B, around 88% of "clean" energy was used during the week of February (12% curtailment), with the desalination plant increasing by 40% of the installed capacity, resulting in a stored volume of 1934 m³, about 3 times more than in the same period (scenario A). In the week of August, 73% of all energy produced by renewable energy (27% curtailment) was possible, with an installed capacity increase of 25%, like the same period analyzed in scenario A, but with water volume stored of 3589 m³.Estanqueiro, Ana IsabelDuque, JoaquimRepositório da Universidade de LisboaVeiga, Bruno Alexandre da2019-01-29T18:45:14Z201820182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/36743TID:202185826porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:33:29Zoai:repositorio.ul.pt:10451/36743Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:50:56.277382Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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