Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: MEDEIROS, Gabriel Loureiro.
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
Texto Completo: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/37255
Resumo: Uma metodologia é apresentada para o dimensionamento ótimo de múltiplos Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias (SAEB) aplicados a Sistemas Híbridos de Geração de Energia (SHGE) com despacho centralizado, em sistemas interligados, com a avaliação de diferentes tecnologias de baterias. O objetivo principal consistiu em avaliar o dimensionamento ótimo, levando em conta o impacto na: flexibilidade operacional, prevenção do corte de geração (curtailment), dinâmica de fluxos de potência e intercâmbio de energia. Busca-se encontrar a capacidade de armazenamento que trará o máximo benefício marginal ao sistema. Para isso, é desenvolvido um algoritmo, que leva em conta as características da rede existente e suas cargas, os padrões de geração das fontes de energia e a operação dos SAEB. Para encontrar as soluções ótimas, são aplicados a heurística de Otimização por Enxame de Partículas (PSO) e para avaliação do sistema, o método de fluxo de carga por Newton-Raphson. Junto a isso, explora-se a integração de fontes intermitentes, tais como eólica e fotovoltaica, considerando as caraterísticas específicas de cada uma dessas fontes, para determinar o dimensionamento dos SAEB. É empregado séries históricas horárias, com dados de irradiância solar e à velocidade do vento, para a modelagem da geração, como também de demanda, com a aplicação dos dados do sistema Nordeste. Na análise dos estudos de casos, foram utilizados locais de geração na Bahia, Rio Grande do Norte e Ceará. Para a validação da metodologia proposta e os impactos do SAEB, foram criados três estudos de caso, utilizando os sistemas IEEE 14 e 30 barras. Foi possível realizar a avaliação, da aplicação dos diferentes indicadores nos resultados, da complementaridade entre SHGE em diferentes localidades e até mesmo indicar melhores pontos para a localização elétrica dos parques de geração e seus SAEB. A implementação da metodologia possibilitou uma análise detalhada da eficácia do SAEB na integração de redes, evidenciando uma significativa redução na flutuação de energia e um efeito de suavização notável, contribuindo para a estabilidade e eficiência operacional do sistema elétrico. Dentre as tecnologias avaliadas, a que se destaca, dentre as avaliadas, mostrou-se com melhor relação custo-benefício e permitindo a obtenção de benefícios marginais com capacidades superiores, sem necessariamente resultar em custos totais mais elevados. A estrutura, que leva em conta a flexibilidade operacional, além de evitar o curtailment e a dinâmica do sistema interconectado, oferece uma abordagem holística. Ademais, a metodologia apresentada se destaca como um importante recurso de análises, tanto de planejamento quanto de operação de sistemas, para enfrentar os desafios da integração de recursos de energias renováveis em sistemas de despacho centralizados.
id UFCG_b910600475f92585a455d6e58a3c2ba6
oai_identifier_str oai:localhost:riufcg/37255
network_acronym_str UFCG
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
repository_id_str 4851
spelling Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.Optimal sizing of energy storage systems applied to hybrid power generation systems.Processamento de energiaSistemas de armazenamento de energia por baterias (SAEB)Dimensionamento ótimoSistemas híbridos de geração de energia (SHGE)Geração eólicaGeração fotovoltaicaOtimização por enxame de partículas (PSO)Fluxo de potênciaEnergy processingBattery energy storage systems (SAEB)Optimal sizingHybrid power generation systems (SHGE)Wind generationPhotovoltaic generationParticle swarm optimization (PSO)Power flowEngenharia Elétrica.Uma metodologia é apresentada para o dimensionamento ótimo de múltiplos Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias (SAEB) aplicados a Sistemas Híbridos de Geração de Energia (SHGE) com despacho centralizado, em sistemas interligados, com a avaliação de diferentes tecnologias de baterias. O objetivo principal consistiu em avaliar o dimensionamento ótimo, levando em conta o impacto na: flexibilidade operacional, prevenção do corte de geração (curtailment), dinâmica de fluxos de potência e intercâmbio de energia. Busca-se encontrar a capacidade de armazenamento que trará o máximo benefício marginal ao sistema. Para isso, é desenvolvido um algoritmo, que leva em conta as características da rede existente e suas cargas, os padrões de geração das fontes de energia e a operação dos SAEB. Para encontrar as soluções ótimas, são aplicados a heurística de Otimização por Enxame de Partículas (PSO) e para avaliação do sistema, o método de fluxo de carga por Newton-Raphson. Junto a isso, explora-se a integração de fontes intermitentes, tais como eólica e fotovoltaica, considerando as caraterísticas específicas de cada uma dessas fontes, para determinar o dimensionamento dos SAEB. É empregado séries históricas horárias, com dados de irradiância solar e à velocidade do vento, para a modelagem da geração, como também de demanda, com a aplicação dos dados do sistema Nordeste. Na análise dos estudos de casos, foram utilizados locais de geração na Bahia, Rio Grande do Norte e Ceará. Para a validação da metodologia proposta e os impactos do SAEB, foram criados três estudos de caso, utilizando os sistemas IEEE 14 e 30 barras. Foi possível realizar a avaliação, da aplicação dos diferentes indicadores nos resultados, da complementaridade entre SHGE em diferentes localidades e até mesmo indicar melhores pontos para a localização elétrica dos parques de geração e seus SAEB. A implementação da metodologia possibilitou uma análise detalhada da eficácia do SAEB na integração de redes, evidenciando uma significativa redução na flutuação de energia e um efeito de suavização notável, contribuindo para a estabilidade e eficiência operacional do sistema elétrico. Dentre as tecnologias avaliadas, a que se destaca, dentre as avaliadas, mostrou-se com melhor relação custo-benefício e permitindo a obtenção de benefícios marginais com capacidades superiores, sem necessariamente resultar em custos totais mais elevados. A estrutura, que leva em conta a flexibilidade operacional, além de evitar o curtailment e a dinâmica do sistema interconectado, oferece uma abordagem holística. Ademais, a metodologia apresentada se destaca como um importante recurso de análises, tanto de planejamento quanto de operação de sistemas, para enfrentar os desafios da integração de recursos de energias renováveis em sistemas de despacho centralizados.A methodology is presented for the optimal sizing of multiple Battery Energy Storage Systems (BESS) applied to Hybrid Energy Generation Systems (HEGS) with centralized dispatch in interconnected systems, evaluating different battery technologies. The primary objective is to assess the optimal sizing considering the impact on operational flexibility, curtailment prevention, power flow dynamics, and energy exchange. The goal is to determine the storage capacity that will bring the maximum marginal benefit to the system. To achieve this, an algorithm is developed that accounts for the characteristics of the existing network and its loads, the generation patterns of energy sources, and the operation of BESS. Particle Swarm Optimization (PSO) is applied to find optimal solutions, and the Newton-Raphson load flow method is used for system evaluation. The integration of intermittent sources, such as wind and photovoltaic, is explored, considering their specific characteristics to determine the sizing of BESS. Hourly historical data, including solar irradiance and wind speed, are used for generation modeling, as well as demand data from the Northeast system. In the case studies analysis, generation sites in Bahia, Rio Grande do Norte, and Ceará were utilized. To validate the proposed methodology and the impacts of BESS, three case studies were created using the IEEE 14-bus and 30-bus systems. The evaluation included the application of different indicators in the results, the complementarity between HPGS in different locations, and the identification of optimal points for the electrical location of generation parks and their BESS. The implementation of the methodology allowed a detailed analysis of the effectiveness of BESS in network integration, showing a significant reduction in energy fluctuations and a notable smoothing effect, contributing to the stability and operational efficiency of the power system. Among the evaluated technologies, the one with the best cost benefit ratio demonstrated superior capacity benefits without necessarily resulting in higher total costs. The structure, which considers operational flexibility, curtailment prevention, and the dynamics of the interconnected system, offers a holistic approach. Furthermore, the presented methodology stands out as a significant resource for both planning and operation analyses of systems, addressing the challenges of integrating renewable energy resources in centralized dispatch systems.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGSOUZA, Benemar Alencar de.SOUZA, B. A.http://lattes.cnpq.br/4987294390789975BRITO , Nubia Silva Dantas.MEDEIROS JÚNIOR , Manoel Firmino de.MEDEIROS, Gabriel Loureiro.2024-05-282024-08-12T17:38:09Z2024-08-122024-08-12T17:38:09Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/37255MEDEIROS, Gabriel Loureiro. Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia. 2024. 134 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2024-08-12T17:38:09Zoai:localhost:riufcg/37255Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512024-08-12T17:38:09Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false
dc.title.none.fl_str_mv Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
Optimal sizing of energy storage systems applied to hybrid power generation systems.
title Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
spellingShingle Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
MEDEIROS, Gabriel Loureiro.
Processamento de energia
Sistemas de armazenamento de energia por baterias (SAEB)
Dimensionamento ótimo
Sistemas híbridos de geração de energia (SHGE)
Geração eólica
Geração fotovoltaica
Otimização por enxame de partículas (PSO)
Fluxo de potência
Energy processing
Battery energy storage systems (SAEB)
Optimal sizing
Hybrid power generation systems (SHGE)
Wind generation
Photovoltaic generation
Particle swarm optimization (PSO)
Power flow
Engenharia Elétrica.
title_short Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
title_full Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
title_fullStr Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
title_full_unstemmed Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
title_sort Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia.
author MEDEIROS, Gabriel Loureiro.
author_facet MEDEIROS, Gabriel Loureiro.
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv SOUZA, Benemar Alencar de.
SOUZA, B. A.
http://lattes.cnpq.br/4987294390789975
BRITO , Nubia Silva Dantas.
MEDEIROS JÚNIOR , Manoel Firmino de.
dc.contributor.author.fl_str_mv MEDEIROS, Gabriel Loureiro.
dc.subject.por.fl_str_mv Processamento de energia
Sistemas de armazenamento de energia por baterias (SAEB)
Dimensionamento ótimo
Sistemas híbridos de geração de energia (SHGE)
Geração eólica
Geração fotovoltaica
Otimização por enxame de partículas (PSO)
Fluxo de potência
Energy processing
Battery energy storage systems (SAEB)
Optimal sizing
Hybrid power generation systems (SHGE)
Wind generation
Photovoltaic generation
Particle swarm optimization (PSO)
Power flow
Engenharia Elétrica.
topic Processamento de energia
Sistemas de armazenamento de energia por baterias (SAEB)
Dimensionamento ótimo
Sistemas híbridos de geração de energia (SHGE)
Geração eólica
Geração fotovoltaica
Otimização por enxame de partículas (PSO)
Fluxo de potência
Energy processing
Battery energy storage systems (SAEB)
Optimal sizing
Hybrid power generation systems (SHGE)
Wind generation
Photovoltaic generation
Particle swarm optimization (PSO)
Power flow
Engenharia Elétrica.
description Uma metodologia é apresentada para o dimensionamento ótimo de múltiplos Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias (SAEB) aplicados a Sistemas Híbridos de Geração de Energia (SHGE) com despacho centralizado, em sistemas interligados, com a avaliação de diferentes tecnologias de baterias. O objetivo principal consistiu em avaliar o dimensionamento ótimo, levando em conta o impacto na: flexibilidade operacional, prevenção do corte de geração (curtailment), dinâmica de fluxos de potência e intercâmbio de energia. Busca-se encontrar a capacidade de armazenamento que trará o máximo benefício marginal ao sistema. Para isso, é desenvolvido um algoritmo, que leva em conta as características da rede existente e suas cargas, os padrões de geração das fontes de energia e a operação dos SAEB. Para encontrar as soluções ótimas, são aplicados a heurística de Otimização por Enxame de Partículas (PSO) e para avaliação do sistema, o método de fluxo de carga por Newton-Raphson. Junto a isso, explora-se a integração de fontes intermitentes, tais como eólica e fotovoltaica, considerando as caraterísticas específicas de cada uma dessas fontes, para determinar o dimensionamento dos SAEB. É empregado séries históricas horárias, com dados de irradiância solar e à velocidade do vento, para a modelagem da geração, como também de demanda, com a aplicação dos dados do sistema Nordeste. Na análise dos estudos de casos, foram utilizados locais de geração na Bahia, Rio Grande do Norte e Ceará. Para a validação da metodologia proposta e os impactos do SAEB, foram criados três estudos de caso, utilizando os sistemas IEEE 14 e 30 barras. Foi possível realizar a avaliação, da aplicação dos diferentes indicadores nos resultados, da complementaridade entre SHGE em diferentes localidades e até mesmo indicar melhores pontos para a localização elétrica dos parques de geração e seus SAEB. A implementação da metodologia possibilitou uma análise detalhada da eficácia do SAEB na integração de redes, evidenciando uma significativa redução na flutuação de energia e um efeito de suavização notável, contribuindo para a estabilidade e eficiência operacional do sistema elétrico. Dentre as tecnologias avaliadas, a que se destaca, dentre as avaliadas, mostrou-se com melhor relação custo-benefício e permitindo a obtenção de benefícios marginais com capacidades superiores, sem necessariamente resultar em custos totais mais elevados. A estrutura, que leva em conta a flexibilidade operacional, além de evitar o curtailment e a dinâmica do sistema interconectado, oferece uma abordagem holística. Ademais, a metodologia apresentada se destaca como um importante recurso de análises, tanto de planejamento quanto de operação de sistemas, para enfrentar os desafios da integração de recursos de energias renováveis em sistemas de despacho centralizados.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-05-28
2024-08-12T17:38:09Z
2024-08-12
2024-08-12T17:38:09Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/37255
MEDEIROS, Gabriel Loureiro. Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia. 2024. 134 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.
url http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/37255
identifier_str_mv MEDEIROS, Gabriel Loureiro. Dimensionamento ótimo de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas híbridos de geração de energia. 2024. 134 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Campina Grande
Brasil
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
UFCG
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Campina Grande
Brasil
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
UFCG
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
instname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)
instacron:UFCG
instname_str Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)
instacron_str UFCG
institution UFCG
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)
repository.mail.fl_str_mv bdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.br
_version_ 1809744632868765696