Análise técnica de um sistema de armazenamento de energia elétrica produzida por fontes renováveis utilizando sistemas de baterias e células a combustível a hidrogênio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Riedel, Vitor Feitosa, 1991-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639916
Resumo: Orientadores: Ennio Peres da Silva, Demóstenes Barbosa da Silva
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Colocadas em destaque para que essas metas sejam alcançadas, as tecnologias de energia renovável proporcionam uma fonte de energia durável e segura, com potencial para abastecer a todos com eletricidade e biocombustíveis, promovendo desenvolvimento econômico, tecnológico e social dos países. No entanto, os períodos intermitentes da disponibilidade de geração de energia são comuns quando se lida com recursos renováveis. Diante deste cenário, vários estudos comprovam a existência na aceleração em pesquisas e desenvolvimento de sistemas para armazenamento de energia elétrica (SAEE), que podem superar essa barreira. Dentre as tecnologias de armazenamento em estudo, com o intuito de minimizar o problema da intermitência das fontes renováveis, uma que vem mostrando ter um grande potencial de aplicabilidade é o uso de hidrogênio como vetor energético, pela flexibilidade de sua aplicação em praticamente todos os setores energéticos. No Brasil, importantes ações têm sido fomentadas com a participação do governo federal, em que se destaca a Chamada de Pesquisa e Desenvolvimento Estratégico N° 21/2016 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que visa alcançar um custo competitivo das tecnologias de armazenamento integradas no Sistema Interligado Nacional (SIN). Neste sentido, a Companhia Energética de São Paulo (CESP) vem desenvolvendo projeto na usina hidrelétrica de Porto Primavera, também conhecida por Usina Sérgio Motta, localizada na cidade de Rosana, nas margens do rio Paraná, estado de São Paulo. A companhia instalou plantas solares em terra e flutuante na represa, duas torres eólicas e está iniciando projetos inovadores com energia termossolar e armazenamento com hidrogênio. O projeto de armazenamento de energia elétrica fará uso de um banco de baterias com capacidade de armazenamento de 500 kWh ou 1.800 MJ e um sistema de hidrogênio composto por um eletrolisador que consome 116 kW de energia elétrica, capaz de produzir 20 Nm³ por hora, um tanque de 26,6 m³ de volume e pressão máxima de operação de 25 bar, além de um conjunto de células a combustível capaz de prover 100 kW de energia elétrica, consumindo 70 Nm³ por hora. Ambos os sistemas de armazenamento de energia elétrica utilizarão energia fornecida pela planta solar fotovoltaica de 401 kWp instalada pela CESP. O propósito dessa pesquisa constitui na realização de um estudo do desempenho técnico dos sistemas de armazenamento de energia elétrica conectados à rede elétrica por meio de baterias e hidrogênio, fazendo um comparativo dos dados obtidos na literatura com os dados do projeto adquirido. Através da análise dos resultados foi possível chegar à conclusão que os equipamentos do sistema adquirido possuem eficiência similar à encontrada pelos equipamentos da literatura, com uma eficiência global do sistema de armazenamento de hidrogênio de 24,6% e 95% para o banco de bateriasAbstract: The Twenty-First Conference of the Parties (COP-21), held in Paris in the year 2015, set out key targets for decarbonization and actions to combat climate change. Put in the spotlight for these goals to be achieved, renewable energy technologies provide a durable and secure source of energy with the potential to supply everyone with electricity and biofuels, promoting economic, technological and social development in the countries. However, intermittent periods of power generation availability are common when dealing with renewable resources. Given this scenario, several studies prove the existence in research and development of systems for the storage of electricity (SAE), which can overcome this barrier. Among the storage technologies under study, in order to minimize the problem of the intermittence of renewable sources, one that has been shown to have a great applicability potential is the use of hydrogen as an energy carrier, by the flexibility of its application in practically all the energy sectors. In Brazil, important actions have been fostered with the participation of the federal government, in which ANEEL's Call for Strategic Research and Development N ° 21/2016 stands out, aiming to achieve a competitive cost of the storage technologies integrated in Brazil's National Interconnected System (SIN). With this intent, Companhia Energética de São Paulo (CESP) has been developing a project at the Porto Primavera hydroelectric plant, also known as Sérgio Motta Power Plant, located in the city of Rosana, on the Paraná River, in the state of São Paulo. The company has installed solar power plants onshore and floating on the hydropower plant lake two wind turbines and is initiating innovative projects with thermosolar energy and storage with hydrogen. The energy storage project will make use of a battery bank with a storage capacity of 500 kWh (kilowatt-hours) or 1,800 MJ (megajoules) and a hydrogen system composed of an electrolyzer that consumes 116 kW (kilowatts) of energy capable of producing 20 Nm³ (normal-cubic meter) per hour, a tank of 26.6 m³ volume and maximum operating pressure of 25 bar plus a set of fuel cells capable of providing 100 kW of electricity, consuming 70 Nm³ per hour. Both electric energy storage systems will use energy supplied by a 401 kWp solar power plant installed by CESP. The purpose of this research is to carry out a study of the technical performance of the electrical energy storage systems connected to the grid by means of batteries and hydrogen, comparing data obtained in the literature with data of the acquired project. Through the analysis of the results it was possible to conclude that the equipment of the acquired system has an efficiency similar to that found by the equipment of the literature, with an overall efficiency of the hydrogen storage system of 24.6% and 95% for the battery packMestradoPlanejamento de Sistemas EnergéticosMestre em Planejamento de Sistemas Energéticos[s.n.]Silva, Ennio Peres da, 1956-Silva, Demóstenes Barbosa daCavaliero, Carla Kazue NakaoCamargo, João CarlosUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRiedel, Vitor Feitosa, 1991-20192019-08-12T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (107 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639916RIEDEL, Vitor Feitosa. Análise técnica de um sistema de armazenamento de energia elétrica produzida por fontes renováveis utilizando sistemas de baterias e células a combustível a hidrogênio. 2019. 1 recurso online (107 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639916. 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