Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Diaz, Isnel Ubaque
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
Texto Completo: http://tede.unioeste.br/handle/tede/5601
Resumo: Hydrogen can be used as an Energy Storage System (ESS), mitigating the intermittency in the supply of electrical energy in a microgrid with high penetration of renewables sources, by allowing that surplus generation can be stored to be used later. Researches have pointed mainly on the design of H2-based components, such as electrolyzer and fuel cell, however few studies have addressed the problem of optimal selection and operation of the set of technologies needed for production, storage and end use of H2. In this work, a model for the optimal selection and operation of Distributed Energy Resources (DERs) is proposed, that allows assessing the feasibility of H2 insertion as an ESS in a microgrid compared to other technologies, taking in account technical, economic and environmental aspects. The optimization model is a mixed-integer linear type, implemented in GAMS, using as input data load profiles of real installation and parameters of commercially available technologies, as well as data of tariff structure currently practiced. The results showed economic and environmental benefits of DERs adoption in a microgrid, compared to the reference scenario where there is not investment and energy demand is entirely supplied by the utility. In the initial tests, the H2 insertion as an ESS showed an improvement in the energy management of intermittent sources, however, the high investment costs make infeasible its insertion in a microgrid, increasing the total annual cost by 2.3 %. When analyzing the impacts of environmental costs, changes in the tariff structure, the greater penetration of renewable generation, and the cost reduction of related technologies to H2 based ESS with the increase of production scale, the insertion of this technology became the best alternative, decreasing the total annual cost by 22.3 %.
id UNIOESTE-1_19c4d1e4a5a9ae8f00ccb154eae7298f
oai_identifier_str oai:tede.unioeste.br:tede/5601
network_acronym_str UNIOESTE-1
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
repository_id_str
spelling Lotero, Roberto Cayetanohttp://lattes.cnpq.br/2866486851342810Motter, Danielhttp://lattes.cnpq.br/2485951756714882Ferracin, Ricardo Joséhttp://lattes.cnpq.br/8318596780458442http://lattes.cnpq.br/0500641457652333Diaz, Isnel Ubaque2021-10-06T14:34:24Z2020-04-03Diaz, Isnel Ubaque. Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes. 2020. 86 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Foz do Iguaçu, 2021.http://tede.unioeste.br/handle/tede/5601Hydrogen can be used as an Energy Storage System (ESS), mitigating the intermittency in the supply of electrical energy in a microgrid with high penetration of renewables sources, by allowing that surplus generation can be stored to be used later. Researches have pointed mainly on the design of H2-based components, such as electrolyzer and fuel cell, however few studies have addressed the problem of optimal selection and operation of the set of technologies needed for production, storage and end use of H2. In this work, a model for the optimal selection and operation of Distributed Energy Resources (DERs) is proposed, that allows assessing the feasibility of H2 insertion as an ESS in a microgrid compared to other technologies, taking in account technical, economic and environmental aspects. The optimization model is a mixed-integer linear type, implemented in GAMS, using as input data load profiles of real installation and parameters of commercially available technologies, as well as data of tariff structure currently practiced. The results showed economic and environmental benefits of DERs adoption in a microgrid, compared to the reference scenario where there is not investment and energy demand is entirely supplied by the utility. In the initial tests, the H2 insertion as an ESS showed an improvement in the energy management of intermittent sources, however, the high investment costs make infeasible its insertion in a microgrid, increasing the total annual cost by 2.3 %. When analyzing the impacts of environmental costs, changes in the tariff structure, the greater penetration of renewable generation, and the cost reduction of related technologies to H2 based ESS with the increase of production scale, the insertion of this technology became the best alternative, decreasing the total annual cost by 22.3 %.O hidrogênio (H2) pode ser usado como Sistema de Armazenamento Energético (SAE), mitigando a intermitência no fornecimento de energia elétrica em uma microrrede com grande penetração de fontes renováveis, ao permitir que excedentes de geração possam ser armazenados para serem aproveitados posteriormente. As pesquisas na área têm apontado principalmente ao dimensionamento dos componentes do SAE baseado em H2, tais como eletrolisador e célula a combustível, no entanto poucos trabalhos têm abordado o problema de seleção e operação ótima do conjunto de tecnologias necessárias para a produção, armazenamento e uso final do H2. Neste trabalho é proposto um modelo de seleção e operação ótima de Recursos Energéticos Distribuídos (REDs) que permite avaliar a viabilidade da inserção do H2 como SAE em uma microrrede em relação a outras tecnologias, levando em consideração aspectos técnicos, econômicos e ambientais. O modelo de otimização é de tipo linear inteiro-misto e implementado em GAMS, usando como dados de entrada curvas de demanda de instalações reais e parâmetros de tecnologias disponíveis comercialmente, assim como dados de estrutura tarifária praticados atualmente. Nos resultados foram observados benefícios econômicos e ambientais da adoção de REDs em uma microrrede, em relação ao cenário de referência em que não há nenhum investimento e a demanda energética é suprida na sua totalidade pela distribuidora. Nos testes iniciais a inserção de H2 como SAE mostrou uma melhora na gestão energética das fontes intermitentes, porém, os altos custos de investimento inviabilizam sua inserção em uma microrrede, aumentando o custo total anual em um 2,3 %. Quando analisados os impactos dos custos ambientais, de mudanças na estrutura tarifária, da maior penetração de geração renovável e da redução de custos das tecnologias referentes ao SAE baseado em H2 com o aumento da escala de produção, a inserção desta tecnologia tornou-se a melhor alternativa, diminuindo o custo total anual em um 22,3 %.Submitted by Katia Abreu (katia.abreu@unioeste.br) on 2021-10-06T14:34:24Z No. of bitstreams: 2 Isnel_Ubaque_Diaz_2020.pdf: 1768516 bytes, checksum: 551749c66f9182a057c7b466c7f29520 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)Made available in DSpace on 2021-10-06T14:34:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Isnel_Ubaque_Diaz_2020.pdf: 1768516 bytes, checksum: 551749c66f9182a057c7b466c7f29520 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2020-04-03application/pdfpor8774263440366006536500Universidade Estadual do Oeste do ParanáFoz do IguaçuPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e ComputaçãoUNIOESTEBrasilCentro de Engenharias e Ciências Exatashttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessHidrogênioSistema de armazenamento energéticoMicrorredeRecursos energéticos distribuídosOtimizaçãoHydrogenEnergy storage systemMicrogridDistributed energy resourcesOptimizationENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIAHidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredesHydrogen as an energy storage system for intermittent renewable sources in the context of a microgridinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis-1040084669565072649600600600-7734402124082146922546452824502803468reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTEinstname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)instacron:UNIOESTEORIGINALIsnel_Ubaque_Diaz_2020.pdfIsnel_Ubaque_Diaz_2020.pdfapplication/pdf1768516http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/5/Isnel_Ubaque_Diaz_2020.pdf551749c66f9182a057c7b466c7f29520MD55CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; charset=utf-849http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_texttext/html; charset=utf-80http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-80http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82165http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/1/license.txtbd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468MD51tede/56012021-10-06 11:34:24.996oai:tede.unioeste.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.unioeste.br/PUBhttp://tede.unioeste.br/oai/requestbiblioteca.repositorio@unioeste.bropendoar:2021-10-06T14:34:24Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)false
dc.title.por.fl_str_mv Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Hydrogen as an energy storage system for intermittent renewable sources in the context of a microgrid
title Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
spellingShingle Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
Diaz, Isnel Ubaque
Hidrogênio
Sistema de armazenamento energético
Microrrede
Recursos energéticos distribuídos
Otimização
Hydrogen
Energy storage system
Microgrid
Distributed energy resources
Optimization
ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
title_short Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
title_full Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
title_fullStr Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
title_full_unstemmed Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
title_sort Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
author Diaz, Isnel Ubaque
author_facet Diaz, Isnel Ubaque
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Lotero, Roberto Cayetano
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2866486851342810
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Motter, Daniel
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2485951756714882
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Ferracin, Ricardo José
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8318596780458442
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0500641457652333
dc.contributor.author.fl_str_mv Diaz, Isnel Ubaque
contributor_str_mv Lotero, Roberto Cayetano
Motter, Daniel
Ferracin, Ricardo José
dc.subject.por.fl_str_mv Hidrogênio
Sistema de armazenamento energético
Microrrede
Recursos energéticos distribuídos
Otimização
topic Hidrogênio
Sistema de armazenamento energético
Microrrede
Recursos energéticos distribuídos
Otimização
Hydrogen
Energy storage system
Microgrid
Distributed energy resources
Optimization
ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
dc.subject.eng.fl_str_mv Hydrogen
Energy storage system
Microgrid
Distributed energy resources
Optimization
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
description Hydrogen can be used as an Energy Storage System (ESS), mitigating the intermittency in the supply of electrical energy in a microgrid with high penetration of renewables sources, by allowing that surplus generation can be stored to be used later. Researches have pointed mainly on the design of H2-based components, such as electrolyzer and fuel cell, however few studies have addressed the problem of optimal selection and operation of the set of technologies needed for production, storage and end use of H2. In this work, a model for the optimal selection and operation of Distributed Energy Resources (DERs) is proposed, that allows assessing the feasibility of H2 insertion as an ESS in a microgrid compared to other technologies, taking in account technical, economic and environmental aspects. The optimization model is a mixed-integer linear type, implemented in GAMS, using as input data load profiles of real installation and parameters of commercially available technologies, as well as data of tariff structure currently practiced. The results showed economic and environmental benefits of DERs adoption in a microgrid, compared to the reference scenario where there is not investment and energy demand is entirely supplied by the utility. In the initial tests, the H2 insertion as an ESS showed an improvement in the energy management of intermittent sources, however, the high investment costs make infeasible its insertion in a microgrid, increasing the total annual cost by 2.3 %. When analyzing the impacts of environmental costs, changes in the tariff structure, the greater penetration of renewable generation, and the cost reduction of related technologies to H2 based ESS with the increase of production scale, the insertion of this technology became the best alternative, decreasing the total annual cost by 22.3 %.
publishDate 2020
dc.date.issued.fl_str_mv 2020-04-03
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-10-06T14:34:24Z
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.citation.fl_str_mv Diaz, Isnel Ubaque. Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes. 2020. 86 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Foz do Iguaçu, 2021.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://tede.unioeste.br/handle/tede/5601
identifier_str_mv Diaz, Isnel Ubaque. Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes. 2020. 86 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Foz do Iguaçu, 2021.
url http://tede.unioeste.br/handle/tede/5601
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.program.fl_str_mv -1040084669565072649
dc.relation.confidence.fl_str_mv 600
600
600
dc.relation.department.fl_str_mv -7734402124082146922
dc.relation.cnpq.fl_str_mv 546452824502803468
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Foz do Iguaçu
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação
dc.publisher.initials.fl_str_mv UNIOESTE
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Engenharias e Ciências Exatas
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Foz do Iguaçu
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron:UNIOESTE
instname_str Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron_str UNIOESTE
institution UNIOESTE
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
bitstream.url.fl_str_mv http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/5/Isnel_Ubaque_Diaz_2020.pdf
http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/2/license_url
http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/3/license_text
http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/4/license_rdf
http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5601/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 551749c66f9182a057c7b466c7f29520
4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2f
d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
bd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.repositorio@unioeste.br
_version_ 1801124581032853504