Hidrogênio como sistema de armazenamento energético de fontes renováveis intermitentes no contexto de uma microrredes
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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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 %. |
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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). 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