Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/85960
Title: METODOLOGIAS E TECNOLOGIAS PARA A INTEGRAÇÃO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS NO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO
Authors: Luz, Thiago José da 
Orientador: Moura, Pedro Manuel Soares
Keywords: Planeamento da Expansão da Geração / Power Generation Expansion Planning; Programação Multiobjectivo / Multi-objective Programming; Energias Renováveis / Renewable Energy Sources; Complementaridade entre Fontes e Regiões / Complementarity between sources and regions; Flexibilidade da Geração / Generation Flexibility
Issue Date: 26-Feb-2019
Keywords: Planeamento da Expansão da Geração / Power Generation Expansion Planning; Programação Multiobjectivo / Multi-objective Programming; Energias Renováveis / Renewable Energy Sources; Complementaridade entre Fontes e Regiões / Complementarity between sources and regions; Flexibilidade da Geração / Generation Flexibility
Issue Date: 26-Feb-2019
Abstract: O planeamento energético é fundamental para garantir o fornecimento de energia e a continuidade do abastecimento, pois é preciso definir à priori onde, quando e quais recursos deverão ser usados. Atualmente, devido às restrições ambientais, segurança energética e interesses políticos, o planeamento da expansão do sistema elétrico passou a envolver vários objetivos, sendo assim um problema multiobjectivo. Na COP21 o governo brasileiro assumiu o compromisso de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e de aumentar a participação das energias renováveis não-hídricas. Contudo, o último planeamento de longo prazo realizado pela Empresa de Pesquisa Energética não contempla esses objetivos. Para atender os objetivos internacionais para a descarbonização da matriz energética, será necessário aumentar a integração das energias renováveis intermitentes no sistema eletroprodutor, pelo que é preciso considerar a sua intermitência, variabilidade e imprevisibilidade. Na literatura são consideradas várias opções para compensar os desajustes entre a oferta e a procura, causados por essas fontes. No entanto, os benefícios da complementaridade têm sido pouco explorados no planeamento da expansão. Este trabalho apresenta um modelo multiobjectivo para o planeamento da expansão da geração, que pretende garantir o fornecimento futuro da energia elétrica, atendendo as metas do governo Brasileiro, proporcionando uma maior integração das energias renováveis intermitentes, reduzindo a dependência hídrica e considerando os benefícios da complementaridade. Através da caracterização dos dados meteorológicos da velocidade do vento, da radiação solar, do caudal dos rios e da produção de biomassa, foi possível encontrar diferentes perfis característicos de cada região. Dessa forma, definiram-se cinco regiões solares, quatro regiões eólicas e três regiões hídricas. Esta abordagem permitiu verificar a correlação e complementaridade que há entre fontes renováveis e regiões no território brasileiro, com correlações entre hídrica e eólica de 0,92 e correlações negativa (ou complementaridade) entre hídrica e biomassa de -0,96. A complementaridade entre fontes e regiões permitiu reduzir para metade o armazenamento de energia necessário. Atualmente, as hídricas têm dominado a produção de energia elétrica, com uma participação acima de 60%, tornando a matriz energética brasileira muito suscetível as secas. As projeções encontradas na literatura também continuam a explorar predominantemente o uso das hídricas, porém na metodologia proposta é possível aumentar a integração das fontes renováveis não-hídrica com cenários onde a geração de energia eólica ultrapassa a produção hídrica em 2050. É proposto um modelo final para mensurar o impacto do crescimento da energia fotovoltaica integrada em edifícios e a contribuição dos programas de eficiência energética e do uso de sistemas de baterias. É apresentado um cenário capaz de garantir três anos consecutivos de seca extrema em 2050, sem ser necessária a construção de novos reservatórios de grande porte, e com a participação de 15% de energia solar, 39,1% de energia eólica, 4,2% de biomassa, 40% de hidroeletricidade e 1,7 de gestão da procura.
Energy planning is essential to ensure the continuity of electricity supply, because it is necessary to define a priori where, when and what resources should be used. Nowadays, due to the increasing environmental, energy security and policy goals, the generation expansion planning began to involve multiple objectives, being thus a multi-objective problem. In COP21, Brazilian government has committed to reduce greenhouse gas emissions and increase the share of non-hydro renewable energy. However, the latest long-term planning prepared by the Energy Research Company does not considers such goals. In order to meet the international goals for the decarbonization of the energy matrix, it will be necessary to increase the integration of intermittent renewable energies into the power system, being necessary to consider their intermittency, variability and unpredictability. The literature presents several options to compensate the mismatch between demand and generation caused by the effects of the variability and randomness of intermittent renewable energy sources. However, the complementarity benefits have been neglected in generation expansion planning. This work presents a multi-objective model for generation expansion planning, which aims to guarantee the energy future, meeting Brazilian government goals, providing a larger integration of intermittent renewable energies, reducing water dependence and considering the complementarity benefits. It was possible to obtain different profiles to represent each region by the characterization of meteorological data of wind speed, solar radiation, river flows and biomass production. Therefore, five solar regions, four wind regions and three hydro regions were defined. This approach allowed to verify the correlations and complementarity that exists between renewable energy sources and regions in the Brazilian territory, with 0.92 of correlations between hydro and wind and -0.96 of negative (or complementarity) correlations between hydro and biomass. With the complementarity between renewable sources and regions it was possible to reduce to half the energy storage requirements. Currently, hydropower has dominated the electricity generation, with a share of over 60%, making the Brazilian energy matrix very vulnerable to droughts. The projections found in the literature also continue to predominantly exploit water use, but with the proposed methodology it was possible to increase the integration of non-hydro renewable sources with scenarios where wind power generation exceeds hydropower by 2050. A final model is proposed to measure the impact of the increasing use of building integrated photovoltaics and the contribution of energy efficiency programs and battery energy storage. A scenario able to guarantee three consecutive years of extreme drought in 2050 is presented, without the need of new large reservoirs, with 15% of solar energy, 39.1% of wind energy, 4.2% of biomass, 40% hydropower and 1.7 Demand-Side Management.
Description: Tese de doutoramento em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/85960
Rights: openAccess
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