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Avaliação da viabilidade económica da renovação de parques de energia renovável com recurso a sistemas de armazenamento: caso de estudo do parque eólico do Paúl da Serra

Author(s): Araújo, José Diogo Verol de

Date: 2017

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/31262

Origin: Repositório da Universidade de Lisboa

Subject(s): Armazenamento de energia; Energia renovável; Deslocamento de energia; Custo nivelado do armazenamento de energia; Teses de mestrado - 2017; Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia; Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia; Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia


Description

A redução dos incentivos à produção renovável, e a correspondente entrada de centrais deste tipo em regime de mercado, acarreta mudanças e desafios na forma como os promotores destas centrais vêm os seus investimentos e ativos. Por um lado, desincentiva o investimento em novos parques de energia renovável e por outro lado os ativos existentes que vêm o fim das tarifas de incentivo podem decidir não continuar com a exploração das centrais. Existe uma preocupação crescente para aumentar a integração de energias renováveis, o que se torna uma dificuldade devido à falta de flexibilidade dos sistemas eletroprodutores para lidar com estes fluxos de energia elétrica. O presente trabalho visa estudar o armazenamento de energia renovável com o intuito de perceber o custo, através da metodologia do custo nivelado do armazenamento (LCOS), que esta tecnologia trará para os promotores das centrais renováveis. São apresentadas as aplicações que os sistemas de armazenamento de energia podem realizar para aumentar a penetração de energia renovável na rede elétrica. Com este propósito, neste estudo em concreto, analisou-se o custo de efetuar o deslocamento de energia eólica, produzida por uma turbina de 1,5 MW, utilizando diferentes tecnologias de armazenamento. O estudo foi dividido em 2 cenários: i) no primeiro, estima-se o custo para armazenar energia produzida pela turbina eólica nas horas de vazio, da ilha da Madeira, sendo injetada na rede nas horas de ponta; ii) o segundo cenário, estuda-se o armazenamento de energia para efetuar a sua venda nas horas de maior preço do mercado spot de 2013. Foi possível concluir que, para o primeiro cenário, as tecnologias de armazenamento mais viáveis são a hídrica com bombagem, o ar comprimido convencional e à superfície e as baterias de sódio enxofre e de brometo de zinco. Prevê-se que, para o ano de 2030, as tecnologias mais rentáveis serão o ar comprimido adiabático e diabático, e as baterias ácido chumbo e sódio enxofre. Para o segundo cenário, observa-se que a capacidade de geração de potência por unidade de energia armazenada de cada tecnologia é um parâmetro importante para a maximização do lucro efetuado pela venda de energia nas horas negociadas com preço mais elevado. No entanto, de acordo com o perfil de produção da turbina eólica, o máximo retorno que é possível obter é de 37 mil euros, com um sistema de 35 MWh e um tempo de descarga de 1 hora a 2 horas. O custo de armazenamento de energia neste modelo é mais elevado que no cenário 1, porque a quantidade de energia deslocada é menor, estando dependente de fatores como o preço e a eficiência do sistema.

A transition into a new paradigm of renewable energy production is occurring. There is a clear decrease in renewable energy production incentives and thus it is expected that this type of power plants will start to operate on the spot electricity market. This transition discourages the investment in new renewable power plants and the removal of the incentive fee for the existing actives may even lead them to decide not to continue in operation. Moreover, there is a concern to increase renewable energy integration in the electric grid, which is becoming more and more difficult because of the lack of flexibility of the electric energy systems due to the more complex power flow. This work aims to study renewable energy storage, in terms of understanding the costs that these technologies will represent for the renewable power plants promoters, using the levelized cost of storage (LCOS) method. Also, the different applications that energy storage systems can carry out to increase renewable energy penetration in the electric grid will be discussed. Considering this purpose, in this study, the cost for the shifting energy from a wind turbine of 1,5 MW was analyzed, using different storage technologies. The study was divided into two different scenarious: i) in the first scenario, the cost of storing energy produced in the off-peak hours of Madeira Island and the income from injecting it in the peak-hours was estimated; ii) in the second scenario, the highest profit that may result from this kind of energy time shift in the 2013 spot electricity market is estimated. It was concluded that, for the first scenario, the most feasible technologies are pumped hydro, conventional compressed air energy storage (both underground and above ground), sodium sulphur battery and the zinc bromine battery. For 2030, it is predictable that the most cost-effective technologies will be adiabatic and diabatic (conventional) compressed air energy storage and also lead acid and sodium sulphur batteries. For the second scenario, one can state that the energy storage capacity and the rated power for each technology is an important parameter for the maximization of the profits for selling energy during the highest value hours of the spot market. Nevertheless, according to the production profile of the wind turbine, the maximum financial return possible is 37 thousand euros, with a system of 35 MWh and a discharge time of 1 hour to 2 hours. The storage cost for this situation is higher than for the first one, since the amount of shifted energy is less, being dependent on parameters as spot price and system efficiency.

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017

Document Type Master thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Alves, Jorge Augusto Mendes de Maia, 1958-; Tavares, Aurélio Valente de Almeida
Contributor(s) Araújo, José Diogo Verol de
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