Integração de sistemas de armazenamento de energia para suporte às usinas eólicas

Publicado em Publicado em14 de setembro de 2017
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Patrick Campos

Estagiário na ABAQUE - Associação Brasileira de Armazenamento e Qualidade de Energia

O Brasil é um país que se baseou, historicamente, em duas principais fontes energéticas: a hidrelétrica, predominante e prioritária, e a termoelétrica, auxiliando na geração e regulação do sistema, porém com um custo elevado e ambientalmente desfavorável. Por esse motivo, a expansão da energia eólica no Brasil surge a partir da necessidade de diversificação das fontes energéticas do país para que este fique menos suscetível a crises no setor e também gere menos impactos ao meio ambiente.

Embora a produção de energia elétrica a partir dos ventos seja pouco representativa no Brasil, ela apresenta uma evolução perceptível no setor elétrico nacional nos últimos anos, como pode ser visto na imagem ao lado. De 2015 para 2016 houve um crescimento de 54,9%, enquanto que no período de 2007 a 2016 o crescimento quase atingiu a marca de 5.000%. Em 2014, segundo dados do Governo Federal, o Brasil ultrapassou a Alemanha no que se refere à expansão da energia eólica, atingindo o segundo lugar mundial, atrás apenas da China.

A demanda global de energia aumenta muito rápido e empurra o mundo para uma busca de novas fontes de energia e alternativas. A energia eólica é uma escolha preferível devido às suas várias vantagens, como facilidade de construção e disponibilidade tecnológica. Entretanto, a alta penetração de fontes eólicas tem impactos significativos na estabilidade e confiabilidade do sistema devido às características intermitentes e incertas da velocidade do vento.

Um dos problemas que o sistema elétrico enfrenta devido a essa intermitência da geração eólica, principalmente em centros consumidores próximos aos parques eólicos, é a flutuação de tensão quando ocorre uma variação da geração. Uma perda de geração de uma usina eólica causará por alguns instantes um abaixamento de tensão até que o sistema volte ao equilíbrio. Isso se deve ao fato de que, considerando um curto espaço de tempo, a carga consumidora continuará constante, porém a potência fornecida pela rede é reduzida. Desse modo, a tensão diminui até que o sistema entre em equilíbrio e volte a fornecer a potência demandada pela carga (De forma grosseira, P=V²/R, quando P abaixa por alguns instantes e R é constante, a tendência é V cair). Algumas vezes essa flutuação de tensão pode ser imperceptível para os consumidores em geral, entretanto a variação da tensão nominal de operação, por mais curta que seja, pode ser crucial para alguns processos industriais ou até mesmo para aparelhos eletrônicos, reduzindo sua vida útil.

Uma alternativa para tal problema é a inserção de um Sistema de Armazenamento de Energia (SAE) integrado ao parque eólico para regular a saída de potência, como representado na figura abaixo.

Conceitualmente, o projeto consiste em um parque eólico e um SAE como um sistema agregado. Normalmente a potência do parque eólico é direcionado diretamente para o grid, porém quando o fornecimento for maior que a demanda, o excesso será armazenado no SAE. Quando o fornecimento de energia for menor que a demanda, o SAE libera energia para compensar esse déficit, amenizando assim, a variação de fornecimento de potência para o grid, evitando flutuações bruscas de tensão.

Para representar e testar a solução apresentada acima, foram feitas simulações computacionais. Os resultados serão demonstrados a seguir:

O modelo apresentado a seguir contém 15 barras, sendo uma barra slack. A barra 15 contém um parque eólico capaz de gerar 30 MW. Na barra 10 foi inserido um Sistema de Armazenamento de Energia capaz de fornecer uma potência de 10MW. Cada uma das outras barras apresenta uma carga que varia de 6 a 10 MW. Na simulação será apresentada a tensão em cada uma das barras logo após a perda de geração eólica, sendo que na primeira figura o SAE não está em operação, e na segunda figura o SAE é utilizado para equilibrar o sistema.

A partir das figuras foi possível observar que com a inserção de um SAE (segunda figura) conseguiu equilibrar as tensões nas barras dos sistemas, evitando um abaixamento considerável como pôde ser percebido na primeira figura.

Em outro caso, pode ser visto a diferença da flutuação de tensão em um período de 15 segundos, com e sem SAE conectados ao parque eólico. Observa-se que, em diferentes casos, o Sistema de Armazenamento de Energia harmoniza a tensão, reduzindo a flutuação comparados somente a geração eólica.

Sendo assim, conclui-se que a inserção de um Sistema de Armazenamento de Energia é de extrema importância para a regulação do grid, e sem dúvidas, necessário para o crescimento e desenvolvimento das energias renováveis.