Análise estatística da intermitência horária de fontes renováveis : um estudo de caso do estado da Bahia

Abstract

Fontes renováveis intermitentes de energia têm como características serem de difícil previsão e dependentes das condições meteorológicas. Além das variações diárias e sazonais da curva de geração, podem ocorrer altas variações da potência gerada em curtíssimo espaço de tempo, e a previsão da geração estimada não se concretizar. Quanto maior a inserção renovável, mais os sistemas elétricos devem ser capazes de operar com alta variabilidade. Partindo da situação apresentada, o presente trabalho busca, a partir de uma análise estatística, estudar as variações horárias da potência média de geração de usinas fotovoltaicas e eólicas localizadas no estado da Bahia. São analisadas 19 usinas eólicas e 3 usinas fotovoltaicas do estado em operação ao longo do intervalo de dois anos. Primeiramente, é encontrado o perfil médio das gerações a fim de compreender as variações padrões que podem existir. A intermitência é estudada a partir da variação horária da potência gerada entre um instante e outro, através de diagramas de caixas, histograma, curvas de duração e desvios padrão frente às médias. As variações horárias extremas atingiram 60% e 35% da potência instalada para a energia fotovoltaica e eólica, respectivamente. Porém, os extremos ocorrem em uma duração pequena da análise. Metade dos valores da variação horária fotovoltaica se encontram entre 0,0714 pu e -0,06112 pu, enquanto a variação horária eólica limitou-se a 0,0332 pu e -0,0287 pu. Muitas das variações que ocorrem não são previstas e apresentam grande amplitude. É importante compreender as possíveis variações a fim de planejar a expansão e operação do sistema, e garantir o devido fornecimento de energia elétrica em um sistema com altas inserções de fontes intermitentes de energia.

Intermittent renewable energy is characterized by being hard to predict and dependent of location and weather condition. Besides the daily and seasonal variation of the generation curve, this can result in a short-timed high variation of the power input. Therefore, the forecast of the generation curve may not materialize. Consequently, the higher the insertion of renewable energy, the more electric systems should be able to operate with high variability. Following the presented situation, this monography approaches, from a statistical analysis, the hourly changes in the average power output of both wind and photovoltaic energy based on power plants located in the state of Bahia, Brazil. 19 wind plants and 3 photovoltaic plants of the state in operation during the two years of data were analyzed. Firstly, the profile of the generation is found in order to comprehend the pattern of possible variations. Then, intermittence is studied from the hourly variation in the renewable energy, that is, the difference of power between one instant and the other, through boxplot, histogram, duration curve and standard deviation. The extrem hourly variation reached over 60% of the installed capacity of photovoltaic energy and 35% of wind energy. However, the extrems values happened in a small fraction of the analysed time. Half of the values of photovoltaic hourly power variation is between 0,0714 pu and – 0,0611 pu, meanwhile the Wind energy is between 0,0332 pu and -0,0287 pu. Most of the variations that happens are not predicted, therefore it is important to comprehend the variation that may occur in order to plan the expansion and operation of the system, ensuring the proper energy supply in a system with high variable generation.