Contribuições ao estudo de sistemas híbridos de geração e armazenamento de energia

Abstract

Barragens para abastecimento de água geralmente representam um potencial hidrelétrico inexplorado. É um pequeno potencial energético, na maioria das situações, exigindo uma solução particular para ser viável. O uso de bombas como turbinas, muitas vezes representa uma alternativa que permite a geração de energia em estruturas hidráulicas já em operação. Esse potencial pode ser explorado em conjunto com a utilização módulos fotovoltaicos na superfície da água, instalados em estruturas flutuantes, contribuindo para reduzir a evaporação e disponibilizando um acréscimo de energia, operando um sistema híbrido hidrelétrico fotovoltaico. A viabilidade do aproveitamento pode ser melhorada com a adoção de sistemas de armazenamento de energia. Este trabalho apresenta um estudo de pré-viabilidade para a implementação de uma usina hidrelétrica com módulos fotovoltaicos em estruturas flutuantes no reservatório formado pela barragem de Val de Serra, no sul do Brasil. A barragem é operada para fornecer água potável a cerca de 60% da população da cidade de Santa Maria, no estado do Rio Grande do Sul, no sul do Brasil. O estudo de préviabilidade realizado com o software Homer Legacy, indicou que uma usina hidrelétrica com capacidade de 227 kW pode operar em conjunto com 60 kWp de módulos fotovoltaicos, atendendo uma demanda média anual de 7 000 kWh por dia. Este combinação resultará (em uma das configurações consideradas), em um custo de energia de US$ 0,080 por kWh. O estudo avalia a variação do custo de energia em função das várias configurações estudadas. Adicionalmente, buscando suprimentos 100% renováveis, uma combinação de 370 kWp em painéis fotovoltaicos e 227 kW para a usina hidrelétrica, com armazenamento de energia no reservatório de Val de Serra, permitirá a operação independente do sistema interligado. A configuração com 537 kWp em painéis fotovoltaicos e 227 kW para a usina hidrelétrica permitirá elevar a carga média anual atendida para 7 500 kWh por dia, e com 745 kWp em painéis fotovoltaicos e 227 kW para a hidrelétrica, com armazenamento híbrido no reservatório e em hidrogênio, permitirão atender 7.900 kWh por dia.

Dams for water supply generally represent untapped hydroelectric potential. It is a small energy potential, in most situations, requiring a particular solution to be viable. The use of pumps as turbines often represents an alternative that allows the generation of energy in hydraulic structures already in operation. This potential can be exploited in conjunction with the use of photovoltaic modules on the water surface, installed in floating structures, helping to reduce evaporation and providing an increase in energy, operating a photovoltaic hydroelectric hybrid system. The feasibility of exploitation can be improved with the adoption of energy storage systems. This work presents a pre-feasibility study for the implementation of a hydroelectric plant with photovoltaic modules in floating structures in the reservoir formed by the Val de Serra dam, in southern Brazil. The dam is operated to supply drinking water to around 60% of the population of the city of Santa Maria, in the state of Rio Grande do Sul, in southern Brazil. The pre-feasibility study carried out with the Homer Legacy software indicated that a hydroelectric plant with a capacity of 227 kW can operate together with 60 kWp of photovoltaic modules, meeting an average annual demand of 7,000 kWh per day. This combination will (in one of the considered configurations) result in an energy cost of US$0.080 per kWh. The study evaluates the variation in energy costs as a function of the various configurations studied. Additionally, seeking 100% renewable supplies, a combination of 370 kWp in photovoltaic panels and 227 kW for the hydroelectric plant, with energy storage in the Val de Serra reservoir, will allow the independent operation of the interconnected system. The configuration with 537 kWp in photovoltaic panels and 227 kW for the hydroelectric plant will allow the average annual load served to rise to 7,500 kWh per day, and with 745 kWp in photovoltaic panels and 227 kW for the hydroelectric plant, with hybrid storage in the reservoir and in hydrogen, will allow serving 7,900 kWh per day.