Optimização de um sistema híbrido off-grid PV, Gerador Diesel e Baterias

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Os sistemas híbridos são sistemas que têm duas ou mais fontes de energia e são capazes de combinar as vantagens de diferentes tecnologias de conversão e armazenamento de energia. Para cada situação existe uma solução distinta e, de acordo com os objectivos pretendidos, a optimização do sistema eléctrico apresenta a que melhor se adequa ao problema em questão. No caso particular das regiões remotas, onde o acesso à electricidade é limitado, a optimização de sistemas híbridos que possam ser autossuficientes e pouco poluentes pode ser a resposta. A metodologia desenvolvida neste trabalho centrou-se na optimização de um sistema híbrido que combina a tecnologia solar fotovoltaica, gerador a diesel e baterias, aplicada a um caso de estudo de 100 casas sem acesso à electricidade em Léua, Angola. As consequências negativas na economia angolana da queda do preço do diesel, aliadas às intenções do governo angolano em aumentar as suas taxas de electrificação de 30% para 60% até 2020, favorecem a implementação de sistemas como o que está em estudo. Com base num pré-dimensionamento, a utilização do software de simulação HOMER permite optimizar o sistema híbrido off-grid e compará-lo com maior pormenor a diferentes tipos de arquitecturas. A análise de sensibilidade também permite avaliar o efeito de factores externos, como o preço do diesel ou o consumo energético anual estimado, no desempenho do sistema e como as diferentes arquitecturas podem ser mais ou menos vantajosas dependendo dos pressupostos considerados. Por fim, realizou-se uma análise financeira com o intuito de avaliar com maior detalhe a viabilidade económica do projecto. Os resultados suportam a hipótese de que os sistemas híbridos são mais eficientes tanto a nível económico como técnico. Devido ao longo tempo de vida destes projectos, as poupanças de combustível geradas compensam os custos de capital inicial mais elevados inerente a este tipo de sistemas.

Hybrid systems are systems that have two or more energy sources and that are able to combine the advantages of different energy conversion and storage technologies. For each situation there is a different solution and, depending on the intended objectives, the optimization of an electrical system presents the one that fits the problem at hand the best. In the particular case of remote areas, where access to electricity is limited, the optimization of hybrid systems that can be autossufficient and less poluent can be the answer. The developed methodology in this thesis centers itself on the optimization of an hybrid system that combines the photovoltaic technology, diesel generator and batteries, applied to a case study of 100 houses without access to electricity in Léua, Angola. The negative consequences of the diesel price fall in the Angolan economy, allied to the government intentions of rising electrification rates from 30% to 60% by 2020, favor the implementation of systems like the one on this study. Based on a pre-dimensioning, the use of the simulation software HOMER allows us to optimize the off-grid hybrid system and do a more detailed comparison to different arquitecture types. The sensibility analysis also allows us to evaluate the effect of external factors, such as the diesel price or the electrical energy annual consumption, on the system performance and as the different arquitectures can be more or less advantageous depending on the assumptions. Finally, a finantial analysis was carried out with the purpose of evaluating with more detail the economic viability of the project. The results support the hypothesis that hybrid systems are more technic and cost-efficient. Due to the long life cycle of these projects, the fuel savings compensate the high initial capital costs that are common for these types of systems.