Espaço de viabilidade: uma ferramenta para o desenvolvimento de novas tecnologias de energias renováveis

Abstract

O objetivo desta Tese é apresentar um espaço de viabilidade como uma meta a ser alçada por pesquisadores e gestores durante o desenvolvimento de uma nova tecnologia de geração ou de armazenamento de energia. Para tanto, utilizou-se o programa HOMER para as simulações, que é um modelo projetado para simular sistemas de energia de pequeno porte, mas que permite, também, a simulação de modelos mais robustos. Primeiramente, é demonstrado um novo estudo de simulação de um sistema híbrido de geração de energia para o litoral Norte do Rio Grande do Sul, com novos custos da energia da rede de distribuição, apresentando o espaço de viabilidade para uma tecnologia genérica de geração de energia de ondas do mar, que ainda se encontra em processo de consolidação. Após, é detalhado o método utilizado para simulação de sistemas híbridos de energia na busca pelo espaço de viabilidade, que compreende um domínio composto por conjuntos de valores de parâmetros chaves, os quais devem ser definidos durante o desenvolvimento de qualquer tecnologia de energias renováveis. Finalmente, é apresentada uma nova aplicação do método proposto, em um novo estudo de sistema híbrido de geração e armazenamento de energia para a barragem de Laranjeiras, localizada em Canela/RS, e com espaço de viabilidade focado para uma tecnologia de armazenamento de energia sob a forma de ar comprimido. Os resultados indicaram que, para as condições consideradas nas simulações, usinas de ondas serão viáveis para a energia da rede variando entre US$ 0,05/kWh e US$ 0,15/kWh, se puderem ser implementadas com custos entre US$ 616,01/kW e US$ 2.865,37/kW, respectivamente para eficiências entre 20% e 40%. Esses valores são extremamente baixos, comparáveis aos valores para alternativas já consolidadas, como energia hidrelétrica e eólica. Já para o sistema que inclui a usina de armazenamento com ar comprimido, a solução considerada ótima operou com um custo de energia de US$ 0,021/kWh e um custo de implementação de US$ 3.023.688,00. Portanto, essa forma de armazenamento permitiu reduzir o custo presente líquido total e o custo da energia gerada pelo sistema.

The aim of this thesis is to present a feasibility space as a goal to be achieved by researchers and managers during the development of a new energy generation or storage technology. For that, HOMER program was used for the simulations, which is a model designed to create and simulate small energy systems, but which also allows the simulation of more robust models. First, a new simulation study of a hybrid power generation system for the North coast of Rio Grande do Sul is demonstrated, with new energy costs from the distribution network, presenting the feasibility space for a generic sea wave power generation technology, which is still in the process of consolidation. Afterwards, the method used to simulate hybrid energy systems in the search for the feasibility space is detailed, which comprises a domain composed of sets of key parameter values, which must be defined during the development of any renewable energy technology. Finally, a new application of the proposed method is presented, in a new study of a hybrid energy generation and storage system for the Laranjeiras dam, located in Canela/RS, and with a feasibility space focused on an energy storage technology in the form of compressed air. The results indicated that, for the conditions considered in the simulations, wave plants will be viable for grid energy ranging from US$ 0.05/kWh to US$ 0.15/kWh, if they can be implemented with costs between US$ 616.01/kW and US$ 2,865.37/kW, respectively, for efficiencies between 20% and 40%. These values are extremely low, comparable to values for already established alternatives, such as hydroelectric and wind power. For the system that includes the compressed air storage plant, the solution considered optimal operated with an energy cost of US$ 0.021/kWh and an implementation cost of US$ 3,023,688.00. Therefore, this form of storage made it possible to reduce the total net present cost and the cost of energy generated by the system.