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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-31032021-142449
Document
Author
Full name
Mateus Henrique Balan
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Ramos, Dorel Soares (President)
Morozowski Filho, Marciano
Rego, Erik Eduardo
Title in Portuguese
Alocação ótima de investimentos para fixação da composição de portfólios de fontes renováveis visando atendimento de pequenas localidades.
Keywords in Portuguese
Algoritmos genéticos
Análise de risco
Otimização estocástica
Planejamento energético
Sistemas elétricos de potência
Abstract in Portuguese
No Brasil ainda existem consumidores de energia não conectados ao Sistema Interligado Nacional, que compõem os assim chamados Sistemas Isolados. Esses sistemas estão localizados principalmente na Região Norte do País, onde questões de preservação ambiental e as grandes distâncias tornam inviável uma possível interligação com o Sistema Interligado Nacional. Como consequência, esses sistemas possuem como principal fonte de geração de eletricidade o emprego de pequenos geradores a Diesel, que apresentam altos custos logísticos no transporte do combustível e acarretam problemas econômicos e ambientais. Nesse contexto, o estudo de viabilidade econômica de investimento em fontes renováveis para suprimento dessas microrredes se apresenta oportuno, pois o crescente aumento das fontes renováveis dentro da matriz energética brasileira tem proporcionado o ganho de escala importante, desenvolvimento tecnológico, nacionalização da cadeia produtora e, assim, a diminuição significativa dos custos de instalação de diversas fontes outrora incipientes. Com isso, a utilização de fontes renováveis como a eólica e a solar fotovoltaica podem hoje, isoladamente ou através de associações com pequenas centrais hidroelétricas ou biogeradores, ou ainda sistemas de armazenamento, ser consideradas como alternativas economicamente viáveis para atendimento de pequenas cargas. As fontes renováveis como a eólica, a solar e a hídrica se destacam por serem ambientalmente mais adequadas e principalmente pelo fato de poderem operar de maneira conjunta, obtendo ganhos sinérgicos, para minimizar o custo total de atendimento a essas microrredes e trazendo benefícios econômicos às localidades. No contexto de melhorar o suprimento de microrredes remotas do ponto de vista do planejador e tomador de decisão do dimensionamento de novos investimentos, a metodologia apresentada visou: a modelagem das microrredes remotas em granularidade horária no horizonte de planejamento, mesmo que de forma simplificada, com intuito de representar sinergias horárias; a avaliação dos custos estocásticos de operação com implementação de métrica de risco; e a otimização dos investimentos em novas fontes geradorasatravés do emprego de técnicas de otimização evolutivas. A metodologia foi testada em aplicações variadas, mostrando-se flexível e coerente para representação dos problemas enfrentados pelas microrredes remotas, como definição de novos investimentos com risco do custo operacional controlado, e possibilidade de captura de sinergia melhorando a proporção das fontes renováveis. Por fim, no estudo de caso a metodologia foi empregada para reduzir o custo de uma microrrede remota com características típicas, obtendo reduções significativas e ainda calculando os investimentos necessários para o descomissionamento da geração termoelétrica local.
Title in English
Optimal investment allocation to supply energy to small remote systems with renewable energy portfolio.
Keywords in English
Evolutionary algorithms
Genetic algorithms
Investment analysis
Isolated systems
Microgrids
Optimization
Portfolio analysis
Abstract in English
In Brazil, there are still energy consumers not connected to the National Interconnected System, called Isolated Systems. These systems are located mainly in the North of the country, where environmental preservation issues and long distances make a possible interconnection with the National Interconnected System impracticable. Therefore, these systems have as their main source of electricity the use of small Diesel generators, which present high logistical costs in the transportation of fuel and cause economic and environmental problems. In this context, the economic feasibility study of investing in renewable sources to supply these micro-networks is opportune, since the increase in renewable sources within the Brazilian energy matrix has provided gains in scale, technological development, nationalization of the production chain and, thus, the significant decrease in the installation costs of several sources that were once incipient. With this, the use of renewable sources such as wind and photovoltaic solar can today, alone or through associations with small hydroelectric plants or bio generators, be considered as economically viable alternatives for serving small loads. Renewable sources such as wind, solar and hydro stand out for being more environmentally friendly and mainly for being able to operate together, obtaining synergistic gains, which could minimize the total supply cost these micro-networks, it could also bring economic benefits to the localities. In the context of improving the remote microgrids supply from the point of view of the planner and decision maker of new investments, the presented methodology aimed: the remote microgridsmathematical modeling in hourly granularity in the planning horizon, with intention to represent hourly synergies; the evaluation of stochastic operating costs with the implementation of risk metrics; and the optimization of investments in new generating sources through the use of evolutionary optimization techniques. The methodology was tested in various applications, showing itself to be flexible and coherent for representing the problems faced by remote micronetworks, such as the definition of new investments with the controlled risk, and the possibility of capturing synergy by improving the share of renewable sources. Finally, in the case study, the methodology was used to reduce the cost of a remote microgrid with typical characteristics, obtaining significant reductions and calculating the necessary investments for the decommissioning of the local thermoelectric generation.
 
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Publishing Date
2021-04-01
 
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