Evaluation of load control options for large-scale integration of intermittent renewable generation in the portuguese network

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO aumento do uso de fontes de energia renováveis, que se verifica atualmente, tem um impacto positivo a nível ambiental. No entanto, a maioria destas fontes são intermitentes, tendo a sua geração uma elevada variabilidade ao longo do tempo. Devido à elevada penetração da energia eólica e hídrica em Portugal, surgem excessos de geração em certas horas do dia. Adicionalmente, devido à variabilidade do vento, ocorrem também variações bruscas de geração, que por vezes, devido à dificuldade de prever o comportamento desta fonte, estão associadas a elevados erros de previsão. Nesta dissertação, pretendeu-se avaliar o impacto potencial da utilização de medidas de Demand Response, aplicadas aos sectores dos serviços e residencial, de forma a reduzir os excessos de geração. Para tal, foram escolhidos os diagramas de carga em que existia um maior excesso de geração, e em função desses diagramas fez-se uma alteração dos consumos residencial, nas máquinas de lavar e secar, nas quais se pode alterar o horário de funcionamento, e no consumo dos sistemas climatização, que podem ser interrompidos. No sector dos serviços, efetuou-se o pré-aquecimento dos edifícios. Com estas estratégias, conseguiu-se diminuir os excessos, aumentando o consumo nesses horários, e diminuindo o consumo em horas em que o excesso era menor ou inexistente, conseguindo-se assim reduzir também as emissões de CO2 associadas à utilização das centrais de carvão e de gás natural.Para diminuir o impacto que a variação brusca de geração eólica tem no sistema, assim como o erro de previsão que lhe está associado, optou-se por adaptar os diagramas de consumos residencial, e do aquecimento no sector dos serviços, à geração eólica. Diminui-se assim os consumos nos horários em que a geração começa a diminuir de forma mais acentuada, com o objetivo de dar tempo ao sistema para se adaptar à variação da geração.Com a aplicação destas medidas, num cenário de elevada utilização fontes renováveis intermitentes o uso de fontes de energia fóssil pode ser reduzido, e aumenta-se a fiabilidade do sistema.Para diminuir o impacto que a variação brusca de geração eólica tem no sistema, assim como o erro de previsão que lhe está associado, optou-se por adaptar os diagramas de consumos residencial, e do aquecimento no sector dos serviços, à geração eólica. Diminui-se assim os consumos nos horários em que a geração começa a diminuir de forma mais acentuada, com o objetivo de dar tempo ao sistema para se adaptar à variação da geração.Com a aplicação destas medidas, num cenário de elevada utilização fontes renováveis intermitentes o uso de fontes de energia fóssil pode ser reduzido, e aumenta-se a fiabilidade do sistema.The increased use of renewable energy sources, which is actually verified, has a positive impact on the environmental protection. However, most of these sources are intermittent, having its generation a high variability over time. Due to the high penetration of wind and hydropower in Portugal, there are a generation surplus during certain periods of time. In addition, due to the wind variability there are also quick changes on the generation level, which, due to the difficulty of forecasting the behavior of this source, are associated with high forecast errors.The propose of this thesis is to assess the potential impact of the use of Demand Response measures applied to the services and residential sectors, in order to reduce the generation surplus. Therefore, the energy consumption and generation diagrams with a higher generation surplus were selected, and depending on these diagrams a change of residential consumption was made, on washing and dryers machines, changing the operation period, and on the consumption of air conditioning systems, which may be interrupted. In the services sector, the pre-heating of buildings was made. With these strategies, the generation surplus was reduced by increasing the consumption in such periods, and decreasing consumption in periods with a smaller or non-existent surplus. The CO2 emissions associated with the use of coal and natural gas power plants were also reduced.To reduce the impact of the quick reductions of the wind power generation on the system, as well as to compensate the forecasting errors associated with it, the residential consumption diagrams and the heating diagrams of the service sector were adapted to the wind generation variation. It was therefore reduced the demand in periods when the generation starts to sharply decrease, in order to give time to adapt the system for the generation variation.With the implementation of these measures, in a scenario of large scale penetration of intermittent renewable sources, the use of fossil energy sources can be reduced, and the system reliability can be increased.To reduce the impact of the quick reductions of the wind power generation on the system, as well as to compensate the forecasting errors associated with it, the residential consumption diagrams and the heating diagrams of the service sector were adapted to the wind generation variation. It was therefore reduced the demand in periods when the generation starts to sharply decrease, in order to give time to adapt the system for the generation variation.With the implementation of these measures, in a scenario of large scale penetration of intermittent renewable sources, the use of fossil energy sources can be reduced, and the system reliability can be increased