Integrated alternatives for more sustainable isolated electric systems - The Porto Santo case

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA disseminação da geração distribuída nos sistemas de energia elétrica é aos dias de hoje uma realidade. Este fenómeno está relacionado com a crescente procura de energia elétrica, com o desenvolvimento tecnológico ao longo dos últimos anos da geração dispersa que lhe permite competir com a tradicional geração centraliza e com questões ambientais.A operação de sistemas de energia elétrica com elevada penetração de geração distribuída, especialmente em sistemas de mais reduzida dimensão e com ausência de interligação, é mais complexa devido à maior dificuldade em manter o equilíbrio entre geração e procura. Na busca de soluções para este problema surgiram as micro-redes, definidas como uma tecnologia que agrega todos os seus componentes numa unidade singular controlável o que facilita o equilíbrio entre geração e procura através de uma gestão local otimizada de recursos.O presente trabalho foi elaborado no âmbito da Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, lecionada no Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, no ano letivo 2017/2018, tendo com objetivo de analisar alternativas integradas para sistemas isolados mais sustentáveis. Para tal, foi necessário recorrer a uma ferramenta de simulação computacional, o software computacional Homer Pro. Esta ferramenta permitiu a parametrização do sistema elétrico da ilha do Porto Santo, escolhido por se tratar de um sistema insular de pequenas dimensões e sem interligação a outros sistemas. Tal parametrização permitiu avaliar o impacto do reforço da geração renovável dispersa num sistema de energia elétrica com tais características. Após a análise dos resultados obtidos verificou-se um aumento muito significativo no excesso de geração de energia, causado pelo desequilíbrio entre a geração e a procura. Como solução do problema foram propostas duas abordagens, a primeira foi a identificação de recursos no lado da procura através da implementação de carga deferível, a segunda abordagem passou pela introdução de armazenamento de energia, tendo sido testadas três tecnologias diferentes. Após a análise dos resultados obtidos, verificou-se uma melhor adequação entre os perfis de geração e de carga, conduzindo a menores valores de excesso de geração. Assim, este trabalho permitiu concluir que uma abordagem baseada em micro-redes pode facilitar a exploração e funcionamento de sistema de energia elétrica, com características idênticas às do sistema do Porto Santo.Nowadays the dissemination of distributed generation in electric power systems is a reality. This phenomenon is associated with the increasing demand for electric power, with the technological development over the last years of the dispersed generation that allows it to compete with the traditional centralized generation and with environmental issues.The operation of electricity systems with high penetration of distributed generation, especially in systems of smaller size and lack of interconnection, is more complex due to the greater difficulty in maintaining the balance between generation and demand. By searching for solutions to this problem microgrids have emerged, defined as a technology that aggregates all its components into a single controllable unit, which facilitates the balance between generation and demand through optimized local management of resources.The present work was elaborated in the scope of the Dissertation of Integrated Masters Degree in Electrotechnical Engineering and of Computers, taught in the Department of Electrical and Computer Engineering of the Faculty of Sciences and Technology of the University of Coimbra, in the academic year 2017/2018, aiming to analyze integrated alternatives for more sustainable isolated systems. For this, it was necessary to use a computer simulation tool, the computer software Homer Pro. This tool allowed the parameterization of the electrical system of the island of Porto Santo, chosen because it is an insular system of small dimensions and without interconnection to other systems. This parameterization allowed to evaluate the impact of the reinforcement of dispersed renewable generation in an electric power system with such characteristics. After the analysis of the results, it was verified a very significant increase in the excess of power generation, caused by the imbalance between generation and demand. As a solution to the problem, two approaches were proposed, the first was the identification of resources on the demand side through the implementation of chargeable load and the second approach was the introduction of energy storage and three different technologies were tested. After the analysis of the results obtained, a better adaptation between generation and load profiles was verified, leading to lower values of excess generation. Thus, this work allowed to conclude that an approach based on microgrids can facilitate the exploration and operation of an electric power system, with characteristics similar to those of the Porto Santo system