Numerical optimization modelling applied to hybrid electric generation systems composed by intermittent sources and pumped storage

Orientador: Alberto Luiz FrancatoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: As fontes renováveis alternativas de energia elétrica, principalmente eólica e solar fotovoltaica, vem ganhando espaço na matriz elétrica brasileira. Os principais motivos para o crescimento destas fontes no país são o amadurecimento técnico das tecnologias envolvidas, a necessidade de expansão do setor elétrico brasileiro e o esgotamento do potencial hidroenergético do país para grandes usinas sem que haja grandes impactos ambientais. Estas fontes, no entanto, possuem algumas limitações. A principal delas é a intermitência, que não as permite garantir um fornecimento energético firme. Sendo assim, formas de armazenamento de energia podem ajudar a mitigar a intermitência destas fontes. Uma forma de armazenar a energia das fontes intermitentes é associá-las a uma Usina Hidrelétrica Reversível (UHR). Esta tem a capacidade de bombear água para um reservatório superior em momentos que o custo da energia ou sua disponibilidade são viáveis. Assim, a energia destas fontes é armazenada na forma de energia potencial gravitacional e a UHR pode gerar eletricidade nos horários mais convenientes.Este trabalho desenvolveu um modelo de otimização que minimiza os custos de operação de um sistema de geração de energia elétrica composto por uma UHR, uma usina eólica, uma usina solar fotovoltaica e uma usina termelétrica, permitindo a avaliação do uso de usinas hidrelétricas reversíveis como forma de mitigar os impactos decorrentes da penetração de fontes intermitentes de geração elétrica no Sistema Elétrico BrasileiroAbstract: Alternative sources of electricity, especially wind and solar photovoltaic, have been growing in the last decades in parallel with global energy consumption and environmental concerns. Technical developments in the field have allowed these technologies to compete with traditional sources of energy in productivity and cost-effectiveness, becoming mainstreamed energy resources. These sources of electricity, however, have a few limitations. The most important is their intermittence, which makes impossible for these sources to guarantee a constant and uninterrupted supply of electricity. For that reason, energy storage systems can be useful allies to help mitigate the intermittence of these alternative sources. One method of storing the energy from the intermittent sources is associating them to pumped storage power plants (PS). This power plant have the capability to pump water for an upper reservoir using the energy produced by the intermittent sources. This way, the energy from these sources can be stored in the form of gravitational potential energy and the PS can generate electricity at convenient moments. This work developed a computational optimization model to minimize the operational costs of an electric power system composed by a PS, a wind power plant, a photovoltaic power plant and a thermal power plant, allowing to evaluate the use of pumped storage power plants as a way of minimizing the effects of recent rise of intermittent generation plants on the Brazilian energy sectorMestradoRecursos Hidricos, Energeticos e AmbientaisMestre em Engenharia CivilCAPE