Modelação e optimização do dimensionamento de um sistema electroprodutor híbrido isolado

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014A falta de acesso a serviços de energia afecta milhões de pessoas por todo o mundo. Considerando ainda as regiões onde o acesso a electricidade é efectuado por queima de combustíveis fósseis, vulneráveis às variações de custo de combustível, torna-se urgente promover o acesso a serviços de energia limpos e economicamente viáveis. Uma potencial solução é a implementação de sistemas híbridos isolados que contem com os recursos renováveis locais. Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de optimização do dimensionamento e escalonamento para sistemas híbridos isolados que reúnam as tecnologias de conversão eólica e fotovoltaica, baterias e geração a diesel. O objectivo é auxiliar o decisor do projecto a determinar o número de equipamentos a instalar de cada tecnologia. O dimensionamento óptimo é alcançado minimizando o investimento total para 20 anos de vida útil do projecto. Determina-se deste modo o custo de energia ou LCOE (€/kWh). A metodologia consiste num modelo de dimensionamento e escalonamento que avalia a cada hora o balanço de energia produção/consumo, para 1 ano de dados climáticos. A metodologia desenvolvida é um problema de programação linear inteira mista e é aplicada na plataforma GAMS. São analisadas e comparadas diversas configurações de sistemas híbridos e é efectuada a análise de sensibilidade a factores económicos como o custo do diesel. É efectuada uma análise climática demonstrando a aplicabilidade da metodologia desenvolvida a diferentes condições climáticas. Os resultados verificam que a implementação de sistemas híbridos isolados é a opção economicamente mais viável nos cenários considerados. As melhores soluções económicas são as que aplicam os quatro subsistemas propostos: eólica, fotovoltaica, baterias e geradores a diesel.The lack of energy services affects millions of people all over the world. Considering yet the regions where the access to electricity is done by fossil fuels, vulnerable to cost variations, it becomes urgent to promote access to sustainable energy services both environment-friendly and economically viable. One potential solution is the implementation of isolated hybrid systems that rely on local renewable energy sources. In this work it is developed a methodology for the optimal sizing and scheduling for isolated hybrid systems that count with wind and photovoltaic conversion technologies, batteries and diesel generators. The goal is to help the project manager to determine the number of equipments to install of each technology. The optimal sizing is achieved by minimizing the total cost during 20 years of the useful life of the project. With that, it is possible to determine the cost of energy or LCOE (€/kWh). The methodology consists on a sizing and scheduling model that evaluates in each hour the energy balance of production/consumption, for one year of climate data. The developed methodology is a mixed integer linear programming problem and is applied in the GAMS platform. Various configurations of hybrid systems are analyzed and compared and a sensitivity analysis to economic factors like diesel cost is performed. Also a climate analysis is performed to conclude about the applicability of the developed methodology in different climates. The results demonstrate that the implementation of hybrid systems is the most viable economical option in the considered scenarios. The most economic solutions are the ones that include the four subsystems proposed: wind, photovoltaic, batteries and diesel generators