Dimensionamento de sistemas integrados de energia em ambientes rurais

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.Este trabalho propõe o desenvolvimento de um novo modelo para dimensionamento de sistemas integrados de energia aplicados à ambientes rurais, a partir da utilização de ferramentas de simulação e otimização desenvolvidas em MATLAB 6.0. Essas ferramentas possibilitam estabelecer a melhor combinação entre fontes energéticas e cargas ao longo do tempo. O dimensionamento realizado utiliza fontes renováveis locais (hidráulica, solar, eólica e biomassa) e outras fontes energéticas (eletrificação rural convencional e geração a diesel), e visa minimizar o custo do sistema, mantendo um nível desejado de confiabilidade para o mesmo. A confiabilidade é baseada no conceito de probabilidade de perda de fornecimento de energia à carga (LPSP) para períodos de horas consecutivas. As necessidades energéticas consideradas para uma propriedade rural típica são agrupadas em três categorias: energia para cozimento, energia para aquecimento de água e energia para produção de eletricidade. Os dispositivos utilizados para conversão energética são os módulos fotovoltaicos, geradores eólicos, coletores solares, biodigestores, microcentrais hidrelétricas e baterias de chumbo-ácido. A partir do modelo de otimização desenvolvido, inúmeras simulações são realizadas visando à comparação e análise de diferentes cenários e metodologias. A comparação com as metodologias determinísticas e probabilísticas, apresentadas na literatura, mostra inúmeras vantagens na utilização do novo modelo, particularmente no que se refere à otimização do sistema energético. Os demais resultados obtidos contemplam o dimensionamento completo dos dispositivos de conversão energética, um balanço energético anual detalhado e uma análise econômica do sistema. Nesta análise é calculada, inclusive, a distância limite para ampliação das redes de distribuição rural e o preço limite do litro do óleo diesel, para que estas fontes apresentem maior viabilidade econômica em relação às fontes renováveis locais