Armazenamento de energia elétrica (EES)

O armazenamento de energia elétrica, conhecida como EES (Electrical Energy Storage) é uma das principais tecnologias abrangidas na área de energia elétrica. Essa técnica baseada no controle da energia elétrica e utilização dos smart grid têm demonstrado capacidades de desenvolver características no controle de energia de acordo com as variações horárias em demanda e preço. O crescimento desse novo mercado está relacionado diretamente á redução da utilização de energia, assim como o uso de energia renovável para reduzir as emissões de CO₂.
             Dessa forma, o armazenamento de energia elétrica tem o papel importante na redução dos custos de eletricidade. Sua função de armazenar eletricidade obtida em horários de pico, quando o seu preço é mais baixo, para uso em horários de pico, em vez de energia elétrica comprada, reduz muito os preços na compra de energia elétrica. Além disso, o armazenamento de energia é importante no caso de ocorrer falhas na rede de energia no fornecimento de energia, viabilizando melhor o sistema de energia no caso de uma ocorrência de um desastre natural. Assim como esta técnica ajuda a manter a qualidade do sistema de energia, sua freqüência e tensão. 
        Em relação às necessidades de mercados emergentes, em áreas que utilizam smart grid e o armazenado de energia elétrica, estas técnicas ajudam excesso de energia e servem como fonte de alimentação independentes  e estes também estão associados com o uso de grandes quantidades de energia renovável, diminuindo as emissões de CO₂. Por exemplo, no domínio fora das redes elétricas, como nos veículos elétricos com baterias, estes são um dos maiores exemplos de tecnologia promissora de armazenamento de energia para substituir combustíveis fósseis por eletricidade a partir de fontes renováveis ​.
          Os Smarts Grids estão integrados aos sistemas elétricos e estão relacionados á quantidade de produção de eletricidade e o seu consumo. Através do método de uma tecnologia inteligente o sistema de smart grid  fornece uma resposta em tempo real do gasto de energia.  Com as redes inteligentes, é possível adquirir informações sobre o preço da eletricidade e dessa forma, a situação do sistema de alimentação de energia analisando os aspectos da produção de eletricidade e consumo de energia, torna o sistema mais eficiente quando se aplica o armazenamento de energia elétrica  no desenvolvimento de um Smart Grid e assim há um maior fornecimento de energia confiável. 

Software Homer

Diversas vezes citei o software HOMER, como modelo para o desenvolvimento do meu projeto em energia eólica no meio urbano: estudo na UFABC, porém até o devido momento não havia especificado como este modelo trabalha. Devido essas condições explicarei de maneira sucinta como no que se baseia o software Homer e para quais finalidades utilizá-lo-emos.

            O software Homer é um programa de computador que tem como objetivo avaliar projetos O programa é capaz de solucionar diversos problemas relacionados ao desenvolvimento de novos sistemas, tais como qual o custo de instalação de determinado equipamento ou máquina e qual o benefício que trará. Para isto o software simplifica tarefas e os algoritmos da análise do HOMER permitem uma avaliação econômica a partir de da variação dos custos de tecnologia envolvido e a disponibilidade de recursos de energia, modelando tecnologias de energias renováveis, como por exemplo: energia eólica, assim como as convencionais.

O HOMER é utilizado em projetos para uma variedade de aplicações, este programa serve como um simulador, fazendo com que muitas decisões sobre configurações de sistemas como: quais componentes são necessários incluir no projeto do sistema ou a quantidade e tamanho de cada componente seja tomado, sem que para isto precise ter o sistema já previamente construído. O Homer avalia estas possíveis configurações de sistema com mais facilidade, evitando perdas econômicas. 

Figura 1: Entrada do software Homer.

Para o uso do HOMER, é necessário desenvolver um modelo com entradas que descreve opções de tecnologia, despesas e disponibilidade dos recursos. O HOMER usa estes entradas para simular diferentes sistemas de configurações ou combinações de elementos. Como resposta o software Homer gera uma lista de resultados de tabelas e gráficos de possíveis configurações relacionados aos custos, o que ajudam comparar e avaliar seus aspectos técnicos e econômicos. Sendo possível exportar estas tabelas e gráficos para seu uso em relatórios e apresentações.

Através do HOMER é possível executar análises de disponibilidade de recursos e despesas no sistema levando em conta efeitos ocasionados por mudanças em diversos fatores externos. Por exemplo, se você definir velocidade de vento como uma variável de sensibilidade, o HOMER simulará configurações de sistema para a gama de velocidades de vento especificada, como no caso da energia eólica, em que fatores como rugosidade do solo e altitude do anemômetro podem influir na rentabilidade da configuração do sistema, sendo possível utilizar este modelo para análise de sensibilidades, identificando os fatores que têm o maior impacto no projeto. O HOMER contém todas as informações sobre as opções de tecnologia, custos de componentes e recursos disponíveis demandados para análise de novos sistemas.

O funcionamento do HOMER simula a operação de um sistema fazendo cálculos contabilizados em horas, numa duração de um ano. Durante cada hora, o HOMER compara as demandas de energia que o sistema pode prover por àquela hora e calcula os fluxos de energia para cada componente do sistema.

 Figura 2: Entradas de dados no Homer que simula a operação de um sistema fazendo cálculos contabilizados em horas, numa duração de um ano.

O HOMER executa estes cálculos de demanda de energia para cada configuração do sistema determinando o custo de instalar e operar o sistema em cima da vida útil do projeto, como: capital, substituições, operações e manutenções e quantidade de combustíveis. Após simular as configurações do sistema, o HOMER exibe uma lista de resultados, em gráficos e tabelas, ordenados por custo que pode ser comparado às opções de projeção do sistema.

Figura 3: Listas de resultados em gráficos e tabelas, ordenados por custo que pode ser comparado às opções de projeção do sistema.

Para os cálculos é necessário criar um diagrama esquemático que disponibiliza ao HOMER todas as informações sobre os componentes que devem ser colocados como dados de entradas que descrevem o sistema, como: opções de tecnologia, custos de componentes, tamanhos e quantidade de cada componente, assim como dados relativos a detalhes do recurso, os quais descrevem a disponibilidade de vento para cada hora do ano. Para o vento, você ainda pode importar dados de um arquivo formatado em dados de hora em hora dos valores mensais médios.

A análise lhe mostrará a escala das velocidades de vento anuais médias e os preços gastos no projeto, analisando se faz sentido incluir turbinas de vento no sistema.

Com o HOMER é possível comparar combinações de diferentes de tamanhos e quantidades de componentes, e explorar como as variações do custo da disponibilidade e do sistema do recurso afetam o custo de instalar e de operar projetos.

Análise e conclusões das harmônicas

A análise feita está relacionada a representação espectral do vento , do qual é constituído pela freqüência. Em que a velocidade do vento está associada á esta freqüência, e a partir desses dados analisados foi possível separar as harmônicas em três grupos distintos, sendo que o primeiro corresponde ás freqüências mais baixas, relacionada a um tempo maior, dados de alguns dias, como mostrado no arquivo de dados do dia 19/08/2012, em que este, está relacionado ao movimento das grandes massas de ar, e deriváveis depressões, chamada de zona macrometereorológica.

O outro grupo está relacionado as freqüências mais altas, correspondente ao arquivo de “segundaeterca”, que é o arquivo medido de 1 em 1 segundo. Este está relacionado ás turbulências atmosféricas, variando as direções do vento, o que afeta as conversões de energia sendo o grupo da zona micrometeorológica.

Já o último é o da zona de vazio espectral, é a zona intermediária, que está relacionada as poucas energias.

Esta variação presente, mostra que a potência do elétrica a partir do vento eólico é instável.