Análise da viabilidade técnica e econômica de uma usina hidrelétrica reversível para sistemas isolados
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Tipo de produção
Trabalho de Conclusão de Curso
Data
2023-12-01
Autores
Luz, Clebson Sabino
Silva, Daniel Moura Trancoso
Aoyama, Eduardo Machado
Dias, Gabriel Katsumata
Antonio, Gabriel Pinto Felix
Iaccarino, Nicolas Alfredo de Marchi
Silva, Daniel Moura Trancoso
Aoyama, Eduardo Machado
Dias, Gabriel Katsumata
Antonio, Gabriel Pinto Felix
Iaccarino, Nicolas Alfredo de Marchi
Orientador
Duarte, Silvio Xavier
Periódico
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Texto completo (DOI)
Palavras-chave
usina hidrelétrica reversível,armazenamento de energia,sistemas Isolados,pumped hydro storage,energy storage,isolated systems
Resumo
As Usinas Hidrelétricas Reversíveis (UHR) são sistemas de armazenamento de energia altamente consolidados mundialmente, pois possuem alta eficiência entre as fontes de energia renováveis. Estas usinas atuam como armazenadores de energia elétrica convertendo a energia armazenada em potencial gravitacional para energia elétrica através da utilização de dois reservatórios, um superior e um inferior, gerando energia elétrica em períodos de alta demanda e armazenando energia potencial gravitacional em períodos de baixa demanda. Entretanto, para o funcionamento destas usinas, é necessário atender a duas condições: uma altura adequada e uma vazão de água suficiente para fornecer a potência necessária, além do volume de água necessário para o armazenamento de energia a ser gerada em um determinado período. O estudo apresentado neste trabalho visa a implementação de uma Usina Hidrelétrica Reversível na Ilha de Fernando de Noronha, a fim de abastecer a iluminação pública de uma rua da ilha. A energia para o acionamento da bomba de recalque é proveniente de painéis solares. Para esse objetivo, foram consideradas a existência de 50 lâmpadas com potência equivalente de 1kW que devem ser alimentadas pela hidrelétrica durante um período de 12 horas. Mesmo sendo considerado um Patrimônio Natural da Humanidade pela Unesco, a Ilha de Fernando de Noronha possui uma matriz elétrica predominante não renovável, no qual 90% da energia é proveniente do óleo diesel, fonte poluente e prejudicial a flora e fauna local. Dessa maneira, o projeto analisou a viabilidade técnica e econômica da geração de energia através da Usina Hidrelétrica Reversível em substituição ao óleo diesel, propondo a modelagem e simulação desse sistema, utilizando o software MATLAB® Simulink. Como resultados, obteve-se uma geração de energia elétrica condizente com a carga alimentada e o período imposto, um armazenador com uma eficiência de aproximadamente 31,71% e um retorno financeiro em 37 anos, mesmo considerando a substituição de alguns equipamentos de baixa vida útil durante o período de utilização do projeto. Outro resultado obtido foi a compensação de aproximadamente 3,2 toneladas de gás carbônico anualmente devido à substituição da energia proveniente de geradores à diesel.
Pumped hydroelectric storage systems have become highly consolidated worldwide, as they are one of the most efficient renewable energy sources. These plants act as energy storage systems, converting the energy stored in gravitational potential into electrical energy through the use of two reservoirs, one upper and one lower, generating electrical energy during periods of high demand and storing gravitational potential energy during periods of low demand. However, for these plants to work, two conditions must be met: an adequate water head and a sufficient flow of water to provide the necessary power, in addition to the volume of water needed to store the energy to be generated in a given period. The study presented in this paper aims to implement a pumped hydroelectric storage system on the island of Fernando de Noronha, in order to supply public lighting to a street on the island. The energy used to drive the pump is provided by solar panels. For this purpose, 50 lamps with an equivalent power of 1kW were considered to be powered by the hydroelectric system for a period of 12 hours. Despite being a UNESCO World Heritage Site, the island of Fernando de Noronha has a predominantly non-renewable electricity matrix, 90% of whose energy comes from diesel oil, a polluting source that is harmful to the local flora and fauna. In this way, the project analyzed the technical and economic viability of generating energy through the pumped hydroelectric storage system to replace the use of diesel power, proposing the modeling and simulation of this system using software MATLAB® Simulink. The results obtained were a generation of electricity consistent with the load being fed and the period imposed, a storage unit with an efficiency of approximately 31.71% and a financial return in 37 years, even considering the replacement of some equipment with a low useful life during the period of use of the project. Another result obtained was the compensation of approximately 3.2 tons of carbon dioxide annually due to the substitution of energy from diesel generators.
Pumped hydroelectric storage systems have become highly consolidated worldwide, as they are one of the most efficient renewable energy sources. These plants act as energy storage systems, converting the energy stored in gravitational potential into electrical energy through the use of two reservoirs, one upper and one lower, generating electrical energy during periods of high demand and storing gravitational potential energy during periods of low demand. However, for these plants to work, two conditions must be met: an adequate water head and a sufficient flow of water to provide the necessary power, in addition to the volume of water needed to store the energy to be generated in a given period. The study presented in this paper aims to implement a pumped hydroelectric storage system on the island of Fernando de Noronha, in order to supply public lighting to a street on the island. The energy used to drive the pump is provided by solar panels. For this purpose, 50 lamps with an equivalent power of 1kW were considered to be powered by the hydroelectric system for a period of 12 hours. Despite being a UNESCO World Heritage Site, the island of Fernando de Noronha has a predominantly non-renewable electricity matrix, 90% of whose energy comes from diesel oil, a polluting source that is harmful to the local flora and fauna. In this way, the project analyzed the technical and economic viability of generating energy through the pumped hydroelectric storage system to replace the use of diesel power, proposing the modeling and simulation of this system using software MATLAB® Simulink. The results obtained were a generation of electricity consistent with the load being fed and the period imposed, a storage unit with an efficiency of approximately 31.71% and a financial return in 37 years, even considering the replacement of some equipment with a low useful life during the period of use of the project. Another result obtained was the compensation of approximately 3.2 tons of carbon dioxide annually due to the substitution of energy from diesel generators.