Gestão de Recursos de Flexibilidade em Comunidades de Energia

Abstract

The integration of renewable energy generation sources into buildings aims to reduce the consumption of energy generated by fossil fuels, thus reducing greenhouse gas emissions. This solution has been popular among consumers due to the economic potential associated with savings on energy bills. The adoption of photovoltaic solar panels is the most popular solution of renewable generation technologies in the context of buildings, given their facility to be installed on roofs or facades. However, the increase in solar energy generation presents challenges, namely associated with the mismatch between energy supply and demand. To this end, technological advances have been developed, such as the installation of batteries in buildings, making it possible to store the renewable generation surplus. In addition, the changes that have taken place over the years in legislation regarding the renewable generation and sharing of energy between buildings, have opened the way for approaches such as the implementation of energy communities. At the same time, the energy consumption of the transport sector is also relevant in the context of the transition to a decarbonized energy system, as it is responsible for a significant portion of fossil fuel consumption and emissions. Electric vehicles, especially when powered by renewable energy, are an effective alternative for reducing direct emissions in urban areas.In this thesis, an algorithm was developed and implemented in Python to optimize energy storage and the use of electric vehicles in communities of buildings. The algorithm simulates various scenarios to study the technical and economic benefits of battery energy storage systems and Building to Vehicle and Vehicle to Building technologies, combined with photovoltaic energy generation, as solutions for energy flexibility in energy communities. Three different scenarios were evaluated: a first scenario where each of the four buildings present in the community had a 110 kWh battery and a fixed number of eight electric vehicles available, being managed at both individual and community level; a secound scenario where there was only one centralized 440 kWh battery in the community being shared by the buildings, and the number of electric vehicles remained unchanged; and a third scenario where each building kept its individual 55 kWh battery, together with a centralized 220 kWh battery, maintaining the fixed number of eight electric vehicles.The results indicated that optimizing flexibility resources could be a viable future strategy for minimizing mismatch between renewable energy generation and demand in buildings. The impact of these resources becomes more significant when implemented in energy communities, which results in reduced electricity costs, as well as contributing to lower peak demand and increase self-consumption.

A integração de fontes de geração de energia renovável em edifícios visa reduzir o consumo de energia gerada através de combustíveis fósseis, diminuindo as emissões de gases com efeito de estufa. Esta solução tem sido procurada entre os consumidores devido ao potencial económico associado às poupanças nas faturas de energia. A adoção de painéis solares fotovoltaicos é a solução mais popular de tecnologias de geração renovável em edifícios, dada a sua facilidade de instalação em telhados ou fachadas. No entanto, o aumento da geração de energia solar apresenta desafios, nomeadamente no desajuste entre a oferta e a procura de energia. Para tal, têm sido concebidos avanços tecnológicos como a instalação de baterias nos edifícios, possibilitando o armazenamento do excesso de energia gerada. Adicionalmente, as mudanças que ocorreram ao longo dos anos na legislação referente à produção e partilha de energia entre edifícios, abriram caminho para abordagens como a implementação de comunidades de energia. Paralelamente, a questão dos transportes torna-se também relevante no contexto da transição para um sistema de energia descarbonizado, sendo estes responsáveis por uma parcela significativa do consumo de combustíveis fósseis e emissões. Os veículos elétricos, especialmente quando alimentados por energia renovável, surgem como alternativa eficaz para reduzir as emissões diretas nas áreas urbanas.Nesta dissertação, foi desenvolvido e implementado um algoritmo em Python para otimizar o armazenamento de energia e a utilização de veículos elétricos em comunidades. O algoritmo simula diversos cenários para estudar os benefícios técnicos e económicos dos sistemas de armazenamento de energia em baterias e das tecnologias Building to Vehicle e Vehicle to Building, em conjunto com a geração de energia fotovoltaica, como soluções de flexibilidade em comunidades de energia. Foram avaliados três cenários distintos: um 1o Cenário onde cada um dos 4 edifícios presentes na comunidade tinha ao seu dispor uma bateria de 110 kWh e um número fixo de oito veículos elétricos, sendo feita a gestão a nível individual e a nível comunitário; um 2o Cenário onde passou apenas a existir uma bateria centralizada na comunidade de 440 kWh, sendo o seu uso partilhado pelos edifícios, e o número de veículos elétricos continuou inalterado; e um 3o Cenário onde cada edifício manteve a sua bateria individual com 55 kWh, conjuntamente com uma bateria centralizada com 220 kWh, mantendo-se o número fixo de oito veículos elétricos.Os resultados indicaram que a otimização dos recursos de flexibilidade pode ser uma estratégia futuramente viável para minimizar os desequilíbrios entre a geração de energia renovável e a procura por parte dos edifícios. O impacto destes recursos torna-se mais significativo quando implementado em comunidades de energia, o que resulta na redução dos custos de eletricidade, além de contribuir para a diminuição dos picos de procura e aumento do auto-consumo.