Controlo Coordenado de Armazenamento de Energia em Edifícios Residenciais

Abstract

Face à corrida por soluções de substituição de energia fóssil por energias limpas, a energia solar entra como uma das escolhas fundamentais, devido à sua fácil instalação em edifícios, facilidade de transporte e manutenção, aliado à acentuada redução de custos. Contudo, o desajuste entre os perfis de consumo residencial de energia e a produção fotovoltaica leva a um desequilíbrio nos sistemas de energia. Assim, foram adaptados em edifícios residenciais, sistemas de armazenamento de energia, todavia, as residências continuam a ser bastantes dependentes da rede, o que traz desvantagens económicas. Uma possível solução passa por agrupar a produção solar de várias habitações de uma comunidade com um sistema de armazenamento único ao nível comunitário, denominado por armazenamento comunitário de energia, ou community storage.Nesta dissertação, é introduzido o conceito de community storage, apresentando a sua definição, vantagens e aplicações. Para teste e análise de resultados, é apresentado um algoritmo desenvolvido em Matlab que simula, através da estratégia de controlo de maximização do autoconsumo, três opções de armazenamento numa comunidade, sendo elas sem armazenamento, armazenamento individual e armazenamento comunitário. Assim, foi possível a comparação, com os mesmos valores de entrada, de resultados entre comunidades sem qualquer tipo de armazenamento, com comunidades com um sistema de armazenamento tradicional e com comunidades com sistema de armazenamento com uma única bateria. Por fim, para esta última opção, foi projetada uma bateria com o mínimo de capacidade que pudesse ser equiparada aos custos de energia para um sistema de armazenamento individual.Foram simuladas e analisadas as três diferentes opções, para duas comunidades com tamanhos diferentes, uma com 15 habitações e outra com 60, em dias de época sazonais distintas, sendo elas o verão e o inverno. A partir destas simulações, concluiu-se que a instalação de sistemas de armazenamento individuais obteve reduções de 95,02% e 94,20% para comunidades de 15 e 60 habitações, respetivamente, face a comunidades sem qualquer tipo de armazenamento. Contudo, o conceito de community storage, com as mesmas capacidades totais de energia, garantiu melhor resultados face às residências com baterias próprias, obtendo reduções de custos 67,03% e 73,42%, também respetivas ao tamanho das comunidades anteriores. Por fim, para estas mesmas comunidades, foi projetada uma bateria com menor capacidade, para fazer face aos investimentos iniciais e custos de instalação, o que, com baterias 13,87% e 17,88% de capacidade inferior em comparação com o total instalado individualmente, foram capazes de obter os mesmo resultados no inverno e maior exportação no verão.Em suma, a definição do conceito de community storage foi apresentado, assim como as suas vantagens testadas e comprovadas.

Due to the rush to find solutions to replace the fossil energy with clean energy, solar energy is one of the key choices, due to its easy installation in buildings, transport and maintenance, coupled with sharp cost reductions. However, the mismatch between residential energy consumption and photovoltaic generation leads to an imbalance in energy systems. Therefore, energy storage systems were adopted in residential buildings, however, residences remain dependent on the power grid, which bring economic disadvantages. One possible solution is to combine solar production from multiple households in a community-level storage system, called by community storage.In this dissertation, the concept of community storage is introduced, presenting its definition, advantages and applications. For testing and analysis of results, it is presented an algorithm developed in Matlab that simulates, through the maximization of self-consumption control strategy, three storage options in a community, being them without storage, individual storage and community storage. Thus, it was possible to compare, with the same input values, results between communities with a traditional storage system and communities with a single battery storage system. Finally, for this last option, it was projected a battery with the minimum capacity that could be matched to the energy costs for an individual storage system.The three different options were simulated and analysed for two communities with different sizes, one with 15 households and another with 60, on different seasonal days, summer and winter. From these simulations, it was concluded that the installation of individual storage systems achieved reductions of 95.02% and 94.20%, for communities of 15 and 60 households, respectively, compared to communities without any kind of storage. However, the concept of community storage, with the same total energy capacity, ensured better results compared to households with their own batteries, achieving cost reductions of 67.03% and 73.42%, also respectively to the size of previous communities. Finally, for these same communities, it was projected a battery with lower capacity, to reduce the initial investment and installation costs, which, with 13,87% and 17,88% lower battery capacities in comparation to the total installed individually, were able to achieve the same results in winter and higher exports in summer.In short, the definition of the concept of community of community storage was presented, as well as their advantages tested and proved.