Armazenamento de Energia em Comunidades de Energia Renovável

Abstract

O aumento do consumo de combustíveis fósseis para a produção de energia trouxe a necessidade de uma alternativa sustentável: as energias renováveis. Estas tecnologias têm vindo a ser otimizadas e são cada vez mais adotadas pelos utilizadores, devido às poupanças que estas soluções podem introduzir nas faturas energéticas. Um dos exemplos deste tipo de geração renovável são os painéis solares fotovoltaicos, que são uma solução adequada para instalação em edifícios, devido à facilidade de instalação dos sistemas, seja em telhados ou em fachadas. O aumento da geração de energia a partir de painéis fotovoltaicos em edifícios leva a desafios relacionados com o desajuste temporal entre a oferta e o consumo de energia. Contudo, têm-se registado vários avanços tecnológicos, tal como o desenvolvimento e instalação de baterias nos edifícios, para assegurar um melhor aproveitamento da energia renovável produzida. Ao longo do tempo, houve várias alterações ao nível de legislação relativa à geração de energia em edifícios e à partilha de energia entre diversos produtores e consumidores, e atualmente já existe a possibilidade de implementar comunidades de energia com edifícios fisicamente próximos, e também a agregação de edifícios de forma virtual.Nesta dissertação desenvolveu-se a formulação de um algoritmo para a otimização do armazenamento de energia em comunidades, assim como a sua implementação em Python. O algoritmo implementado foi usado para simular diversos cenários tendo como objetivo avaliar os potenciais benefícios técnicos e económicos da instalação destes sistemas de baterias em conjunto com a geração de energia renovável. Foram avaliados dois cenários: um primeiro cenário em que cada um dos 4 edifícios possui uma bateria de 110 kWh sendo feita a gestão dos edifícios a nível individual e a nível comunitário; e um segundo cenário onde existe apenas uma bateria, com 440 kWh, a nível centralizado, sendo o uso desta partilhado por todos os edifícios. Concluiu-se que sempre que existe uma gestão a nível comunitário aumentam os benéficos técnicos e económicos. Com uma gestão individual, no primeiro cenário, foi possível obter uma poupança de 6,46% na soma das faturas energéticas dos edifícios, um aproveitamento do excesso de geração de 25,94% e uma redução de 7,12% no custo de importação de energia da rede. No que diz respeito à gestão comunitária, no 1º e 2º cenário, obtiveram-se poupanças de 9,88% e 5,35% nas faturas, um aproveitamento do excesso de geração de 69,34% e 69,94%, e uma redução de 17,30% e 14,71% no custo de importação da rede, respetivamente. Concluiu-se ainda que a participação na comunidade de energia apresenta potencial para benefícios económicos, mesmo que não exista armazenamento, sendo possível obter uma poupança de 4,10% nas faturas de energia.

The rise in fossil fuel consumption to produce energy raised the need for more sustainable alternatives: renewable energies. These technologies have been optimized and became more adopted by the users, due to the savings introduced on energy bills. One example of this type of technologies is solar photovoltaic panels, which are an appropriate solution to be integrated into buildings, due to its easy installation, both in rooftops or facades. The increase in the use of photovoltaic systems in buildings creates challenges related to the mismatch between energy generation and demand. Nevertheless, several technological breakthroughs have been achieved, such as the development and installation of battery systems in buildings in order to ensure the best utilization of the generated renewable energy. Over time, there have been several changes in the legislation regarding the generation of energy in buildings and the energy share between several producers and consumers, and nowadays there is already the possibility of implementing energy communities with buildings physically close to each other, and also the aggregation of buildings in a virtual way.In this thesis, the formulation of an algorithm for the optimization of energy storage in communities was developed, and implemented in Python. The implemented algorithm was used to simulate various scenarios in order to assess the potential technical e economic benefits of the installation of these battery systems coupled with renewable generation systems. Two scenarios were assessed: in the first scenario each of the four buildings has its own 110 kWh battery whose management can be done both at individual and community levels; in the second scenario there is only one 440 kWh battery at a centralized level, being the battery shared by all buildings. It was concluded that for the management at the community level, the technical and economic benefits increased. With individual management, in the first scenario, it was possible to obtain savings of 6.46% in the sum of the buildings’ energy bills, a 25.94% use of surplus generation and a 7.12% reduction in the import cost of energy from the grid, while for community management, in the first and second scenario, it was possible to obtain savings of 9.88% and 5.35% in the energy bills, 69.34% and 69.94% use of surplus generation, and 17.30% and 14.71% reduction in the import cost of energy from the grid, respectively. It was further concluded that participating in the energy community has potential in terms of economic benefits, even if there is no energy storage, being possible to reach 4.10% reduction in the energy bills.