Porto Santo Sustentável A importância do armazenamento de energia. fevereiro 2016

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1 A importância do armazenamento de energia fevereiro 2016 Fevereiro de

2 A importância do armazenmento ÍNDICE Principais Constrangimentos Balanço Energético Áreas de Atuação Caracterização do Sistema Elétrico Situações Típicas de Exploração 1ª Fase: Solução preconizada para minimizar os atuais contrangimentos: Baterias 2ª Fase Pós 2018: Caminho para o conceito Fossil Free Island : Renováveis/Escala do armazenamento Fevereiro de

3 Dimensão e Principais Constrangimentos Dimensão Área: 42,5 km 2 Altitude máxima: 517 m Habitantes: 5400 (censos 2011) Clientes de eletricidade: 4640 Principais constrangimentos Forte sazonalidade da atividade económica e das atividades sociais e culturais (essencialmente 3 meses por ano) Forte dependência energética do exterior Dupla insularidade 3

4 Balanço Energético Balanço energético do Porto Santo em 2009 (ano base do Plano de Ação PAESI ) Procura de energia final por Sector em 2009 Procura de energia final por forma de energia em % do consumo final está associado aos transportes e à energia elétrica 4

5 Mix de produção de eletricidade Emissão por fonte de energia Mix de produção Eólica; 3.5% Fotovoltaica; 10.8% (GWh) Térmica (Diesel); 85.7% Eólica Fotovoltaica Térmica 14,3% de renováveis 5

6 Áreas de Atuação Áreas de atuação Turismo Sustentável I&D e Inovação Porto Santo Sustentável Energia Sustentável Fossil Free Island Economia Local Sustentável Mobilidade Sustentável 6

7 Energia Sustentável Fossil Free Island Fossil Free Island Produção de eletricidade com fontes renováveis Eficiência energética Armazenamento de energia para eletricidade Energia Sustentável Mobilidade elétrica Sistema elétrico Inteligente/Smart-Grid Utilização de recursos endógenos Área de atuação direta da EEM 7

8 Energia Sustentável A Importância do Sistema Elétrico 90% do consumo final está associado aos transportes e à energia elétrica! As características e dimensões da ilha estão particularmente adaptadas à mobilidade elétrica A mudança massiva para a mobilidade elétrica permite que grande parte do consumo de energia esteja associada ao Sistema Elétrico ( 90%) A trajetória de desenvolvimento para um deve assentar na estratégia de um Sistema Elétrico Sustentável (conceito Fossil Free Island) Como desenvolver um Sistema Elétrico Sustentável no caminho Fossil Free Island? Incremento do aproveitamento de recursos renováveis, de forma segura Serviços de apoio à rede Armazenamento de energia Gestão inteligente do sistema elétrico 8

9 Energia Sustentável Caracterização do Sistema Elétrico Caracterização do sistema elétrico 1 MW + 1 MW 30/6,6 kv MVA 1,1 MW 4 x 4 MW 30/6,6 kv 4 MVA 30/6,6 kv 6 MVA 30 kv 6,6 kv Emissão para a rede: 31 GWh Vazio/Ponta: 2.5 MW / 7.4 MW 9

10 Energia Sustentável Caracterização do Sistema Elétrico Caracterização do sistema elétrico Evolução mensal da energia emitida Evolução das pontas referidas à produção GWh 2 MW Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Fotovoltaica Eólica Térmica Emissão em agosto = 2,3 x emissão em fevereiro! 10

11 Energia Sustentável Caracterização do Sistema Elétrico Operação do sistema electroprodutor de base 1 Geradores diesel Caracterização do sistema elétrico Potência nominal: 4 MW Potência técnica mínima a fuelóleo: 1.2 MW Potência técnica mínima gasóleo: 0.8 MW 2 Considerações de segurança Pelo menos 2 geradores diesel na rede (critério N-1) 3 Principais consequências Períodos longos com funcionamento a gasóleo Acréscimo de custo com combustíveis Baixa eficiência da central térmica Limitação da integração de fontes de energia renováveis Degradação da qualidade de serviço 11

12 Energia Sustentável Sistema Elétrico Desvios de Frequência 12

13 Energia Sustentável Sistema Elétrico Situações típicas de exploração 13

14 Energia Sustentável Sistema Elétrico Situações típicas de exploração 14

15 Energia Sustentável Sistema Elétrico Situações típicas de exploração 15

16 Energia Sustentável Sistema Elétrico Situações típicas de exploração 16

17 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Estratégia para minimizar os atuais constrangimentos Instalação de novo sistema que permita: Disponibilizar reserva girante, a todo o tempo, libertando em permanência um grupo térmico Operar o sistema elétrico com apenas um grupo térmico ou mesmo sem qualquer grupo térmico, em situações de contingência por um período até 15 minutos (tempo necessário para colocar um grupo térmico na rede) Cooperar com os grupos térmicos na compensação das fortes flutuações de produção renovável intermitente Melhorar a integração de renováveis Melhorar a eficiência do sistema electroprodutor Reduzir custos de exploração Melhorar a qualidade de serviço Constitui a 1ª Fase a implementar em

18 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Soluções avaliadas Requisito comum: Disponibilização de reserva rápida: Estabilizador Dinâmico de Potência (Flywheel) Autonomia inferior a 1 minuto Fonte de Alimentação Dinâmica Não Interruptível (Flywheel com gerador adicional) Resolve a questão da autonomia Requer mais do que uma unidade para equivaler a um dos grupos geradores existentes 1 - Motor a diesel; 2 - Massa inercial; 3 - Alternador Síncrono. 18

19 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Soluções avaliadas Estabilizador Dinâmico de Potência (Flywheel) Fonte de Alimentação Dinâmica Não Interruptível Baterias O armazenamento com baterias permitirá: Operar o sistema com menos um grupo térmico Aumentar a segurança, por via da reserva primária rápida da bateria Alisar as variações das renováveis intermitentes Melhorar o rendimento dos grupos térmicos, pois operarão com uma potência média superior e mais estável Aumentar a integração das fontes renováveis intermitentes Baterias Compatível com os requisitos pretendidos 19

20 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Situação existente Estudos Desenvolvidos Caracterização do sistema existente Modelização do sistema elétrico Modelização técnico-económica Análise de resultados do sistema elétrico Análise técnico-económica Solução Baterias - Estudos Solução híbrida (incluindo as baterias) - Estudos Desenvolvidos Local de instalação Conceito de controlo e de gestão de energia Desenho e critérios de operação Modos de controlo Modelização do sistema elétrico híbrido Modelização técnico-económica Análise de resultados do sistema elétrico Análise técnico-económica 20

21 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Solução híbrida (continuação) Eventos considerados: Perda de um gerador térmico Perda de renováveis Curto-circuito no início de um feeder Curto-circuito no fim de um feeder Perda de um feeder Solução Baterias - Estudos Sistema de proteções da rede Avaliação de necessidades de ajustes Settings dinâmicos 21

22 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Solução Baterias - Dimensionamento Os estudos realizados demonstraram viabilidade técnico-económica da solução Baterias. Potência: 4 MW (Potência equivalente à de cada grupo térmico) Capacidade de armazenamento: A necessária para assegurar uma autonomia de 15 minutos a plena carga. Os estudos apontaram para uma capacidade da ordem de 3 MWh. Tecnologia: Face à previsível utilização a escolha recai em baterias de Iões de lítio Situação do Projeto: Em fase de preparação do concurso público, a lançar até ao início do 2º trimestre 22

23 Energia Sustentável Sistema Elétrico Solução conceptual 1ª fase Impacto do Sistema de Baterias Emissão por fonte de energia Real Projeção (GWh) Impacto da bateria 14% 20% Eólica Fotovoltaica Térmica 23

24 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento 2ª Fase Pós 2018 Aprofundamento do conceito Fossil Free Island Algumas considerações (MWh) Energia diária (Dias) - Em metade do ano a energia elétrica diária é de 70 a 80 MWh - Nos verão a energia diária aproxima-se de 140 MWh - A capacidade da Central de Baterias, com cerca de 2 MWh utilizável tem um impacto limitado na autonomia energética, pois representa apenas 1,5% a 3% da energia elétrica diária 24

25 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento A escala de armazenamento Algumas considerações MW Diagramas de Carga Característicos por Estação MW Diagramas de Carga Característicos por Estação :00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00: :00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 primavera verão outono inverno verão Fora do verão - Dimensionar as renováveis e o armazenamento para o período fora do verão ou para o verão? 25

26 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento - Armazenar para um ou para mais dias? A escala de armazenamento Algumas considerações Volume mínimo de armazenamento considerado: um dia. Armazenamento (1 dia) = Energia diária produzida não encaixável no sistema elétrico (Energia excedente de renováveis) (MWh). - Com ou sem produção térmica? Com térmica: 1 grupo no mínimo técnico Contribuição limitada das renováveis Temporariamente sem térmica Melhor contribuição de renováveis; consumo de gasóleo para aquecimento de combustível (fuelóleo) - Fontes renováveis a considerar, a médio prazo? Eólica e Fotovoltaica 26

27 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento - Pressupostos de simulação A escala de armazenamento Algumas considerações Eólica: 2000 Horas de produção equivalente (2 GWh/MW/ano ou 5,48 MWh/MW/dia) Fotovoltaica: 1700 Horas equivalentes (1,7 GWh/MW/ano ou 4,66 MWh/MW/dia) Contribuição de renováveis: 50% de energia eólica e 50% de energia fotovoltaica Dimensionamento mínimo do armazenamento: 1 dia de produção das renováveis à potência nominal Eólica: Produção constante à potência nominal Fotovoltaica: Produção média esperada num dia sem núvens, fora do verão Produção de renováveis diária: a correspondente à produção média expectável 27

28 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento A escala de armazenamento Exemplo - Balanço de energia para um dia fora do verão Energia total média de um dia fora do verão: 81MWh Energia térmica mínima diária: 36 MWh (1,5 MW x 24 h) Energia renovável integrável diariamente: 45 MWh (81 36) Eólica = 22,5 MWh (50% da energia renovável) Fotovoltaica = 22,5 MWh (50% da energia renovável) Potência renovável a instalar que garanta aquela produção diária média Eólica = 4,1 MW Fotovoltaica = 4,8 MW 28

29 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento Ano de referência: Procura e Cenários de Exploração Térmica mínima Eólica Fotovoltaica Renováveis Renováveis (MW) (MW) (MW) fora do verão % anual % % 49% Procura, Renováveis e Armazenamento MWh Fotovoltaica Eólica Fotov.+Eólica+Min. Térmico Emissão Térmica mínima A acumulação necessária para um dia neste cenário ascende a 88 MWh 29

30 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento Ano de referência: Procura e Cenários de Exploração Térmica mínima Eólica Fotovoltaica Renováveis Renováveis (MW) (MW) (MW) fora do verão % anual % % 88% 14 Procura, Renováveis e Armazenamento MWh Fotovoltaica Eólica Fotov.+Eólica+Min. Térmico Emissão Térmica mínima A acumulação necessária para um dia neste cenário ascende a 160 MWh 30

31 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento Possíveis soluções para o armazenamento de energia - Sistema hidroelétrico reversível 88 MWh; queda=250 m; Volume de armazenamento m3 160 MWh; queda=250 m; Volume de armazenamento m3 - Armazenamento de ar comprimido - Outras soluções 31

32 Energia Sustentável Sistema Elétrico 2ª fase: Armazenamento Principais Conclusões - A otimização do sistema electroprodutor através de um sistema de baterias, constituirá um benefício substancial, face às atuais condições de exploração. No entanto, a contribuição deste sistema para o aumento da integração de renováveis é limitado. - O caminho para o conceito Fossil Free Island implica o aumento da penetração de renováveis e o reforço significativo do armazenamento de energia. - A operação do sistema elétrico do Porto Santo sem produção térmica fora do verão, permite uma contribuição das renováveis da ordem de 80% ao ano. - Face à forte sazonalidade do Porto Santo, metas de renováveis acima deste valor poderão obrigar a uma limitação apreciável da produção fora do verão, com implicações diretas no período de retorno dos investimentos. - Por estas razões, o desígnio 100% Fossil Free Island requererá algum tipo de apoio, nomeadamente comunitário. 32

33 - A importância do armazenamento de energia Muito Obrigado 33

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