FORNECIMENTO DE SERVIÇOS ANCILARES COM SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM SISTEMAS ELÉTRICOS COM ELEVADA PENETRAÇÃO DE GERAÇÃO INTERMITENTE

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1 FORNECIMENTO DE SERVIÇOS ANCILARES COM SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM SISTEMAS ELÉTRICOS COM ELEVADA PENETRAÇÃO DE GERAÇÃO INTERMITENTE São Paulo, 27 de junho de 2017

2 Proponente: Coordenação : Execução: Parceiros: 2

3 Objetivo global: Desenvolver a eletrônica de potência e o controle de sistema de armazenamento de energia (ESS) para o fornecimento de serviços ancilares à rede elétrica com elevada penetração de geração intermitente e propor requisitos regulatórios para a integração desses sistemas ao sistema elétrico. Objetivos específicos: 1. Projetar, instalar e operacionalizar um sistema de armazenamento de energia com baterias de lítio-íon (BESS) para fornecimento de serviços ancilares Projetar, instalar e operacionalizar um sistema de célula a combustível (CaC) tipo PEM para conversão de energia armazenada em hidrogênio em energia elétrica.

4 3. Desenvolver no âmbito nacional a tecnologia e a indústria de sistemas de gestão de energia de baterias de lítio-íon (BMS Battery Management System) e controle de conversores bidirecionais aplicados a sistemas de armazenamento de energia. 4. Estudar, desenvolver e validar métodos e estratégias de gerenciamento de sistemas de armazenamento de energia conectados ao sistema elétrico em aplicações associadas à geração intermitente, em particular a fotovoltaica. 5. Estudar o comportamento intermitente das flutuações da radiação solar e seus impactos na operação de sistemas de armazenamento de energia conectados à rede elétrica. 4

5 6. Propor requisitos normativos para a integração de sistemas de armazenamento de energia ao sistema elétrico. 7. Comparar as tecnologias de armazenamento de energia utilizando sistemas com baterias de lítio-íon e sistemas com célula a combustível/hidrogênio no longo prazo. 8. Analisar a viabilidade técnico-econômica dos sistemas de armazenamento de energia utilizando células a combustível/hidrogênio e baterias de lítio-íon. 9. Recomendar premissas regulatórias específicas para a integração de sistemas de armazenamento de energia ao sistema elétrico. 5

6 10.Implantar infraestrutura laboratorial para a avaliação de conformidade da interface de conexão à rede de sistemas de armazenamento de energia com bateria associados à geração fotovoltaica no contexto da geração distribuída. 11.Promover a divulgação dos resultados do projeto. 12.Estabelecer cooperação internacional com o IES-UPM (Grupo de Sistemas Fotovoltaicos) para os estudos e para a divulgação dos resultados. 13.Capacitar recursos humanos nos temas abrangidos pelo projeto. 6

7 Originalidade Desenvolvimento nacional de engenharia e de produtos: BMS BESS + Empacotamento modular ESS Solução de controle e projeto/implantação de Célula a Combustível com engenharia nacional 7 Inteligência de gestão energética

8 Aplicabilidade Utilização do sistema e controle desenvolvidos para provimento de serviços ancilares. Possibilidade de adaptação em sistemas de micro e mini geração distribuída para gestão ativa da demanda. Adoção da proposta de regulamentação em Resoluções específicas. Adoção da proposta de normatização nos Procedimentos de Rede e no PRODIST. Aplicação dos resultados experimentais na produção de cabeça de série de sistema de armazenamento com tecnologia nacional. 8

9 Relevância Desenvolvimento da indústria nacional, regulamentação específica e exploração de novo nicho de mercado: CTEEP: Fornecimento de serviços ancilares utilizando sistemas de armazenamento de energia incorporados às redes de transmissão. IEE/USP: Fomento de pesquisa nas áreas de geração intermitente e armazenamento de energia, bem como formação de recursos humanos nestas áreas do conhecimento. PHB Eletrônica: Desenvolvimento de protótipo comercial de sistema de armazenamento de energia (ESS) com possibilidade de inserção no mercado. CPqD: Fomento de pesquisa nas áreas de desenvolvimento dos sistemas de controle, gestão e empacotamento de baterias de lítio-íon (BMS e BESS). 9 Hytron: Desenvolvimento de solução para o armazenamento de energia em hidrogênio e posterior conversão para energia elétrica através de célula a combustível visando à integração do sistema à rede elétrica.

10 Recursos Materiais e Métodos O projeto utilizará infraestrutura pré-existente no IEE/USP resultante da chamada de P&D estratégico n 13/2011. Projeto Desenvolvimento de Competências e Avaliação de Arranjos Técnicos em Geração Distribuída com Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede 10

11 ATUALMENTE: Gerador FV (total): 396 kwp Inversor FV (total): 331 kw PROPOSTA: Gerador FV: 150 kwp Inversor FV: 120 kwp - Ajuste da geração fotovoltaica à demanda - Geração modular (24 inversores) - Simulação de diferentes níveis de penetração Conversor bidirecional: 100 kva BESS: 100 kwh Sistema de controle 11 Sistema BIPV

12 Demanda do IEE Potência (W) Milhares Geração do sistema BIPV Potência (kw) Céu parcialmente nublado /07 06:00 01/07 09:00 01/07 12:00 01/07 15:00 01/07 18:00 Céu claro /07 06:00 19/07 09:00 19/07 12:00 19/07 15:00 19/07 18:00 12

13 Metas físicas: Desenvolvimento de protótipo de BESS de 100 kwh (BMS + Acumulador Lítio-Íon. Instalação do protótipo e de conversor bidirecional de 100 kva. Implantação de infraestrutura laboratorial para avaliação de conformidade da interface de conexão de sistemas de armazenamento de energia com bateria à rede de distribuição. Projeto, montagem e operacionalização de um sistema de armazenamento de energia utilizando o hidrogênio eletrolítico com conversão em energia elétrica através de célula a combustível com capacidade de 100 kwh em hidrogênio pressurizado. 13

14 Metas físicas: Desenvolvimento de protótipo de BESS de 100 kwh (BMS + Acumulador Lítio-Íon). CPqD / PHB 10 módulos em série por string Tensão Nominal: 480 V Corrente Nominal: 209 A 14 4 strings em paralelo totalizando 100 kwh Master BMS -SOC -SOH -Gerenciamento e controle -Comunicação externa

15 Metas físicas: Instalação do protótipo e de conversor bidirecional de 100 kva. Entregáveis - CPqD / PHB Container de 20 pés (6,058m x 2,438m x 2,591m), com isolamento térmico nas paredes e teto, piso de chapa corrugada e porta com fechadura. Cubículo de Média Tensão MT (13,8kV) com seccionamento e proteções apropriados. Transformador trifásico 13,8kV Δ / 0,4kV Υ (125kVA). Quadro de Baixa Tensão BT (400V 3F + N) com seccionamento e proteções apropriados. Conversor Vcc/400Vca 3F+N bidirecional com operação nos 4 quadrantes e potência nominal de 35 C 60Hz (FP=±0,8). Battery Energy Storage System (BESS) composto por 4 bancos de baterias lítio-íon (480 V/52,1 Ah/25 kwh) com Battery Management System (BMS). Transformador Auxiliar 400V Υ / 380V Υ (10kVA) e quadro de distribuição para circuitos auxiliares. Ar condicionado BTU/h. Sistema de aterramento e SPDA. Sistema de segurança e detecção de incêndio. Sistema de iluminação interna e externa e tomadas. Cabos e barramentos para interconexão dos componentes internos. 15

16 Metas físicas: Implantação de infraestrutura laboratorial para avaliação de conformidade da interface de conexão de sistemas com armazenamento de energia em bateria. LABORATÓRIO PARA QUALIFICAÇÃO DE INVERSORES - ACREDITADO PELO INMETRO Execução de ensaios de qualificação em conformidade com a Portaria INMETRO 357/

17 Metas físicas: Projeto, montagem e operacionalização de um sistema de armazenamento de energia utilizando o hidrogênio eletrolítico com conversão em energia elétrica através de célula a combustível com capacidade de 100 kwh em hidrogênio pressurizado. INFRAESTRUTURA LABORATORIAL DA HYTRON 17

18 Etapas Etapa 1. Estudar as tecnologias de sistemas de armazenamento de energia disponíveis comercialmente e os métodos para incorporá-las ao sistema elétrico, considerando aplicações associadas à geração intermitente. Etapa 2. Projetar, instalar e operacionalizar um sistema de armazenamento de energia com baterias de lítio-íon para fornecimento de serviços ancilares. Etapa 3. Projetar, instalar e operacionalizar um sistema de armazenamento de energia em hidrogênio com conversão para eletricidade através de célula a combustível tipo PEM. Etapa 4. Contribuir para desenvolvimento da tecnologia e da indústria nacionais de conversores bidirecionais e BMS para baterias de lítio-íon aplicados a sistemas de armazenamento de energia. 18

19 Etapa 5. Estudar, desenvolver e validar métodos e estratégias de gerenciamento de sistemas de armazenamento de energia conectados ao sistema elétrico em aplicações associadas à geração intermitente, em particular a fotovoltaica. Etapa 6. Estudar o comportamento intermitente das flutuações da radiação solar e os seus impactos na operação de sistemas de armazenamento de energia conectados à rede elétrica. Etapa 7. Propor requisitos normativos e regulatórios para a integração de sistemas de armazenamento de energia ao sistema elétrico. Etapa 8. Implantar infraestrutura laboratorial para a avaliação de conformidade da interface de conexão à rede de sistemas de armazenamento de energia com bateria associados à geração fotovoltaica no contexto da geração distribuída. 19

20 Etapa 9. Adaptar a infraestrutura existente na Hytron para a produção e o armazenamento de hidrogênio eletrolítico. Etapa 10. Instalação e operação do sistema de armazenamento em hidrogênio e célula a combustível na Hytron. Etapa 11. Promover a divulgação dos resultados do projeto Etapa 12. Estabelecer cooperação internacional com o IES-UPM (Grupo de Sistemas Fotovoltaicos) para os estudos e a divulgação dos resultados. Etapa 13. Capacitar recursos humanos nos temas abrangidos pelo projeto. 20

21 Resultados 1. Desenvolvimento de sistema piloto nacional de armazenamento de energia. 2. Desenvolvimento de proposta de normas técnicas. 3. Desenvolvimento de proposta de regulamentação. 4. Análise técnico-econômica de sistemas de armazenamento de energia. 5. Desenvolvimento de estratégias de controle para sistemas de armazenamento de energia conectados à rede para prover serviços ancilares. 6. Planta piloto em escala laboratorial de sistema de CaC (utilizando hidrogênio) para armazenamento de energia e sua comparação com ESS com Baterias de Lítio-Íon. 21

22 7. Estudos de viabilidade técnico-econômica. 8. Solução de bateria mais adequada para a aplicação, considerando aspectos técnicos / financeiros e maturidade tecnológica. 9. Prova de conceito de mini geração distribuída com armazenamento conectado a rede elétrica. 10.Prova de conceito em escala de 100 kw / 100 kwh e estudo de extrapolação para sistemas de maior porte. 11.Estudos dos impactos na qualidade de energia da rede elétrica. 22

23 OBRIGADO PELA ATENÇÃO 23