Sistema híbrido hidrelétrico-eólico-solar

Sistema híbrido eólico-solar com hidrelétrica bombeada na eletrificação rural.

Cientistas no Marrocos avaliaram como as usinas solares eólicas híbridas podem ser combinadas com o armazenamento hidrelétrico bombeado (ou reversível) para abastecer áreas rurais remotas. O sistema proposto teria um LCOE de US$ 0,03831/kWh e um fator de uso de 86%.

Proposta de instalação de armazenamento hidrelétrico bombeado.

Pesquisadores da Escola de Minas de Rabat, no Marrocos, propuseram a construção de uma usina híbrida fotovoltaica e eólica na província oriental de Zagorap, que usa armazenamento hidrelétrico bombeado (PHS). Sua proposta é baseada em um estudo de simulação que otimizou o tamanho do sistema em termos econômicos e técnicos.

“Propusemos essa tecnologia porque os proprietários da área não se beneficiam muito das águas subterrâneas sazonais que passam pelo vale, apesar da presença de uma barragem”, disse o grupo. “Assim, exploraremos essa água para gerar energia e alcançar a autossuficiência energética. Ao aproveitar esse recurso subutilizado, pretendemos fornecer soluções de energia sustentável e impulsionar o progresso econômico e social na região”.

A simulação do sistema foi realizada através do software HOMER e teve como foco a demanda de energia de três tribos na aldeia de Tazarine, a saber, Ait-Rebaa, Ait-Imnasef e Ait-Baha, com 90 pequenas casas, 30 grandes casas, seis mesquitas, um escritório da aldeia e duas escolas. No total, a demanda média de energia é de 1.050,92 kWh por dia.

A vila conta com 188,67 kWh/m² de radiação solar em seu nível mais baixo, em novembro, e com 228,37 kWh/m² no nível mais alto, em março. A temperatura média ao longo do ano é de 20,82°C e a velocidade do vento é a média de 5,02 m/s. O índice de apuramento está em seu nível mais baixo em junho e julho, quando marcou 0,63, e em seu nível mais alto em dezembro, em 1,15.

“Software deste sistema híbrido otimizou cada cenário gerado por meio das várias configurações de microrredes para satisfazer a carga de demanda da vila com o menor custo possível de energia”, disseram os acadêmicos. “Resultados dos procedimentos de simulação e otimização do HOMER indicam que, entre os 4 cenários, as configurações do sistema foram classificadas do mais para o menos economicamente lucrativo. Sistemas de energia híbridos são classificados como 1-PV / Wind / PHS, 2-PV / Wind, 3-PV / PHS e 4-PV”.

Configuração do sistema

Cada cenário combinou diferentes tamanhos de unidades fotovoltaicas, turbinas eólicas e PHS. Os módulos solares foram assumidos como painéis monocristalinos de 350 W, com uma eficiência de 18,04%, instalados em uma inclinação de 31 graus. Cada turbina eólica tinha uma potência nominal de 25 kW, e as unidades PHS foram assumidas como tendo uma capacidade de 245 kWh. Este sistema também podia importar ou exportar eletricidade da rede e tinha um conversor de energia de 20 kW.

Enquanto no cenário 1-PV/Wind/PHS, o sistema inclui 101 kW de PV, quatro turbinas eólicas e uma unidade PHS, o cenário 2-PV/Wind tem 244 kW de PV, quatro turbinas eólicas e nenhum armazenamento. No caso do 3-PV/PHS, o sistema possui um PV de 207 kW, sem turbinas eólicas, mas com três unidades de PHS. O cenário de 4 PV inclui apenas 1.478 kW de PV, sem turbinas eólicas ou armazenamento.

A análise mostrou que o sistema no primeiro cenário poderia atingir o menor custo nivelado de energia (LCOE) de US$ 0,03831/kWh, enquanto o segundo, terceiro e quarto cenários alcançaram US$ 0,058/kWh, US$ 0,130/kWh e US$ 0,289/kWh, respectivamente.

“Em relação ao Custo Presente Líquido (NPC), o primeiro cenário se destaca como a escolha ideal, com um NPC atingindo aproximadamente US$ 262.596,2. Seguindo de perto está o segundo cenário, com um NPC médio de aproximadamente US$ 408.232,00. Enquanto o terceiro cenário fica para trás com um NPC médio de aproximadamente US$ 648.911,00. O quarto cenário se destaca com um NPC significativo, chegando a aproximadamente 1,47 milhão de dólares”, disseram os pesquisadores.

Os custos operacionais e de manutenção (O&M) para os cenários 1 a 4 foram de US$ 3.064, US$ 4.448, US$ 18.391 e US$ 26.817, respectivamente. Os custos de capital foram de US$ 212.393, US$ 329.647, US$ 398.361 e US$ 1,08 milhão, respectivamente. “Os custos operacionais e de manutenção também são minimizados, enquanto o sistema atinge uma eficiência impressionante de 86% no consumo de energia em relação à produção”, acrescentou a equipe.

“No cenário 1, a geração combinada de energia, o excesso de produção e o consumo elétrico são de 613.145 kWh/ano, 67.781 kWh/ano e 530.193 kWh/ano, respectivamente”, explicou ainda. “O cenário 2 segue com cerca de 883.247 kWh/ano, 323.454 kWh/ano e 548.557 kWh/ano. Avançando para o cenário 3, os valores são 503.794 kWh/ano, 77.549 kWh/ano e 3.387.112 kWh/ano. Por fim, o cenário 4 registra um total de 2.859,21 kWh/ano, 2.460.626 kWh/ano e 393.016 kWh/ano, dependendo do modelo de precificação”.

Usinas hibridas – Presente e Futuro da Geração de Energia Elétrica

Cientistas apresentaram suas descobertas no artigo “Optimization and design to catalyze sustainable energy in Morocco’s Eastern Sahara: A hybrid energy system of PV/Wind/PHS for rural electrification“, publicado na Cleaner Energy Systems. (pv-magazine-brasil)