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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/27982
Tipo: | Tese |
Título: | Estudo do potencial de multigeração para unidades consumidoras residenciais e comerciais no Brasil |
Autor(es): | Delgado, Danielle Bandeira de Mello |
Primeiro Orientador: | Carvalho, Monica |
Resumo: | Com a transição energética, o cenário para suprimento de energia que se constrói atualmente no mundo sugere um modelo descentralizado, inteligente, limpo e que concede mais autonomia ao consumidor final. Tecnologias de multigeração proporcionam benefícios socioeconômicos e ambientais significativos relacionados ao uso eficiente dos recursos energéticos, como, por exemplo, a redução dos custos operacionais e das emissões de carbono. A motivação deste estudo é garantir que uma ampla gama de usuários finais de energia no Brasil possa tirar proveito desses sistemas, por meio dos custos de produção mais reduzidos e da aplicação das tecnologias desenvolvidas nessa área. O objetivo principal do trabalho é desenvolver uma ferramenta flexível e de fácil utilização por usuários finais para otimização estrutural e paramétrica de sistemas de multigeração para unidades consumidoras típicas, com foco na minimização de custos. Para a modelagem do sistema foram levantados todos os dados técnicos, financeiros e computacionais e uma superestrutura contendo todos os recursos energéticos e equipamentos comercialmente disponíveis foi proposta. A programação linear foi modelada com todas as configurações possíveis e a busca pela configuração econômica ótima foi realizada. O problema de otimização foi implementado utilizando a linguagem C++ e resolvido por meio do solver ILOG CPLEX Optimization Studio da IBM. Foram utilizadas como estudos de caso uma unidade consumidora residencial e outra comercial, tendo suas demandas energéticas anuais sido levantadas com base em metodologias específicas e considerando dias representativos. Foram ainda incluídas as demandas energéticas referentes à recarga de veículos elétricos na unidade consumidora residencial e verificada a produção do excedente de eletricidade e a aplicação da lei nº 14.300/2022, que institui o marco legal da microgeração e minigeração distribuída, o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE) e o Programa de Energia Renovável Social (PERS) no Brasil. O modelo de otimização determinou a combinação ótima de equipamentos, conexões e fontes energéticas dentro das superestruturas previstas tanto para unidade residencial como comercial, permitindo visualizar a configuração de tecnologias e os custos (de forma horária e mensal), além do excedente de eletricidade produzido. Como resultados apresentados para o centro residencial, destacaram-se a implantação de 102 módulos fotovoltaicos e de caldeiras a biomassa para produção água quente. O sistema ótimo apresentou uma redução de 27,02% no custo anual total quando comparado a um sistema de referência, porém com investimento inicial 41,69% maior. Para o centro comercial, o ótimo econômico contemplou uma caldeira a biomassa, o que contribuiu para a redução em 48,37% da eletricidade importada da rede elétrica, com redução no investimento inicial em equipamentos, e ainda com um custo anual total inferior em 19,38%, se comparado a um sistema de referência. Com a realização das análises de sensibilidade, foi possível verificar de forma mediata a facilidade e flexibilidade do sistema implementado, com simulações dinâmicas e de resultados rápidos e, de forma imediata, que o sistema ótimo foi mais sensível à retirada das caldeiras à biomassa e apresentou um bom desempenho diante das variações no preço das utilidades, mantendo sua configuração original na maioria dos cenários. |
Abstract: | With energy transition, the scenario for energy supply that is currently being built in the world is more decentralized, intelligent, with a clean model and that grants the final consumer more autonomy. Multigeneration technologies provide significant socioeconomic and environmental benefits related to the efficient use of energy resources, such as the reduction of operating costs and carbon emissions. The motivation of this study is to ensure that a wide range of energy end users in Brazil can take advantage of these systems, through lower production costs and application of advanced technologies in this area. The main objective of this work is to develop a flexible tool that is easy to use by end users for structural and parametric optimization of multigeneration systems for typical consumer units, with focus on minimizing costs. For the system modelling, all technical, financial and computational data were collected and a superstructure containing all energy resources and commercial equipment available was proposed. The linear programming was modeled with all possible configurations and the exhaustive search for the optimal system was performed. The optimization problem was implemented using the C++ language and solved using the ILOG CPLEX Optimization Studio solver by IBM. A residential and a commercial consumer were used as case studies, with their annual energy demands being raised based on specific methodologies and considering representative days. Were also included the demanded energy related to the recharge of electric vehicles in the residential consumer unit, the production of surplus electricity and the application of Law 14,300/2022, which establishes the legal framework for microgeneration and distributed minigeneration, the Energy Compensation System (SCEE), and the Social Renewable Energy Program (PERS) in Brazil. The optimization model determined the optimal combination of equipment, connections and energy sources within the superstructures planned for both residential and commercial units, allowing visualization of technologies and costs (hourly and monthly) configuration, in addition to the surplus electricity produced. As results presented for the residential center, the implementation of 102 photovoltaic modules and biomass boilers for hot water production stands out. The optimal system presented a 27.02% reduction in the total annual cost when compared to a reference system, but with an initial investment 41.69% higher. For the commercial center, the economic optimum included a biomass boiler, which contributed to a 48.37% reduction in electricity imported from the electrical grid, with a reduction in the initial investment in equipment, and even with a total annual cost lower by 19.38% compared to a reference system. By carrying out the sensitivity analyses, it was possible to verify the ease and flexibility of the implemented system, with dynamic simulations and quick results and, immediately, that the optimal system was more sensitive to the removal of boilers from biomass and presented a good performance in the face of variations in the utilities prices, maintaining its original configuration in most scenarios. |
Palavras-chave: | Energia elétrica Tecnologias de multigeração Energia renovável social Produção combinada de energia Programação matemática Otimização Menor custo Edifícios Combined energy production Mathematical programming Optimization Annual cost Buildings |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Mecânica |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/27982 |
Data do documento: | 30-Mar-2023 |
Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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