Fechar

@PhDThesis{Gonçalves:2021:HiUsSo,
               author = "Gon{\c{c}}alves, Andr{\'e} Rodrigues",
                title = "Hibridiza{\c{c}}{\~a}o de usinas solares e e{\'o}licas e sua 
                         complementariedade no Brasil",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2021",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2021-05-21",
             keywords = "energia solar, energia e{\'o}lica, climatologia, planejamento, 
                         energia renov{\'a}vel, solar energy, wind energy, climatology, 
                         planning, renewable energy.",
             abstract = "O fornecimento de energia no Brasil est{\'a} se tornando 
                         dependente de novas vari{\'a}veis clim{\'a}ticas com o aumento 
                         da participa{\c{c}}{\~a}o das fontes solar e e{\'o}lica. Uma 
                         das solu{\c{c}}{\~o}es mais promissoras para reduzir a 
                         intermit{\^e}ncia da gera{\c{c}}{\~a}o de eletricidade a 
                         n{\'{\i}}vel local {\'e} a hibridiza{\c{c}}{\~a}o de duas ou 
                         mais fontes de energia em uma {\'u}nica usina, fornecendo 
                         servi{\c{c}}os ancilares para estabilidade da rede. Embora a 
                         energia e{\'o}lica j{\'a} responda pela segunda maior parcela da 
                         matriz el{\'e}trica brasileira, a energia solar est{\'a} 
                         crescendo duas vezes mais r{\'a}pido nos {\'u}ltimos anos, 
                         podendo superar a capacidade instalada e{\'o}lica na pr{\'o}xima 
                         d{\'e}cada. As diferentes configura{\c{c}}{\~o}es de plantas 
                         h{\'{\i}}bridas para energia solar, e{\'o}lica e 
                         hidr{\'a}ulica s{\~a}o o foco deste estudo, uma vez que a 
                         energia hidrel{\'e}trica {\'e} a espinha dorsal do setor 
                         el{\'e}trico brasileiro. Uma ampla revis{\~a}o sobre 
                         planejamento energ{\'e}tico, variabilidade clim{\'a}tica e 
                         energias renov{\'a}veis vari{\'a}veis (ERVs) {\'e} apresentada, 
                         com foco em sistemas h{\'{\i}}bridos de energia para o Brasil. 
                         Dois estudos de caso s{\~a}o delineados, um para sistemas 
                         h{\'{\i}}bridos e{\'o}lico-solares e outro para sistemas 
                         h{\'{\i}}bridos hidro-solares, ambos focados em aspectos 
                         meteorol{\'o}gicos da complementaridade energ{\'e}tica. No 
                         primeiro estudo foram utilizados dados de 14 anos de 
                         irradi{\^a}ncia solar e de vento medidos nas esta{\c{c}}{\~o}es 
                         radiom{\'e}tricas e anemom{\'e}tricas co-localizadas de 
                         Petrolina (PTR) e S{\~a}o Martinho da Serra (SMS), oriundos do 
                         projeto SONDA. Esses locais representam dois dos principais 
                         dom{\'{\i}}nios clim{\'a}ticos para expans{\~a}o de ERVs no 
                         Brasil. Avaliou-se o n{\'{\i}}vel de complementaridade para uma 
                         planta h{\'{\i}}brida hipot{\'e}tica buscando uma 
                         fra{\c{c}}{\~a}o solar {\'o}tima (SF) por meio de m{\'e}tricas 
                         de estabilidade de gera{\c{c}}{\~a}o de energia para escalas de 
                         tempo hor{\'a}rias, di{\'a}rias e mensais. A fra{\c{c}}{\~a}o 
                         solar {\'o}tima depende das escalas de tempo de interesse, 
                         variando de 0,3, para m{\'a}xima estabilidade hor{\'a}ria a 0,9 
                         para maior estabilidade di{\'a}ria, variando entre os locais. 
                         Padr{\~o}es de complementaridade importantes foram descritos em 
                         escalas hor{\'a}rias e sazonais. A mitiga{\c{c}}{\~a}o de 
                         eventos extremos tamb{\'e}m foi investigada. Para todos os 
                         crit{\'e}rios avaliados, a hibridiza{\c{c}}{\~a}o trouxe ganhos 
                         de confiabilidade no suprimento pot{\^e}ncia relativo, 
                         confirmando a relev{\^a}ncia de uma avalia{\c{c}}{\~a}o 
                         detalhada da gera{\c{c}}{\~a}o h{\'{\i}}brida devido ao 
                         acoplamento temporal das s{\'e}ries. O segundo estudo investigou 
                         os efeitos da brisa lacustre na nebulosidade sobre {\'a}reas 
                         alagadas de usinas hidrel{\'e}tricas. A maioria das usinas 
                         hidrel{\'e}tricas brasileiras possui grandes reservat{\'o}rios 
                         de {\'a}gua que podem induzir mudan{\c{c}}as significativas no 
                         microclima local. Identificou-se o mecanismo de brisa predominante 
                         em um reservat{\'o}rio hidrel{\'e}trico brasileiro em 
                         regi{\~a}o tropical. Imagens vis{\'{\i}}veis do sat{\'e}lite 
                         GOES-16 e medi{\c{c}}{\~o}es locais coletadas pelo INMET e INPE 
                         forneceram dados para a an{\'a}lise estat{\'{\i}}stica. O 
                         aumento da irradi{\^a}ncia solar sobre a superf{\'{\i}}cie da 
                         {\'a}gua foi comparado {\`a} {\'a}reas continentais ao redor do 
                         reservat{\'o}rio. Os resultados indicaram que a nebulosidade 
                         m{\'e}dia di{\'a}ria aumenta {\`a} medida que nos afastamos do 
                         reservat{\'o}rio em qualquer uma das dire{\c{c}}{\~o}es 
                         cardeais. Essa diferen{\c{c}}a chega a 8% durante o outono (MAM) 
                         e a primavera (SON). Consequentemente, o aumento da 
                         irradi{\^a}ncia m{\'e}dia na superf{\'{\i}}cie da {\'a}gua em 
                         compara{\c{c}}{\~a}o com as {\'a}reas externas foi de 1,73% 
                         Estes resultados sugerem que as usinas fotovoltaicas flutuantes 
                         podem experimentar ganhos relevantes de irradi{\^a}ncia solar 
                         devido ao mecanismo de brisa predominante em grandes 
                         reservat{\'o}rios hidrel{\'e}tricos em regi{\~o}es tropicais 
                         brasileiras. Outros fatores que afetam a produtividade destas 
                         usinas devem ser combinados para se estimar os ganhos globais 
                         destes sistemas. Espera-se que os resultados deste trabalho 
                         constituam mais uma fonte de informa{\c{c}}{\~o}es a dar suporte 
                         ao planejamento da expans{\~a}o do sistemas h{\'{\i}}bridos de 
                         energia no pais. ABSTRACT: Energy systems are becoming more 
                         dependent on new climate variables in Brazil due to increasing 
                         wind and solar power share. One of the most promising solutions 
                         for ensuring reliability of electricity supply, reducing costs and 
                         optimizing the grid is the hybridization of two or more power 
                         sources in a single generation plant, providing ancillary services 
                         for grid stability. Although wind responds currently for the 
                         second highest share of brazilian electricity mix, solar power is 
                         growing twice faster in recent years, probably overcoming wind in 
                         the next decade. The various hybridization sets for solar, wind 
                         and hydropower are the focus of this study since hydropower is the 
                         backbone of the Brazilian electricity sector. A broad review on 
                         energy planning, climate variability and variable renewable energy 
                         (VRE) is introduced, focusing on hybrid energy systems for Brazil. 
                         Two case studies are outlined, one for wind-solar and other for 
                         hydro-solar hybrid systens, both focused on meteorological aspects 
                         of power complementarity. The first case used 14 years of solar 
                         irradiance and wind data, measured at the Petrolina (PTR) and 
                         S{\~a}o Martinho da Serra (SMS) co-located 
                         radiometric/anemometric stations from the SONDA project. These 
                         locations represent two of the main climatological domains for VRE 
                         expansion in Brazil. The complementarity level for a hypothetical 
                         hybrid plant was quantified seeking for an optimal solar fraction 
                         (SF). This was done through power generation stability metrics 
                         developed for hourly, daily and monthly time scales. Results show 
                         that optimum share of solar to wind mix depends on time scales of 
                         interest, varying from a SF of 0.3, for maximum hourly stability, 
                         to 0.9 for maximum daily stability, ranging among locations. 
                         Hourly and seasonal scales revealed important complementarity 
                         patterns. Further investigation comprised mitigation of extreme 
                         events. For all the criteria, some level of hybridization brought 
                         value to power reliability, confirming the relevance of a detailed 
                         coupled power assessment due to wind and solar temporal 
                         dependency. The second case study investigated the effects of lake 
                         breeze on cloudiness over flooded areas of hydroelectric dams. 
                         Most Brazilian hydropower plants have large water reservoirs that 
                         may induce significant changes in the local environment. A 
                         prevailing breeze mechanism in a Brazilian tropical hydropower 
                         reservoir is identified. GOES-16 satellite visible imagery, and 
                         ground measurement sites operated by INMET and INPE provided data 
                         for the statistical analysis. The solar irradiance enhancement 
                         over the water surface was compared to the border and dry land 
                         areas surrounding the reservoir. The results pointed out that the 
                         daily average cloudiness increases as we move away from the 
                         reservoir in any of the four cardinal directions. This difference 
                         reaches 8% during autumn (MAM) and spring (SON). Consequently, the 
                         irradiance enhancement at the water surface compared to external 
                         areas was around 1.73% for daily average. Our results suggest that 
                         floating solar PV power plants may experience enhanced irradiance 
                         due to prevailing breeze mechanism in large tropical reservoirs in 
                         Brazil. Other factors that affect plant productivity should be 
                         combined to evaluate system overall performance. The 
                         abovementioned results may provide valuable information for hybrid 
                         energy systems planning in Brazil.",
            committee = "Alves, Lincoln Muniz (presidente) and Pereira, Enio Bueno 
                         (orientador) and Martins, Fernando Ramos (orientador) and Assireu, 
                         Arcilan Trevenzoli and Pes, Marcelo Pizzuti and R{\"u}ther, 
                         Ricardo",
         englishtitle = "ybridization of wind and solar power plants and their 
                         complementarity in Brazil",
             language = "pt",
                pages = "143",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/44M4UNB",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/44M4UNB",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "10 maio 2024"
}


Fechar