- O capítulo foca em otimizar o tamanho do sistema de armazenamento de energia para aplicações de consumidores finais considerando as estruturas de variação de preço da energia no tempo. O trabalho adota uma abordagem probabilística como ferramenta de análise.
1) Estruturas da tarifa de energia
- Baseada em variante e não-variante no tempo
- Variante no tempo: o custo da energia varia ao longo do tempo (dia)
- Não-variante no tempo: essa variação não se aplica
- Há, por exemplo, o custo da tarifa considerando o preço em tempo real (RTP) e o preço de pico crítico (CPP).
- ToU = Tarifas no tempo de uso
- ToU mais aplicado hoje em dia; nesta estrutura tarifária o dia é dividido em períodos de tempo
- Basicamente o período no tempo de pico e fora-de-pico
- Custo total de um sistema de armazenamento de energia:
- CT(x) = C0 + CR + CD + CM + CE
- C0 custo de investimento inicial da BESS
- CR custo de substituição da BESS (compra de um novo sistema de baterias)
- CD custo de despensa da BESS
- CM é o custo de manutenção da BESS
- CE custo da energia
- O período de vida LB depende do número dos ciclos de carregamento/descarregamento que o fabricante fornece em correspondência de um Profundidade de descarregamento DoD
- Custo da energia inclui: (i) despesas da carga; (ii) despesas da energia com o carregamento da bateria e (iii) economia relacionada ao despacho de energia da bateria:
- CE = Cls + Cch - Cdch
- Cls custo total solicitado pela carga do consumidor
- Cch custo relacionado ao carregamento das baterias
- Cdch custo evitado pelo consumidor pelo suprimento de energia através da BESS
- Cls é calculado da seguinte maneira:
- N é o número de períodos
- alpha é o taxa de desconto
- Sn é a estação em que o ano é dividido
- d(i) é o número de dias típicos do ith estação
- T(i) é o período do dia em o dia é dividido baseado no esquema de tarifa ToU
- Pr-(n,i) é a tarifa fora de pico
- Pr--(n,i) é a tarifa de pico
- Eload-(n,i) é a energia total exigida pela carga no período fora de pico
- Eload--(n,i) é a energia total exigida pela carga no período de pico
- A energia consumida pela carga fora do horário de pico e a energia usada por ela durante o horário de pico são dadas em função da potência ativa e do intervalo de tempo
- e(n,i) é a energia carregada e descarregada pela BESS em um dado dia da i-ésima estação do ano n.
- etach e etadch são a eficiência de carregamento e descarregamento da BESS, respectivamente.
- Há algumas restrições relacionadas a preservação da vida da BESS bem como de acordos comerciais entre distribuidora e cliente.
- Restrições quanto ao tempo de vida da bateria:
- DoD da BESS não pode exceder um valor máximo especificado
- Restrições contratuais:
- Valor máximo imposto no total de potência absorvida pelo consumidor da rede
- O consumidor não pode fornecer energia à rede
- Os intervalos de tempo para os períodos de pico e fora pico pode ser separado em sub períodos:
- Se a potência suprida pela BESS é MAIOR do que a potência exigida pela carga:
- pB,max > pL(n,i,t), então:
- Se a potência fornecida pela BESS é MENOR do que a potência solicitada pela carga
- pB,max <= pload(n,i,t), então:
- A energia máxima despachada pela BESS é dada pela soma:
- Durante períodos fora de pico:
- Se a soma entre a potência solicitada pela a carga e a potência armazenada na BESS for MENOR que a potência máxima contratada, então a energia a ser carregada é:
- Se a soma entre a potência solicitada pela a carga e a potência armazenada na BESS for MAIOR que a potência máxima contratada então a energia a ser carregada é:
- A energia total consumida pela BESS é dada por:
- Uma outra restrição leva em conta o máximo DoD da bateria dado por:
- Em resumo, a energia trocada entre BESS e a rede dada em um típico dia da estação i e do ano n é dado por:
3) Abordagem estatística para dimensionamento dos sistemas de baterias - Abordagem probabilística a ser usada para solucionar o dimensionamento da BESS tratando tais variáveis como variáveis aleatórias.
- Variáveis de entrada: demanda de carga, preço horário da energia e taxa interna de retorno
- Variável de saída: Custo Total [E(CT)]
- Variáveis de entrada devem ser associadas às funções de densidade de probabilidade:
- variável demanda de carga associada à distribuição normal
- variável preços da energia horária associada à distribuição normal
- variável taxa de desconto associada à função triangular
4 ) Aplicações numéricas - São propostos 3 cenários:
- Consumidor residencial
- Consumidor comercial
- Consumidor residencial
- Carga industrial
Potência máxima absorvida: 350kW
Tamanho da BESS: 0-2500 kWh com passos de 10kWh
- Carga comercial
Potência máxima absorvida: 250kW
Tamanho da BESS: 0-1500 kWh
- Carga residencial
Potência máxima absorvida: 150kW
Faixa de tamanho da BESS: 0-800kWh
Resultados:
Conclusão
- Resultados das demandas residenciais, comerciais e industriais demonstraram redução dos custos da conta de eletricidade
- Importância do dimensionamento de BESS para capturar as peculiaridades da topologia dos consumidores e o efeito das incertezas dos cenários
