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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

FORNECIMENTO DE SERVIÇOS ANCILARES COM SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM SISTEMAS ELÉTRICOS COM ELEVADA PENETRAÇÃO DE GERAÇÃO INTERMITENTE - Chamada nº 021/2016 - ANEEL

2

Proponente:

Coordenação :

Execução:

Parceiros:


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.

2. 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.


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.


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.


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

Inteligência de gestão energética 7

Originalidade


8

• 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.

Aplicabilidade


9

• 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).

• 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.

Desenvolvimento da indústria nacional, regulamentação específica e exploração de novo nicho de mercado:

Relevância


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O projeto utilizará infraestrutura pré-existente no IEE/USP resultante da chamada de P&D estratégico n°13/2011.

Recursos – Materiais e Métodos

Projeto “Desenvolvimento de Competências e Avaliação de Arranjos Técnicos em Geração Distribuída com Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede”


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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

Sistema BIPV


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Potê

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Geração do sistema BIPV

Céu parcialmente nublado

020406080

100120140160180200220

Potên

cia (W

)M

ilhar

es

Demanda do IEE

Céu claro


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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.


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Metas físicas:

• Desenvolvimento de protótipo de BESS de 100 kWh (BMS + Acumulador Lítio-Íon).

10 módulos em série por string Tensão Nominal: 480 V

Corrente Nominal: 209 A

4 strings em paralelo totalizando 100 kWh Master BMS

-SOC -SOH -Gerenciamento e controle -Comunicação externa

CPqD / PHB


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Metas físicas:

• Instalação do protótipo e de conversor bidirecional de 100 kVA.

• 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 425-900Vcc/400Vca 3F+N bidirecional com operação nos 4 quadrantes e potência nominal de 100kW @

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 20.000 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.

Entregáveis - CPqD / PHB


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Implantação de infraestrutura laboratorial para avaliação de conformidade da interface de conexão de sistemas com armazenamento de energia em bateria.

Metas físicas:

LABORATÓRIO PARA QUALIFICAÇÃO DE INVERSORES - ACREDITADO PELO INMETRO Execução de ensaios de qualificação em conformidade com a Portaria INMETRO 357/2014


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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


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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.

Etapas


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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.


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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.


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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.


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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.


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OBRIGADO PELA ATENÇÃO

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