Energy Storage in Wind Farms

Abstract

In wind farms, due to the intermittency of the resource and to the fact that most wind parks have an installed power superior to the maximum power injectable into the grid, there is the need of curtailment, leading to resource and economic losses. Allied to these factors, in the future, wind generation should participate in the wholesale electricity market, being crucial the capacity to limit the generation in periods of low market price and to concentrate it in periods of higher price. In order to solve these issues, the use of energy storage systems is essential to store the power that otherwise would be wasted and to obtain a higher income to the wind farm. In this way, there is a need to develop algorithms able to correctly manage the energy storage system and also the wind resource.The main objective of this dissertation was to analyze the impact of an energy storage system, based on batteries, in wind farms. For such purpose, a management system for a wind farm with energy storage was designed. In order to ensure it, two management algorithms developed in MatLab environment were implemented, one with the objective of reducing wind power curtailment and the other, maintaining the curtailment as a priority, but also with the objective of maximizing the economic income of the wind park. The algorithms were tested and simulated for different scenarios and generation profiles and through the developed technical and economic analysis it was possible to verify the system viability. With the developed algorithms it was possible to reduce wind power curtailment and to increase the economic impacts of wind farms.

Nos parques eólicos, devido à intermitência do recurso e ao facto de que, na sua maioria, possuem uma potência instalada superior à máxima potência injetável na rede, surge a necessidade de curtailment, resultando assim em desperdícios de geração e em perdas económicas. Para além de estes fatores, futuramente os parques eólicos serão renumerados em regime de mercado, sendo então crucial limitar a geração em períodos de preço baixo e concentrar a geração em períodos de preço elevado. De forma a resolver estes problemas, o uso de sistemas de armazenamento é essencial, para assim, armazenar a geração, que de outra forma seria desperdiçada e ao mesmo tempo aumentar o lucro do parque. Surge então a necessidade de desenvolver algoritmos capazes de fazerem a gestão correta, não só do sistema de armazenamento, mas também do recurso eólico.O principal objetivo desta dissertação foi analisar o impacto de um sistema de armazenamento de energia elétrica composto por baterias em parques eólicos. Para tal, foi desenvolvido um sistema de gestão de um parque eólico com armazenamento de energia. Com esse intuito, foram desenvolvidos dois algoritmos em ambiente MatLab, um com o objetivo de reduzir curtailment e outro, mantendo a redução do curtailment como prioridade, com o objetivo de maximizar o lucro do parque eólico. Ambos os algoritmos foram simulados e analisados em diferentes cenários e para diferentes níveis de geração, através da análise técnico-económica realizada foi possível verificar a viabilidade do sistema. Com os algoritmos desenvolvidos foi possível reduzir o curtailment assim como aumentar o impacto económico em parques eólicos.