Requisitos de Flexibilidade para a Integração em Larga Escala de Energia Solar Fotovoltaica

Abstract

A transição energética dos combustíveis fósseis para as energias renováveis é o grande desafio do século XXI e a energia solar fotovoltaica assume um papel fundamental para a garantir. Os avanços tecnológicos estão a permitir tornar cada vez mais rentável a energia solar fotovoltaica, pelo que é expectável um crescimento significativo da sua potencia instalada a nível mundial. Portugal é dos países com maior índice de radiação solar da União Europeia, e apesar da baixa capacidade instalada atual, prevê-se que o fotovoltaico será a fonte com maior crescimento nos próximos anos, podendo no futuro ser a principal fonte de energia do país. Posto isto, a avaliação dos impactos que a penetração da energia solar fotovoltaica em larga escala tem na gestão do sistema electroprodutor torna-se fundamental.A presente dissertação tem por objetivo compreender qual o impacto que o crescimento da energia solar fotovoltaica terá na gestão dos sistemas de energia elétrica e avaliar tecnologias capazes de mitigar a sua variabilidade, nomeadamente tecnologias de armazenamento de energia ou de gestão da procura. Os sistemas de armazenamento permitem assegurar reserva operacional, armazenando o excesso de energia das horas de maior produção e menor procura e descarregar nas horas de ponta dos diagramas de carga. A gestão da procura complementa esta tecnologia reduzindo a necessidade de investimento em baterias de maior capacidade. Analisaram-se cenários futuros com base nas previsões de crescimento da potência instalada do fotovoltaico em Portugal para 2021 (1,6 GW) e 2030 (6 GW), estudou-se os impactos e analisaram-se possíveis soluções. Para o dia referente à primavera o aumento da potência para 6 GW permitiu reduzir em 6,65 GWh a geração a gás natural e evitar a importação de 1,3 GWh. A introdução de uma bateria com capacidade de 1,866 GWh permitiu reduzir em 1317 MWh a importação e em 2952 MWh o excesso de renováveis face ao consumo, correspondendo a 14,78% do referido excesso.Em suma pode-se afirmar que o crescimento da energia solar fotovoltaica e a intermitência da mesma exigem um sistema electroprodutor flexível. Nesse contexto, os sistemas de armazenamento e a gestão da procura são fundamentais para garantir a flexibilidade, mantendo o sistema de energia elétrica em equilíbrio.

The energy transition from fossil fuels to renewable energies is the great challenge of the 21st century and solar photovoltaics plays a key role in it. The technological advances are making solar photovoltaics more profitable, therefore a significant increase in the worldwide installed power is expected. Portugal is one of the countries with the highest solar radiation index in the European Union, despite the current low installed capacity. However, photovoltaic is expected to be the fastest growing source in the coming years and can be the country's main source of energy in the future. Therefore, the assessment of the impacts of the large-scale penetration of photovoltaic power on power generation systems and its management becomes indispensable.The aim of this dissertation is to understand the impact of the growth of photovoltaic power in the management of electrical systems and to evaluate technologies capable of mitigating their variability, namely energy storage or demand-side management technologies. Storage systems can ensure operational reserve, storing the energy surplus in hours of higher generation and lower demand and discharge at periods of high demand. Demand-side management complements this technology by reducing the need for investment in batteries with large capacity.Future scenarios were analyzed based on forecasts for the growth of the installed photovoltaic power in Portugal for 2021 (1.6 GW) and 2030 (6 GW), being studied the impacts and analyzed possible solutions. For the spring day, the increase in power to 6 GW allowed to reduce natural gas generation by 6.65 GWh and to avoid the import of 1.3 GWh. The introduction of a battery with a capacity of 1,866 GWh enabled the reduction of imports by 1317 MWh and the renewable generation surplus of renewables relatively to the consumption by 2952 MWh, corresponding to 14.78% of such surplus.It can be concluded that the growth of photovoltaic power and its intermittence will require a flexible power generation system. In this context, storage systems and demand-side management are critical to ensuring flexibility by keeping the power system in balance.