Gestão de Sistemas V2B e B2V em Grandes Edifícios

Abstract

A crescente integração de fontes de energia renováveis com produção de carácter intermitente e substituição de veículos a combustão por veículos elétricos (VEs) tem vindo a ser incentivada em grande parte por preocupações ambientais. Contudo, esta apresenta desafios relativamente à gestão das redes elétricas. Por outro lado, a implementação de sistemas mais sofisticados que permitam uma otimização dos tempos de carregamento dos VEs tem potencial para reduzir o impacto provocado pelo aumento de carga na rede e permite aumentar a integração de fontes renováveis. Para esse efeito, podem-se considerar os modos V2G (Vehicle-to-Grid) ou V2B (Vehicle-to-Building), que através de fluxos bidirecionais, tiram partido da bateria do VE como uma unidade de armazenamento capaz de prover flexibilidade à rede. Nesse contexto, o primeiro objetivo desta dissertação foi a melhoria de um algoritmo de gestão de sistemas V2B e B2V que pretende assegurar benefícios técnicos e económicos para os edifícios e para os proprietários dos VEs, tendo em consideração os objetivos, por vezes contraditórios, das duas entidades. O objetivo de minimização dos custos de energia do edifício (fatura de eletricidade) e dos custos para o utilizador através tarifas de estacionamento e carregamento (baseadas em períodos de tempo), é concretizado através de duas etapas subsequentes de otimização: definição de tarifas e escalonamento do carregamento dos VEs. Foi adicionado ao código e à sua formulação: o custo associado à potência contratada do edifício nos cálculo dos custos de eletricidade do edifício; e como parâmetro, o estado de carga da bateria de cada VE. Para além disso, foi implementado um método mais fiável de avaliação do custo de degradação da bateria dos VEs para cada ciclo carga/descarga.Por último, foi elaborado um caso de estudo para avaliar os impactos do sistema V2B/B2V sob vários cenários: diferentes perspetivas de otimização (gestor do edifício, utilizador do veículo elétrico e abordagem multiobjectivo), número variado de VEs estacionados no edifício e seus requisitos (tempos de estacionamento e carregamento, e estado de carga inicial das suas baterias), variação sazonal dos níveis de consumo e geração local (através da selecção de dias representativos) e um horário reduzido de estacionamento. Os resultados obtidos mostraram que a formulação proposta assegura uma redução de custos ao nível da fatura de eletricidade do edifício e dos custos de carregamento para os veículos, assim como também privilegia o autoconsumo da geração renovável local.

The increasing integration of renewable energy sources of intermittent nature and the replacement of combustion vehicles by electric vehicles (EVs) has been mainly driven by environmental concerns. However, this presents challenges regarding the management of electrical grids. On the other hand, the implementation of more sophisticated systems that allow optimisation of the charging schedule of EVs has the potential to reduce the impact caused by the increased electricity demand on the grid and allows increasing the integration of renewable energy sources. For this purpose, the V2G (Vehicle-to-Grid) or V2B (Vehicle-to-Building) modes can be considered, which through bidirectional flows, take advantage of the EV battery as a storage unit capable of providing flexibility to the grid. In this context, the first objective of this dissertation was the improvement of a V2B and B2V (Building-to-Vehicle) system management algorithm that aims to ensure technical and economic benefits for buildings and EV owners, taking into account the sometimes contradictory objectives of the two entities. The objective was to minimize the energy costs of the building (electricity bill) and the costs for the user through parking and charging fees (based on time periods) is realized through two subsequent optimization steps: tariff setting and EV charging scheduling. The following was added to the code and its formulation: the cost associated with the building's contracted power in the building electricity cost calculation; and as a parameter, the state of charge of each EV's battery. In addition, a more reliable method was implemented to evaluate the cost of EV battery degradation for each charge/discharge cycle.Finally, a case study was developed to evaluate the impacts of the V2B/B2V system under several scenarios: different optimization perspectives (building manager, electric vehicle user and multi-objective approach), varied number of EVs parked in the building and their requirements (parking and charging times, and initial state of charge of their batteries), seasonal variation of local generation and demand levels (by selecting representative days), and a reduced parking period. The results obtained showed that the proposed formulation ensures a cost reduction in the building's electricity bill and in the charging costs for the vehicles, as well as privileges the self-consumption of local renewable generation.