O presente trabalho está dividido em seis Capítulos e dois Apêndices, os quais serão descritos resumidamente adiante.
O Capítulo 2 tem por objetivo reunir os principais trabalhos contidos no estado da arte envolvendo os temas “conexão ótima de parques eólicos” e “máxima penetração de geração eólica”, destacando-se as técnicas de análise utilizadas e as restrições consideradas em cada estudo, de modo a contextualizar os trabalhos referenciados na área.
O Capítulo 3 tem como propósito apresentar a primeira metodologia desenvolvida nesta tese, com o objetivo de determinar o ponto ótimo de conexão de um parque eólico offshorea uma rede onshore, de forma a garantir a máxima capacidade de geração eólica ‘Ck’.
A formulação é baseada em Programação Não Linear com Fluxo de Potência Linearizado (PNL-CC), fornecendo uma estrutura que atende à natureza aleatória dos ventos e ao comportamento variável da carga, ao mesmo tempo em que respeita os limites térmicos das linhas de transmissão e o critério de segurança “N − 1”. Além disso, propõe-se a inclusão de perdas nas linhas de transmissão no modelo linearizado utilizado na análise da rede. A aplicação da metodologia em dois sistemas-tutoriais é apresentada, onde é possível visualizar com maior detalhamento a formulação proposta e os resultados obtidos passo-a-passo.
O Capítulo 4 tem por finalidade propor e discutir a segunda metodologia desenvol- vida nesta tese, com o objetivo de determinar o ponto ótimo de conexão de um parque eólico offshore a uma rede onshore, de forma a garantir a máxima capacidade de geração eólica ‘Ck’. O algoritmo proposto utiliza Programação Não Linear com uma abordagem de
Fluxo de Potência CA (PNL-CA) para realizar o estudo em questão. O método de decom- posição matemática de Benders foi utilizado para representar as restrições de segurança relacionadas ao critério de segurança “N − 1”. Neste capítulo, também é apresentado um sistema-tutorial de forma a acompanhar detalhadamente a formulação proposta e a interpretar os resultados obtidos.
No Capítulo 5, tem-se por intuito apresentar e discutir os resultados obtidos através da implementação da “Metodologia I” e da “Metodologia II”, abordadas nos Capítulos 3 e 4, respectivamente. Para este fim, tais metodologias propostas são aplicadas em sistemas-testes reconhecidos na literatura. De forma geral, busca-se testar as metodologias propostas em sistemas de pequeno, médio e grande porte, de forma a explorar suas
características e suas relevâncias. Os estudos realizados em sistemas de pequeno e médio porte permitem uma análise do problema com cunho mais tutorial, enquanto que o estudo de sistemas reais de grande porte são capazes de demonstrar a aplicabilidade e eficácia da metodologia proposta em casos práticos.
Por fim, o Capítulo 6 apresenta as principais conclusões com relação à aplicação das duas metodologias propostas nesta tese. Além disso, com o propósito de dar continuidade aos estudos iniciados no presente trabalho, são sugeridos possíveis trabalhos futuros.
Adicionalmente, são incluídos dois Apêndices a esta tese. No Apêndice A, são apresentados os dados dos sistemas elétricos utilizados no decorrer do estudo, tanto nos sistemas tutoriais quanto nos sistemas-teste. O Apêndice B é responsável por fornecer uma breve revisão sobre o método de decomposição matemática de Benders.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Devido às crescentes preocupações relacionadas ao meio ambiente e ao esgotamento de fontes de energia convencionais, as energias renováveis estão recebendo mais atenção do que nunca. Nesse sentido, a energia eólica é uma das que possuem maior destaque na conjuntura de investimentos em fontes renováveis e muitos países estão planejando cenários ambiciosos de inserção de energia eólica para o futuro, deslumbrando aumentar as penetrações renováveis em até 25% nos próximos 10 anos (NICK et al., 2011; PINTO, 2013; IEA, 2019).
A energia eólica onshore é um dos tipos de energias renováveis mais baratos e, devido ao relativo curto tempo de instalação, a incentivos governamentais e a procedimentos fáceis de operação, é uma boa opção para geração de energia em muitos países (NICK et al., 2011; BARINGO; CONEJO, 2011). Entretanto, em alguns casos, regiões com alto potencial de vento encontram-se localizadas em áreas marítimas, sendo interessante a implantação desses parques eólicos em ambiente offshore. Dessa forma, os PEO precisam de um sistema de transmissão dedicado para se conectar à rede principal existente. A construção de uma nova estrutura exige não apenas investimentos, mas também enfrenta objeções públicas e barreiras ambientais. Além disso, para parques eólicos remotos, a capacidade pode não ser plenamente explorada devido a um possível congestionamento no sistema de transmissão ou a dificuldades no escoamento da potência gerada, fatores esses que merecem ser investigados.
Para superar todas essas barreiras, estratégias de determinação do ponto ótimo de conexão de parques eólicos offshore que garantam a máxima penetração de geração eólica no sistema elétrico devem ser estudadas. No entanto, devido a flutuações no perfil de produção de energia e a outras características existentes no local, é necessária uma análise abrangente durante um período prolongado para se encontrar os locais ideais de instalação desses parques eólicos. Esta análise deve considerar o perfil de carga, as fontes de energia existentes, a infraestrutura de linhas de transmissão e o perfil de velocidade do vento de todas as regiões potenciais em estudo.
Nesse sentido, com o objetivo de conhecer o que vem sendo publicado na literatura com relação aos temas abordados nesta tese e, também, de adquirir o conhecimento necessário para a avaliação crítica da metodologia proposta neste trabalho, no presente capítulo é realizado um estudo do estado da arte, em ordem cronológica de publicação, acerca dos principais trabalhos que abordam os temas de "determinação do ponto ótimo de conexão de parques eólicos"e de "máxima penetração de geração eólica em sistemas elétricos de potência", destacando-se as técnicas de análise utilizadas e as restrições consideradas em cada estudo.
No decorrer da pesquisa sobre os temas citados, foram encontrados, também, trabalhos relacionados à "integração de parques eólicos a rede elétrica"e à "expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica contendo fontes renováveis", assuntos que per- meiam o principal interesse de estudo desta tese. Dessa forma, certo de suas contribuições técnicas, alguns trabalhos serão apresentados subsequentemente, ficando claro que estes tópicos não são o principal foco desta tese, sendo necessária uma pesquisa bibliográfica mais aprofundada caso seja de interesse dar continuidade a estudos relacionados a esses conteúdos.
Por fim, serão apresentadas conclusões parciais referentes às análises realizadas neste capítulo, mostrando-se algumas estatísticas relacionadas às técnicas de estudo desenvolvidas neste conjunto de trabalhos e a indicadores que demonstram a potencialidade do tema em estudo nas pesquisas realizadas nos últimos anos.