No documento de “C. Abbey” e “G. Joos” «[5]», propõe-se um sistema de gestão de energia baseado em lógica imprecisa (←(P,I)― “fuzzy logic”), de modo a optimizar o uso do armazenamento de energia.
A energia eólica é uma fonte de energia muito variável ao longo do tempo (cronológico) e difícil de ser prevista, o que implica que haja impactos negativos na electricidade produzida por aerogeradores, a qual é incerta no tempo e tem características eléctricas (tensão, frequência, potência) instáveis e de difícil controlo. Para resolver ou limitar esses impactos negativos, utiliza-se dispositivos de electrónica de potência nos aerogeradores.
Uma potência eléctrica flutuante à saída de um parque eólico resulta em vários problemas para o sistema de energia eléctrica, tais como:
- tremulação (←(P,I)― “flicker”) de tensão; - equilíbrio eléctrico entre produção e consumo;
O fornecimento de electricidade a partir de uma fonte alternativa de energia armazenável oferece uma potencial solução para contrabalançar a variabilidade e a imprevisibilidade do vento.
Os sistemas de armazenamento de energia (SAE’s) podem ser usados para efectivamente balancear as mudanças indesejáveis nas características da electricidade proveniente do aproveitamento energético eólico.
Um vasto leque de opções, para o armazenamento de energia, está actualmente disponível, em que cada opção ocupa uma área particular de aplicação. Na selecção do tipo de dispositivo armazenador de energia (DAE) para uma dada necessidade, é preciso considerar o cálculo de potência e o cálculo de quantidade de energia. Enquanto que o tipo de DAE influenciará a estrutura de interface, por outro lado, as limitações do sistema implicam a necessidade de um sistema de gestão estruturada, para coordenar o fluxo de energia para o DAE e a partir do DAE.
As tecnologias mais comuns de armazenamento de energia podem ser sumariadas em termos de DAE’s para curto prazo e para longo prazo.
Alguns dos DAE’s ou SAE’s para curto prazo são:
- supercondensadores → estes DAE’s estão baseados num sistema electroquímico, e são dispositivos baseados em tensão que estão interligados tipicamente usando um ‘limitador’ (←(P,I)― “chopper”) CC-CC. Os supercondensadores oferecem uma densidade de quantidade de energia mais alta do que as baterias e isto pode ser melhor apropriado para algumas aplicações.
- sistema de armazenamento de energia magnética de supercondução → a energia é armazenada numa grande bobina na qual circula uma corrente eléctrica do tipo CC. Este sistema é bem adequado para a troca rápida de grandes quantidades de electricidade, enquanto que a capacidade de armazenamento de longo prazo é limitada. O sistema é caro, e requer uma elevada quantidade de equipamento extra.
Alguns dos DAE’s ou SAE’s para longo prazo são:
- baterias (electroquímicas) → são talvez as mais versáteis de qualquer um dos DAE’s, porque oferecem características de armazenamento desejável para vastos leques de aplicações. Elas são uma tecnologia demonstrada e são geralmente mais baratas em muitos casos.
- sistema de armazenamento de energia hídrica com bombeamento de água → tem um grande custo inicial de capital, contudo é possivelmente o sistema mais barato em termos de custos de longo prazo. A energia hídrica é armazenada num grande reservatório e é convertida usando uma electrobomba de água e um gerador eléctrico com turbina hídrica.
Usando as previsões da velocidade do vento em valor médio, o estado do DAE, e as medições da tensão do tipo CA, um sistema de gestão de energia baseado em lógica imprecisa pode ser usado para definir o nível de potência eléctrica de saída, e por conseguinte optimizar o uso do SAE.
A base-de-dados de regras foi desenvolvida para atender ao balanceamento das necessidades de modo a suavizar as flutuações da potência eléctrica de saída, reduzir a potência de saída durante uma condição de tensão baixa, e assegurar que o DAE se mantém em operação durante todos os períodos de tempo.
O ponto de definição inicial é determinado usando o valor médio da velocidade do vento, que é obtido a partir de um método de previsão, ou a partir de medições locais da velocidade do vento. O algoritmo assegura que existe sempre alguma quantidade de base da energia armazenada no DAE, e que esta condição é cumprida pela modificação desse valor de referência. Também, um certo limiar abaixo do limite superior do DAE é mantido para assegurar que esse limite é respeitado. Para a componente transitória do controlo, o valor eficaz da tensão é monitorizado e a potência eléctrica de saída pode ser truncada usando o DAE, enquanto que a potência eólica de entrada pode ser limitada através do uso do ângulo de passo das pás em algumas turbinas eólicas.
Na ocorrência de um abaixamento da tensão, o algoritmo reduz a potência eléctrica fornecida à rede. Este sinal é filtrado levemente em ordem a limitar o retorno à operação normal e lentamente lançar a potência armazenada durante o abaixamento da tensão. Isto é um segundo motivo para
manter uma certa acalmia na energia armazenada, e para facilitar o armazenamento temporário da potência durante distúrbios.
Juntas as funções normal e transitória do sistema de gestão ajudam a: - suavizar a potência eléctrica de saída;
- garantir que o DAE se mantém em operação;
- limitar a aceleração do gerador eléctrico durante distúrbios.
As regras foram implementadas seguindo técnicas de lógica imprecisa padronizada (←(P,I)― “standard fuzzy logic”). Seguindo a imprecisão, cada uma das regras foi disparada através da combinação dos conjuntos imprecisos usando equivalentes imprecisos de E-lógico (←(P,I)― “AND”) e NÃO-lógico (←(P,I)― “NOT”), tal como:
E(μx, μy) = mín(μx, μy) NÃO(μx) = 1 - μx μx, μy[0; 1]
No trabalho de “C. Abbey” e “G. Joos” «[5]», a principal fonte de energia é a energia eólica, devido à variabilidade e à imprevisibilidade desta fonte de energia, é então necessário ter um SAE para reduzir ou eliminar impactos negativos na geração de electricidade. No SEH existente no edifício J da FEUP, a energia eólica também é utilizada como fonte de energia, e para o SAE, tem-se as baterias electroquímicas como DAE’s, para atenuar os efeitos negativos dessa fonte de energia e para dispor de energia que se converta em energia eléctrica durante períodos de ausência ou insuficiência das fontes de energia.
Para gerir as transformações e as transferências de energia no sistema produtor de energia eléctrica constituído por aerogeradores e no SAE, foi feito um sistema de gestão de energia baseado em lógica imprecisa no trabalho de “C. Abbey” e “G. Joos” «[5]».
Esse sistema de gestão de energia tem como parâmetros de entrada: - as previsões da velocidade do vento em valor médio;
- o estado do DAE;
- as medições da tensão do tipo CA.
Como parâmetro de saída, é definido o nível de potência eléctrica de saída que é entregue para o consumo eléctrico, e por conseguinte, o sistema de gestão de energia permite optimizar o uso do SAE.