Otimização da operacionalidade de pump storage em sistemas de abastecimento de água

A sustentabilidade ambiental tem estado cada vez mais presente na nossa vida quotidiana. Ao longo dos anos, o impacto ambiental causado por fontes antropogénicas como a utilização de combustíveis fósseis na produção de eletricidade, tem tido consequências prejudiciais para a natureza e para todos os seres vivos. Contudo, hoje é possível observar uma mudança de paradigma na produção de energia elétrica. Os investimentos em fontes de energia renováveis como a energia solar, eólica, geotérmica ou hidroelétrica são cada vez mais uma alternativa limpa e viável. No entanto, a necessidade de armazenar grandes quantidades de energia em períodos de disponibilidade energética e de a recuperar em períodos de consumo energético continua a ser um problema. As tecnologias de conversão de energia natural para a produção de energia elétrica, tais como turbinas eólicas ou painéis fotovoltaicos, dependem da sua energia primária, vento e radiação solar, respetivamente, o que limita a produção contínua por longos períodos. Assim, é essencial procurar formas e alternativas de armazenar essa energia. Um exemplo é o armazenamento de energia pela tecnologia Pump storage que consiste no armazenamento de energia potencial gravítica através do bombeamento de água para um reservatório a uma altitude superior que posteriormente é convertida em energia elétrica por meio de uma turbina. O problema principal do Pump Storage é o custo dos equipamentos de potência, contudo a sua implementação em sistemas de abastecimento de água é relativamente minimizada. Esta dissertação tem como objetivo principal estudar a implantação de um sistema de armazenamento de energia Pump Hydro Storage em sistemas de abastecimento de água de forma a minimizar os custos de operação e determinar a sua exequibilidade. A substituição de bombas convencionais por bombas que funcionam como turbinas em modo inverso, permitem incorporar um sistema PHS flexível e barato em SAA. Esta abordagem tem como propósito estudar a otimização do funcionamento das PAT’s, considerando o novo paradigma de variação de preços de energia ao longo do dia e avaliar a possível redução de custos e a melhoria da eficiência energética em redes de distribuição de água. O modelo computacional desenvolvido de otimização para validar a metodologia tem a particularidade de ser um modelo parametrizado podendo representar qualquer situação operacional de um SAA. Foram avaliados diferentes cenários operacionais e realizada uma análise dos resultados obtidos conjuntamente com o estudo da sua rentabilidade. Esta abordagem integrada é uma solução viável, a longo prazo, para os desafios associados à gestão dos recursos hídricos e elétricos.

Environmental sustainability has become increasingly present in our daily lives. Over the years, the environmental impact caused by anthropogenic sources such as the use of fossil fuels in electricity production has had detrimental consequences for nature and humans. However, today it is possible to observe a paradigm shift in the production of electrical energy. Investments in renewable energy sources such as solar, wind, geothermal or hydroelectric power are increasingly a clean and viable alternative. However, the need to store large amounts of energy in periods of energy availability and to recover it in periods of energy consumption remains a problem. Natural energy conversion technologies for electricity production, such as wind turbines or photovoltaic panels, depend on their primary energy, wind and solar radiation, respectively, which limits continuous production for long periods. Thus, it is essential to look for ways and alternatives to store this energy. One example is the Pump storage technology, which consists of storing gravitational potential energy by pumping water into a reservoir at a higher altitude, which can later be converted into electrical energy by means of a turbine. The main problem of Pump Storage is the cost of power equipment, however its implementation in water supply systems is relatively minimized. This dissertation's main objective is to study the implementation of a Pump Hydro Storage energy storage system in water supply systems in order to minimize operating costs and determine its feasibility. Replacing conventional pumps with pumps that work like turbines in reverse mode allows incorporating a flexible and inexpensive PHS system in OSS. The purpose of this approach is to study the optimization of PHS operation, considering the new paradigm of energy price variation throughout the day, and to evaluate the possible cost reduction and energy efficiency improvement in water distribution networks. The computational optimization model developed to validate the methodology has the particularity of being a parameterized model that can represent any operational situation of an OSS. Different operational scenarios were evaluated, and an analysis of the results obtained was performed together with a study of their profitability. This integrated approach is a viable long-term solution to the challenges associated with water and electricity resource management.

Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis