Metodologia integrada de diagnóstico : aspectos de análise de termoeconomia e confiabilidade aplicados a sistemas de armazenamento de energia por ar comprimido

Abstract

A demanda mundial de energia elétrica aumentou rapidamente nas últimas décadas, o que está resultando no consumo acelerado dos recursos energéticos não renováveis, tais como carvão, gás natural, petróleo e dos combustíveis nucleares fissionáveis, o que traz impactos negativos para o meio ambiente. No entanto, a geração a partir das fontes renováveis de energia, entre elas a geração por fontes eólica e solar fotovoltaica, também apresentou um incremento. No Brasil as energias renováveis são um caso de sucesso, dominadas historicamente pela geração hidrelétrica. Porém, a expansão desta fonte de geração enfrenta progressivamente maiores custos e restrições. Neste cenário, a geração a partir de fontes eólica e solar fotovoltaica mostraram um aumento considerável nos últimos 10 anos. As características intermitentes destas fontes podem gerar instabilidade nas redes de energia. Logo, são necessárias tecnologias com capacidade de absorver as bruscas variações de potência, bem como garantir uma reserva de potência adequada, como os sistemas de armazenamento de energia por ar comprimido (CAES). No presente trabalho foram analisadas três configurações diferentes de sistemas CAES, acionados por fontes de energia primária de natureza intermitente, eólica e solar fotovoltaica, com base em critérios termoeconômicos e de confiabilidade, para desenhar uma metodologia integrada de diagnóstico. As eficiências de ida e volta, 1 e 2, do sistema CAES de referência foram de 0,31 e 0,23 respectivamente, e a eficiência exergética foi de 0,23. Esta configuração foi comparada com duas configurações mais avançadas, integradas com sistemas de armazenamento de energia térmica (TES) por calor sensível, em leito fixo e em óleos térmicos. Análises termoecnômicas foram realizadas para avaliar estratégias de comercialização da energia elétrica armazenada em cada configuração. Com base no método de análise de modos de falhas e efeitos expandida (FMEAe) foi avaliada a confiabilidade destes sistemas, para selecionar os componentes mais importantes para a confiabilidade da instalação. Em cada análise era avaliado o efeito da fonte primaria de energia usada para acionamento do sistema CAES. Finalmente, foi estruturada uma metodologia integrada de diagnóstico com base nos métodos de análise e critérios de hierarquização.