O papel dos sistemas de armazenamento de energia em baterias em comunidades de energia: modelação e avaliação técnica por simulação

Abstract

A crescente integração de geração renovável e o avanço das comunidades de energia reforçam a necessidade de soluções capazes de aumentar a flexibilidade operacional das redes de baixa tensão. Nesse contexto, esta dissertação analisa o papel de um sistema comunitário de armazenamento de energia com baterias de lítio em uma comunidade de energia, considerando o enquadramento técnico, regulatório e operacional associado à sua aplicação. O objetivo do trabalho foi avaliar o impacto técnico da integração desse sistema de armazenamento sobre o fluxo de potência, os níveis de tensão e as perdas técnicas da rede, por meio de simulação no OPAL-RT HYPERSIM. Para isso, foi modelada uma comunidade composta por oito unidades residenciais, organizada em dois grupos e alimentada por um transformador de 15 kV/0,4 kV e 400 kVA, com base em dados reais de consumo e de geração fotovoltaica, com resolução temporal de 15 minutos. A análise considerou cenários representativos para os meses de fevereiro e junho, com diferentes níveis de penetração fotovoltaica e com integração do sistema de armazenamento de energia em baterias - Battery Energy Storage System (BESS). Os resultados mostraram que o impacto do armazenamento depende da condição sazonal e do nível de geração fotovoltaica disponível. Em fevereiro, a geração fotovoltaica isoladamente apresentou efeito limitado sobre o pico de potência no transformador, enquanto o BESS mostrou maior influência na modulação do perfil de importação da rede. Em junho, a maior disponibilidade fotovoltaica alterou de forma mais clara a operação da comunidade, com redução dos picos de potência, ocorrência de fluxo reverso e melhoria do perfil de tensão. Nesse cenário, o armazenamento atuou de forma complementar, sobretudo na suavização temporal do perfil de potência e na redução adicional das perdas. Conclui-se que a integração de um sistema comunitário de armazenamento pode contribuir tecnicamente para a operação de comunidades de energia em baixa tensão, mas o seu efeito não é uniforme para todos os indicadores analisados. No caso estudado, a geração fotovoltaica foi o principal fator de melhoria do desempenho elétrico em condições de maior recurso solar, enquanto o BESS se destacou como recurso complementar para deslocamento temporal de energia e modulação do intercâmbio com a rede.The increasing integration of renewable generation and the advancement of energy communities have reinforced the need for solutions capable of enhancing the operational flexibility of low-voltage networks. In this context, this dissertation analyzes the role of a community battery energy storage system based on lithium batteries within an energy community, considering the technical, regulatory, and operational framework associated with its application. The objective of this work was to evaluate the technical impact of integrating this storage system on power flow, voltage levels, and technical losses in the network through simulation in OPAL-RT HYPERSIM. To this end, an energy community composed of eight residential units was modeled, organized into two groups and supplied by a 15 kV/0.4 kV, 400 kVA transformer, based on real consumption and photovoltaic generation data with a 15-minute time resolution. The analysis considered representative scenarios for the months of February and June, with different levels of photovoltaic penetration and with or without BESS integration. The results showed that the impact of storage depends on seasonal conditions and the level of photovoltaic generation available. In February, photovoltaic generation alone had a limited effect on the transformer power peak, whereas the BESS showed a greater influence on the modulation of the network import profile. In June, the greater availability of photovoltaic generation more clearly altered the operation of the community, with reductions in power peaks, occurrence of reverse power flow, and improvement in the voltage profile. In this scenario, the storage system acted in a complementary manner, mainly by smoothing the temporal power profile and providing an additional reduction in losses. It is concluded that the integration of a community energy storage system can technically contribute to the operation of low-voltage energy communities, although its effect is not uniform across all the indicators analyzed. In the case studied, photovoltaic generation was the main factor responsible for improving electrical performance under conditions of greater solar resource availability, while the BESS stood out as a complementary resource for temporal energy shifting and modulation of power exchange with the grid.