Voxel Elimination

Nesta seção são comparados resultados do algoritmo proposto, utilizando AG e SA, com resultados do HOMER e do iHOGA. Os dados de entrada são as curvas Solar 1, Eólico 1 e Carga 2. A Tabela 3.12 apresenta um comparativo entre os resultados obtidos pelo método proposto, com as duas técnicas de otimização, e os obtidos pelos dois outros programas.

Tabela 3.12. Comparação entre os resultados obtidos pelo método proposto e por outros programas. CE (R$/kWh) Tempo de processamento PFV (kWp) PAERO (kW) CB (kWh) PGG (kW) PTinv (kW) AG 1,6574 3h 34 min 58 s 0,96 0 5,04 1,76 0,9 SA 1,8951 2h 14 min 52 s 0,98 0 9,0 1,76 0,8 HOMER 1,545 37 min 01 s 3,0 0 21,6 1,76 1 iHOGA 0,97 4h 48 min 12 s 3,84 0 31,68 1,76 1

A diferença considerável entre o valor do custo de energia apresentado pelo iHOGA, quando comparado aos demais, deve-se à metodologia de cálculo utilizada por esse programa. Para obter o custo de energia, o iHOGA calcula o custo do ciclo de vida do sistema (chamado pelo programa, em sua versão em inglês, de NPC – Net Present Cost, ou valor presente líquido) e divide este custo pela energia consumida pela carga durante todo o horizonte de análise, 20 anos para a presente simulação. O algoritmo aqui proposto e o HOMER consideram o custo anualizado do sistema, trazido ao presente, e divide-o pela energia consumida apenas no ano base, o que o presente trabalho considera mais adequado, uma vez que neste caso são utilizados no cálculo dois valores registrados na mesma base de tempo, o presente. A metodologia do iHOGA calcula o custo de energia a partir de um valor que considera todo o horizonte, de forma descontada, o NPC, e um valor presente, da energia consumida, multiplicado pelo número de anos da análise.

Para fins de comparação, nas soluções apresentadas pelo algoritmo proposto, utilizando AG e SA, e pelo HOMER, os custos de ciclo de vida calculados são respectivamente iguais a R$ 41.716,00, 47.699,00, e 38.877,00. Se considerassem a mesma metodologia do iHOGA, os custos de energia calculados por estas três ferramentas seriam de R$ 0,71, 0,81 e 0,66/kWh, respectivamente. O custo do ciclo de vida apresentado pelo iHOGA é maior, de R$ 57.090,00.

Mesmo com esta diferença, ressalta-se que a comparação dos resultados não tem como objetivo apresentar uma análise quantitativa, mas sim, qualitativa, mesmo porque algumas diferenças básicas entre as ferramentas impedem uma comparação em plena igualdade de condições, mesmo que as metodologias fossem idênticas. O HOMER, por exemplo, apresenta limitações para entrada de diferentes marcas/modelos de equipamentos. Podem ser simulados simultaneamente no máximo 10 diferentes tipos de baterias e grupos geradores, e 2 diferentes tipos de aerogeradores. Os módulos e os inversores, por sua vez, são inseridos por faixa de potência e não por marca/modelo. A simulação considerando os números máximos permitidos de marcas/modelos e de largas faixas de potência resulta em um tempo muito elevado de processamento. Para obter os resultados aqui apresentados, foram realizadas diversas simulações, variando-se basicamente as marcas/modelos de aerogeradores e limitando-se e mantendo-se fixas os tipos e faixas de potência dos demais equipamentos. O tempo de processamento apresentado na Tabela 3.12 foi o de uma única simulação.

Voltando à análise dos resultados apresentados na Tabela 3.12, alguns aspectos das configurações propostas pelas ferramentas se assemelham. Os grupos geradores indicados,

por exemplo, são iguais, o de menor potência entre os tipos disponíveis. Como o potencial eólico não é tão bom, nenhuma solução indica a utilização de aerogeradores. Os tempos de processamento variam, porém, mais em função de particularidades de cada ferramenta, como a limitação de marcas/modelos de entrada do HOMER, já comentada, o que justifica o fato deste programa ter apresentado o menor tempo de processamento.

Analisando todos os dados gerados pelas simulações, notam-se particularidades das metodologias de cada simulação, que resultam nas diferenças nas configurações e nos valores de custo de energia apresentados. O HOMER e o iHOGA consideram a vida útil do grupo gerador em número de horas, já o método proposto a considera em número de anos. Mesmo a primeira sendo considerada mais correta, o presente trabalho considera o tempo de vida útil em anos pois entende que, na prática, em sistemas isolados, a referência é geralmente tomada com base no tempo em anos. Em casos de participação moderada ou baixa do grupo gerador em sistemas híbridos, a vida útil em horas indicaria que o gerador deveria ser substituído 30 anos ou mais após sua instalação, o que não parece adequado.

Voltando à análise comparativa entre as ferramentas, relacionada ao tempo de vida útil do grupo gerador, em sistemas com maior participação renovável, em que o grupo gerador opera poucas horas no ano, como no presente caso, os custos operacionais do grupo gerador para o HOMER são basicamente os associados a combustível, que são baixos. No algoritmo proposto, após determinado número de anos o grupo gerador necessariamente será substituído, resultando em custos operacionais mais elevados. Nas análises com o algoritmo desenvolvido, há duas substituições do grupo gerador durante o tempo de análise, enquanto no HOMER não há nenhuma (97 h/ano de operação com vida útil de 10.000 h) e no iHOGA há apenas uma substituição (630 h/ano de operação com vida útil de 10.000 h). Este item resulta em uma diferença considerável no custo de energia, especialmente quando o resultado do algoritmo proposto é comparado ao obtido pelo HOMER.

O tempo de operação anual do grupo gerador também é uma diferença relevante entre as metodologias. As estratégias de operação consideradas pelo método proposto e pelo iHOGA indicam uma contribuição maior do grupo gerador, à carga e ao banco de baterias. Já no HOMER, é indicada uma estratégia diferente, em que a operação do gerador só atende a carga em poucos momentos do ano.

Outra diferença é que o cálculo da vida útil das baterias no HOMER e no iHOGA depende das condições operacionais do sistema. Sistemas em que os ciclos de carga e descarga das baterias se repetem mais vezes, como quando há presença de cargas elevadas e

quando o grupo gerador carrega as baterias frequentemente, tendem a reduzir consideravelmente a vida útil das baterias. Já sistemas com comportamento oposto, como o da presente seção, em que a carga é leve e o gerador pouco contribui para o carregamento do banco, elevam a vida útil das baterias. Na simulação aqui apresentada, o HOMER indica 4,71 anos de vida útil das baterias, superior aos tempos das simulações do iHOGA (4,05 anos) e do método proposto (3,15 anos tanto para o AG quanto para o SA). Esta questão também gera diferenças consideráveis nos resultados, pois o custo do banco de baterias é significativo para o sistema (aproximadamente 50 % do custo do ciclo de vida para todas as ferramentas). De fato, o melhor resultado do HOMER pode ser justificado nestes dois pontos, os menores custos operacionais do grupo gerador e de reposição das baterias.

A entrada de dados no iHOGA é bastante semelhante à utilizada pelo algoritmo proposto neste trabalho, podendo ser inseridas diversas marcas/modelos para cada tipo de equipamento. A maior limitação, no entanto, está nas quantidades dos equipamentos. Para a simulação que resultou no valor apresentado na Tabela 3.12, por exemplo, limitou-se a quantidade de módulos e baterias ao máximo de 40 unidades, e de aerogeradores a 10 unidades, e ainda assim o tempo de processamento foi elevado.

As faixas de quantidade e de marcas/modelos dos equipamentos no algoritmo proposto são as mesmas utilizadas para o iHOGA. Ressalta-se que estes valores são coerentes em função da carga leve desta simulação, com demanda máxima inferior a 1 kW. Como já citado, esta carga muito baixa é utilizada em função de uma restrição da versão de demonstração do programa iHOGA, sendo aqui considerada apenas para fins de comparação, sabendo-se de sua pouca aplicabilidade em sistemas híbridos reais.

Os dados do AG e do SA são levemente alterados com relação aos utilizados nas seções 3.4.1 e 3.4.2, com diferenças principais na população inicial e no número de gerações, para o AG, e no critério de parada, o número máximo de iterações, para o SA, que foram elevados, respectivamente para 500, 20 e 6.000, a fim de melhor adequar entre si as características das ferramentas de otimização aqui comparadas, principalmente em função do tempo de processamento. Ainda assim, as soluções apresentadas com o AG e o SA são obtidas com tempos inferiores aos do iHOGA.

Nota-se, assim como nas simulações anteriores, que na comparação entre o AG e o SA o primeiro apresenta um menor custo de energia, em condições semelhantes. Esta comparação reforça, mais uma vez, os comentários anteriores de que o SA, para problemas com espaços de busca grandes, não tem o mesmo desempenho do AG na fuga de mínimos locais.

Por fim, com o objetivo de comparar as ferramentas em condições mais realistas de carga, a Tabela 3.13 apresenta uma comparação entre os resultados do caso 2 obtidos pelo AG e pelo SA, já apresentados anteriormente, com os obtidos pelo HOMER. O iHOGA não é aqui considerado em função de sua já citada limitação nos dados de carga de entrada.

Tabela 3.13. Comparação entre os resultados obtidos pelo método proposto e pelo HOMER. CE (R$/kWh) Tempo de processamento PFV (kWp) PAERO (kW) CB (kWh) PGG (kW) PTinv (kW) AG 1,2172 38 min 29 s 16,08 30,0 88,2 24 24 SA 1,3004 43 min 59 s 13,2 24 95,4 24 24 HOMER 1,379 46 min 45 s 10,0 30,0 28,8 24 24

Fonte: Elaboração própria.

Observa-se nos resultados maior semelhança entre os dimensionamentos propostos pelo HOMER e pelas ferramentas desenvolvidas, tanto utilizando o AG como o SA. Mesmo na capacidade energética total do banco de baterias, muito menor no HOMER, quando se avalia em termos de capacidade útil os valores se assemelham, uma vez que o HOMER considera profundidade de descarga de 60 % e a ferramenta desenvolvida considera 20 %, para ambas as técnicas, o que resulta em capacidades úteis de 17,3 kWh para o HOMER, 17,64 kWh para o AG, e 19,08 kWh para o SA.

Com relação ao custo da energia, o maior valor obtido no HOMER é justificado por motivo idêntico ao das simulações anteriores. Porém, agora, com carga mais elevada, ocorre o oposto: a participação do grupo gerador no sistema é maior e os ciclos de carga e descarga das baterias se repetem mais vezes, com o grupo gerador carregando-as com maior frequência. Isto resulta em um número maior de horas de operação do grupo gerador, 2.821 h/ano consideradas pelo HOMER, com consequente redução de sua vida útil (5,32 anos), e uma menor vida útil estimada das baterias, 2,49 anos. Ambos os tempos de vida útil são menores do que os considerados pelo algoritmo desenvolvido, o que explica o maior custo de energia apresentado pelo HOMER.