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Tipo: Dissertação
Título: Platform for optimization and sizing of hybrid photovoltaic-battery systems for industrial decarbonization
Autor(es): Guerra, Lucca Lemos Costa
Orientador: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Coorientador: Nascimento, Anderson Jhones Passos
Palavras-chave em português: Otimização;Gestão de energia;Sistemas de energia híbrido;Sistemas de energia fotovoltaica;Energia - Fontes alternativas;Energia - Armazenamento
Palavras-chave em inglês: Optimization;Energy management;Hybrid power systems;Photovoltaic energy systems;Alternative energy sources;Storage of energy
Data do documento: 2026
Citação: GUERRA, Lucca Lemos Costa. Platform for optimization and sizing of hybrid photovoltaic-battery systems for industrial decarbonization. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Os Sistemas de Armazenamento de Energia em Baterias- Battery Energy Storage Systems (BESS) vêm apresentando um crescimento acelerado em escala global, impulsionados pela eletrificação, pela expansão das fontes renováveis intermitentes e pela crescente necessidade de f lexibilidade operacional no sistema elétrico. Nesse contexto, o presente trabalho desenvolve e implementa uma platasforma computacional de dimensionamento e otimização de sistemas híbridos fotovoltaico-bateria (PV-BESS), voltado à descarbonização industrial. A metodologia é baseada em um modelo de otimização em Programação Linear Inteira Mista- Mixed Integer Linear Programming (MILP), implementado em Python, utilizando a biblioteca Pyomo. A ferramenta foi validada utilizando dados reais de uma indústria de médio porte localizada no estado do Ceará, classificada como consumidor do Grupo A (alta tensão), com consumo anual aproximado de 1,4 GWh. O modelo considera simultaneamente aspectos energéticos, operacionais e econômicos, incluindo custos de investimento (CAPEX), tarifas de consumo de energia elétrica, compensação/injeção de energia na rede e operação em horário de ponta. Como principal diferencial metodológico o dimensionamento pode ser conduzido segundo duas abordagens distintas de perfil operacional, associadas ao nível de aversão ao risco do usuário. A primeira abordagem é baseada em um dia crítico, utilizando o percentil 95 (P95) para modelar a demanda e restringe a geração fotovoltaica ao percentil 10 (P10) da irradiância solar histórica, acrescidos de uma margem de segurança, resultando em uma solução orientada à máxima robustez operacional. A segunda abordagem utiliza perfis de média horária da carga e da irradiação, otimizando o projeto para as condições típicas e cotidianas de operação e reduzir custos de implantação. Para o estudo de caso analisado, o dimensionamento baseado no perfil médio resultou em um sistema fotovoltaico de 800 kW de potência instalada, associado a um BESS 3.916 kWh, proporcionando auto-suficiência de 92,7% e redução estimada de 608,37 toneladas de CO2 evitadas anualmente. Adicionalmente, a comparação entre as estratégias de “dia crítico” e “dia médio” evidenciou o compromisso entre robustez operacional, resiliência energética e viabilidade econômica, reforçando a aplicabilidade prática da ferramenta em projetos de transição energética e descarbonização industrial.
Abstract: Battery Energy Storage Systems (BESS) have been experiencing accelerated growth worldwide, driven by electrification, the expansion of intermittent renewable energy sources, and the increasing need for operational flexibility in the power sector. In this context, this work develops and implements a computational platform for the sizing and optimization of hybrid photovoltaicbattery systems (PV-BESS), aimed at industrial decarbonization. The methodology is based on a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) optimization model, implemented in Python using the Pyomo library. The tool was validated using real data from a medium-sized industry located in the state of Ceará, Brazil, classified as a Group A consumer (high voltage), with an annual electricity consumption of approximately 1.4 GWh. The model simultaneously considers energy, operational, and economic aspects, including capital investment costs (CAPEX), electricity consumption tariffs, grid energy injection/compensation, and peakhour operation. As the main methodological differentiator, the sizing can be conducted according to two distinct operational profile approaches, associated with the user’s desired level of risk aversion. The f irst approach is based on a critical day, using the 95th percentile (P95) to model demand and restricting photovoltaic generation to the 10th percentile (P10) of historical solar irradiance, with an additional safety margin, resulting in a solution oriented toward maximum operational robustness. The second approach uses average hourly load and irradiance profiles, optimizing the project for typical day-to-day operating conditions while reducing implementation costs. For the analyzed case study, the sizing based on the average profile resulted in an 800 kW photovoltaic system combined with a 3,916 kWh BESS, providing 92.7% self-sufficiency and an estimated reduction of 608.37 tons of CO2 avoided annually. Additionally, the comparison between the “critical day” and “average day” strategies highlighted the tradeoff between operational robustness, energy resilience, and economic viability, reinforcing the practical applicability of the tool for energy transition and industrial decarbonization projects.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86725
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0000-4857-7974
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0003720665504725
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-0564-4564
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/3429770707790925
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-2801-176X
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/4489330998829217
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

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