Dimensionamento de sistema de backup de energia utilizando banco de baterias integrado a geração fotovoltaica para manutenção de serviços auxiliares em subestações

Abstract

As subestações de energia são essenciais para o transporte e a distribuição segura de eletricidade, mas dependem crucialmente de serviços auxiliares para operar seus sistemas críticos de proteção, automação e comunicação. Atualmente, os mecanismos de redundância secundária para esses serviços dependem predominantemente de grupos motores geradores movidos a diesel. No entanto, esses sistemas convencionais apresentam limitações técnicas, altos custos de manutenção, riscos de falha na partida e impactos socioambientais negativos, como emissões de gases de efeito estufa. Este trabalho desenvolve e valida um método de dimensionamento para uma solução de backup mais confiável, sustentável e eficiente: uma microrrede local desassistida baseada em um banco de baterias (BESS) integrado à geração fotovoltaica distribuída. A proposta visa eliminar a lacuna operativa existente no modelo a diesel, fornecendo energia instantânea e contínua até que a rede principal seja restaurada ou um gerador de emergência seja acionado. O estudo de caso realizado na Subestação Ilha Solteira (138 kV) demonstra que a arquitetura híbrida híbrida fotovoltaica-BESS não apenas aumenta a resiliência e a estabilidade da subestação, mas também se mostra financeiramente vantajosa a longo prazo devido.

Power substations are crucial for energy transmission and distribution, yet they intrinsically depend on auxiliary services for their critical protection, automation, and communication systems. Current redundancy mechanisms often rely on diesel-powered generator groups, which face technical limitations, high maintenance costs, startup failure risks, and negative environmental impacts like greenhouse gas emissions. This work develops and validates a sizing methodology for a more reliable, sustainable, and efficient backup solution: an unassisted local microgrid based on a Battery Energy Storage System (BESS) integrated with distributed photovoltaic generation. The proposal aims to eliminate the operative gap existing in the diesel model, providing instant and continuous power until the main grid is restored or an emergency generator is activated. A case study conducted at the Ilha Solteira Substation (138 kV) demonstrates that the hybrid photovoltaic-BESS architecture not only enhances substation resilience and stability but also proves financially advantageous in the long term by reducing operational expenditures and the Levelized Cost of Energy (LCOE).