Meta-heurística busca local iterada para o dimensionamento de uma microrrede híbrida para alimentação de uma estação de recarga autônoma de veículos elétricos

Abstract

A preocupação com a crise climática e o aquecimento global vem sendo um tema cada vez mais discutido em congressos e assembleias. Grande parte da contribuição no aumento da temperatura global está associada a emissões de poluentes do setor de transporte, principalmente dos veículos movidos à queima de combustíveis fósseis. Como alternativa a estes tipos de veículos surgiram os veículos elétricos (VEs), que podem ser empregados na mobilidade pessoal ou na prestação de serviços de empresas. Entretanto, a escalabilidade do uso de VEs está limitada pela baixa autonomia da bateria e necessidade de constantes visitas à estação de recarga, o que se torna ainda mais desafiador quando os clientes estão localizados em comunidades remotas. Estas comunidades, caracterizadas por ficarem afastadas de grandes centros metropolitanos e algumas vezes não contarem com fornecimento confiável de recursos, particularmente eletricidade, sofrem dificuldades no atendimento de serviços ofertados com VEs. Nesse contexto, a implantação de estações de recarga na comunidade remota ofereceria uma maior segurança energética, permitiria o uso de VEs, promovendo a sustentabilidade nessas comunidades e contribuindo na diminuição das emissões de gases de efeito estufa. Assim, este trabalho propõe o desenvolvimento da meta-heurística Busca Local Iterada para o dimensionamento de uma microrrede híbrida baseada em energia renovável para a alimentação de uma estação de recarga autônoma de VEs que prestam serviços em comunidades remotas, que inclui o roteamento do VE como parte do problema. O método é apresentado, bem como a formulação matemática do problema, com a idealização da representação de uma proposta de solução, as condições de factibilidade e penalizações. Os testes realizados em uma região com comunidades remotas com 15 nós, sendo 13 clientes de comunidades remotas, 1 depósito e estação de recarga, mostraram que seriam necessários para a microrrede 29 unidades de painéis fotovoltaicos e 2 unidades de baterias, além da solução da rota do VE, com um tempo de execução de 4 segundos. Os resultados mostraram que o método é capaz de propor soluções com baixo custo e com esforço computacional pequeno.

Concern about the climate crisis and global warming has been an increasingly discussed topic in congresses and assemblies. A large part of the contribution to the increase in global temperatures is associated with pollutant emissions from the transport sector, mainly from vehicles powered by burning fossil fuels. As an alternative to these types of vehicles, electric vehicles (EVs) have emerged, which can be used for personal mobility or to provide business services. However, the scalability of EV use is limited by low battery autonomy and the need for constant visits to the charging station, which becomes even more challenging when customers are in remote communities. These communities, characterized by being far from large metropolitan centers and sometimes not having a reliable supply of resources, particularly electricity, experience difficulties in providing services offered with EVs. In this context, the implementation of charging stations in the remote community would offer greater energy security, allow the use of EVs, promoting sustainability in these communities and contributing to the reduction of greenhouse gas emissions. Therefore, this work proposes the development of the Iterated Local Search meta-heuristic for the design of a hybrid microgrid based on renewable energy to power an autonomous charging station for EVs that provide services in remote communities, with the proposal of EV routing as part of the problem. The method is presented, as well as the mathematical formulation of the problem, with the idealization of the representation of a proposed solution, the feasibility conditions and penalties. Tests carried out in a region with remote communities with 15 nodes, 13 customers from remote communities, 1 depot and charging station, showed that 29 units of photovoltaic panels and 2 units of batteries would be needed for the microgrid, in addition to the route solution of the VE, with an execution time of 4 seconds. The results showed that the method can propose low-cost solutions with little computational effort.