[pt] MODELAGEM SAZONAL DE SISTEMAS RENOVÁVEIS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA INTEGRADO: ANÁLISE 4E DE CAES, HIDROGÊNIO, E BATERIA ION-LITIO PARA PRÉDIOS RESIDENCIAIS EM LYON E RIO DE JANEIRO

[en] SEASONAL MODELLING OF INTEGRATED RENEWABLE ENERGY STORAGE SYSTEMS: 4E ANALYSIS OF CAES, HYDROGEN, AND LITHIUM-ION BATTERY FOR RESIDENTIAL BUILDINGS IN LYON AND RIO DE JANEIRO\\

[pt] JOSE EDUARDO SANSON DE PORTELLA CARVALHO

[pt] ENERGIA

[pt] EXERGOECONOMIA

[pt] EXERGIA

[pt] ENERGIA SOLAR

[en] ENERGY

[en] EXERGOECONOMY

[en] EXERGY

[en] SOLAR ENERGY

[pt] Integraração de fontes renováveis intermitentes com sistemas de armazenamento de energia é uma estratégia eficaz para aumentar a confiabilidade da rede elétrica e garantir a disponibilidade de energia. Este estudo analisa três diferentes tecnologias de armazenamento de energia: Armazenamento de Energia por Ar Comprimido (CAES), hidrogênio e baterias de íons de lítio. Esses sistemas são acoplados a painéis fotovoltaicos e aplicados a um edifício residencial em Lyon (França) e no Rio de Janeiro (Brasil). A análise abrange um ano completo de operação e é avaliada por meio da abordagem 4E, considerando energia, exergia, exergoeconomia e impacto ambiental. Em termos de eficiência, os sistemas de CAES e hidrogênio apresentam desempenhos similares, exceto na configuração de trigeração, onde o hidrogênio demonstra resultados superiores. Do ponto de vista econômico, tanto no Rio de Janeiro quanto em Lyon, comparado ao cenário de referência, o sistema de hidrogênio apresenta os maiores custos (mais de 260,9 porcento e mais de 244,1 porcento), seguido pelo CAES (mais de 206,4 porcento e mais de 197,8 porcento) e pelas baterias de íons de lítio (mais de 71,0 porcento e mais de 67,6 porcento). Em relação ao impacto ambiental, CAES e baterias de íons de lítio reduzem efetivamente as emissões equivalentes de CO2 em ambas as cidades, com maiores benefícios observados no Rio de Janeiro. Em contraste, o sistema de hidrogênio só se torna viável quando o biogás substitui o gás natural, pois o desempenho do sistema melhora significativamente, reduzindo substancialmente o custo das emissões evitadas de CO2. Com essa configuração, todos os sistemas conseguem evitar emissões, destacando-se o Rio de Janeiro, com 24,3 toneladas, 50,0 toneladas e 26,1 toneladas para CAES, hidrogênio e baterias de íons de lítio, respectivamente. Em Lyon, os valores são menores, com 2,45 toneladas, 15,3 toneladas e 1,49 toneladas. De modo geral, os três sistemas apresentam um potencial promissor, mas sua viabilidade depende da redução de custos e da melhoria da eficiência de seus componentes.

[en] Integrating intermittent renewable sources with energy storage systems is an effective strategy to enhance energy network reliability and ensure power availability. This study examines three different energy storage technologies: Compressed Air Energy Storage (CAES), hydrogen, and lithium-ion batteries. These systems are coupled with photovoltaic panels and applied to a residential building in Lyon (France) and Rio de Janeiro (Brazil). The analysis spans a full year of operation and is evaluated using a 4E approach, assessing energy, exergy, exergoeconomics, and environmental impact. In terms of efficiency, CAES and hydrogen systems exhibit similar performance, except in the trigeneration configuration, where hydrogen demonstrates superior results. From an economic standpoint in both Rio de Janeiro and Lyon, when compared to business as usual, the hydrogen system incurs the highest costs (more than 260.9 percent and more than 244.1 percent), followed by CAES (more than 206.4 percent and more than 197.8 percent) and the lithium-ion batteries (more than 71.0 percent and more than 67.6 percent). Regarding environmental impact, CAES and lithium-ion batteries effectively reduce CO2 equivalent emissions in both cities, with greater benefits observed in Rio de Janeiro. In contrast, the hydrogen system only becomes viable when biogas replaces natural gas, as the system s performance improves significantly, substantially reducing the cost of avoided CO2 emissions. With this configuration, all systems are able to avoid emission, notably in Rio de Janeiro, with 24.3 tons, 50.0 tons, and 26.1 tons for CAES, hydrogen and lithium-ion batteries. In Lyon, the values are lower with 2.45 tons, 15.3 tons and 1.49 tons. Overall, all three systems show promising potential, but their feasibility depends on cost reductions and efficiency improvements of its components.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

RÉMI REVELLIN

ROMUALD RULLIÈRE

SERGIO LEAL BRAGA

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

SILVIO DE OLIVEIRA JUNIOR

WALDYR LUIZ RIBEIRO GALLO

RÉMI REVELLIN

ROMUALD RULLIÈRE

LAVINIA GROSU

MARC CLAUSSE

NOLWENN LE PIERRÈS

2025-07-25

2025-05-20

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=71870@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=71870@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.71870