Pesquisadores da Universidade do Kuwait, no Kuwait , propuseram operar estações base celulares (BSs) 4G e 5G com usinas híbridas locais de energia solar fotovoltaica e hidrogênio. Simulando numericamente algumas configurações para tal estação, a equipe considerou o custo presente líquido (NPC), o custo de energia (COE) e as emissões de CO2. A simulação ocorreu nas condições de Hawally, uma cidade no leste do Kuwait.
“Fontes de energia renováveis (RESs), como solar e eólica, podem ser usadas para alimentar BSs e oferecer alternativas sustentáveis e ecológicas à energia da rede tradicional ou geradores a diesel (DGs)”, disseram os acadêmicos. “O uso de RESs na alimentação de BSs também pode ajudar a reduzir os custos operacionais e aumentar a disponibilidade da rede, principalmente em áreas remotas, onde o acesso à energia da rede pode ser limitado ou não confiável.”
A potência fotovoltaica na simulação foi baseada em painéis de 285 W com eficiência de 17,41% ou 665 W e 21,4%. O armazenamento foi baseado em um banco de baterias (BB) com 244 Ah, e os inversores foram assumidos como tendo uma eficiência de 95%. Foi também implementado um sistema de GD com uma taxa de carga mínima de 25% para os momentos em que a produção renovável não satisfaz a demanda. Eletrolisadores com 85% de eficiência também foram considerados.
“O perfil de carga BS foi adquirido para o período de novembro de 2021 a outubro de 2022”, acrescentou o grupo. “A energia média anual DC é determinada como 122,11 kWh/dia, enquanto a energia média anual AC é obtida como 110 kWh/dia. Por sua vez, a energia média total é de 232,11 kWh/dia. A potência de pico CC é de 15,10 kW e a potência de pico CA é de cerca de 13,6 kW.”
De acordo com os resultados da simulação, quando 285 W são usados, o tamanho otimizado do sistema usa 194 painéis para uma capacidade total de 55,1 kW, juntamente com DG de 34 kW, célula de combustível (FC) de 5 kW, eletrolisador de 5 kW, tanque de hidrogênio de 15 kg e um conversor de 12,7 kW. A produção anual de PV, neste caso, é de 97.923 kWh, e a FC é de 766 kWh. Seu NPC é de US$ 160.075, o COE é de US$ 0,0945 e a emissão anual de CO2 do DG é de 5.317 kg.
No entanto, quando 665 W são usados, o tamanho otimizado do sistema usa 95 painéis para uma capacidade total de 63,1 kW, juntamente com DG de 34 kW, FC de 5 kW, eletrolisador de 5 kW, tanque de hidrogênio de 5 kg e um inversor de 13,5 kW. A produção anual de PV, neste caso, é de 114.304 kWh e a produção de FC é de 832 kWh. Seu NPC é de US$ 121.014, COE de US$ 0,0714 e a emissão anual de CO₂ do DG é de 3.257 kg.
“Ao restringir a capacidade de GD no modelo PV-HFC-DG-BB, as simulações mostram que restringir o DG a valores mais baixos do que o caso ‘Base’ irrestrito pode diminuir o NPC (até 7,71%), bem como a área do sistema (até 9,93%)”, acrescentou o grupo. “De fato, ao usar um GD com pequena capacidade, o sistema será forçado a aumentar a produção de energia FC, o que leva a uma diminuição significativa nas emissões de CO2 (em 51,12%) enquanto melhora a fração de energia renovável (em 1,44%).”
O sistema foi apresentado em “ “Hybrid solar PV/hydrogen fuel cell-based cellular base-stations in Kuwait“, publicado no Journal of Engineering Research.
Olhando para o futuro, os cientistas disseram que querem considerar sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos-HFC em configurações de sistemas on-grid e off-grid, bem como o uso de painéis fotovoltaicos com maior potência de saída de pico. “Seria interessante estudar o potencial de utilização de uma turbina eólica, incorporando-a ao sistema elétrico híbrido solar fotovoltaico / HFC em vários locais do Kuwait”, acrescentaram.
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