Green hydrogen production from wind farm surplus in the state of Ceará – Brazil

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v13i10.47180

Keywords:

Generation curtailment; Green hydrogen; Wind generation; Generation constraint; Ceará state; Brazil.

Abstract

Wind power, an increasingly widespread renewable source of electrical energy, faces a significant challenge: the variability in generation caused by the intermittency of wind patterns. This intermittency is characterized not only by seasonal fluctuations but also by daily variations, significantly impacting the ability to predict and support an electrical system using this energy source. Daily intermittency is the main reason for reductions in wind generation, known as “curtailment” or “constrained-off”. These reductions occur when there is low demand within the National Interconnected System (SIN) or when generation exceeds the throughput capacity of transmission lines. The objective of this study is to demonstrate the feasibility of converting excess wind energy, often wasted through curtailments, into green hydrogen. Using data taken from a survey of ONS documents. By using an existing primary energy source, this approach minimizes the initial investment required for fuel production. The manufactured fuel can then be stored and used during periods of low generation due to wind intermittency or when system demand requires it. The results indicate that in 2023 alone, in the state of Ceará – Brazil, a single wind farm could produce over 2,000 tons of green hydrogen, using energy that would otherwise be wasted.

References

ANEEL (2022). Resolução Normativa nº 1.030, de 26 de julho de 2022. Agencia Nacional de Energia Elétrica. https://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren20221030.pdf .

Bizerra, A. M. C., Queiroz, J. L. A. de, & Coutinho, D. A. M. (2018). O impacto ambiental dos combustíveis fósseis e biocombustíveis: as concepções de estudantes do ensino médio sobre o tema. Revista Brasileira de Educação Ambiental (RevBEA), 13(3), 299–315.

Camelo, H. N., Carvalho, P. C. M., Leal Jr, J. B. V. & Accioly Filho, J. B. P. (2008). Análise estatística da velocidade do vento no estado do Ceará. Rev. Fortaleza, 29(2), 211-223.

Chen, H. et al. (2009). Progresso em sistemas de armazenamento de energia elétrica: uma revisão crítica. Progresso em ciências naturais, 19(3), 291-312.

Dupont, F. H., Grassi, F. & Romitti, L. (2015). Energias renováveis: em busca de uma matriz energética sustentável. Revista Eletrônica de Gestão Ambiental, Educação e Tecnologia, 19, 70–81.

Esteves, N. B. et al. (2015) Hidrogênio eólico e solar para potencial produção de amônia no estado do Ceará–Brasil. International Journal of Hydrogen Energy, 40(32), 9917-9923.

Gaetano S., Gaetano M. & Agatino N. (2023). A revolução do hidrogénio verde. Energia Renovável, 216, 119041, 0960-148.

Jordi C. G., Natasha E. B., João B. V. L. J., Daniel S. S. & Lutero C. L. (2023). “Potential to storage the excessive energy trom wind energy through ammonia in the northeast of Brazil”. International Journal of Development Research, 13(05), 62679-62685.

Kovač, A.; Paranos, M. & Marciuš, D. (2021). Hidrogênio na transição energética: uma revisão. International Journal of Hydrogen Energy, 46(16), 10016-10035.

Lebrouhi, B. E. et al. (2022) Desenvolvimento global do hidrogênio - Uma visão geral tecnológica e geopolítica. International Journal of Hydrogen Energy, 47(11), 7016-7048.

Lima, D. K. S. D., Leão, R. P. S., Melo, F. D. C., Sampaio, R. F., & Santos, A. C. S. D. (2020). Recurso eólico offshore-estudos de caso no Ceará.

Marchenko, O. V. & Solomin, S. V. (2017). Modelagem de armazenamentos de hidrogênio e energia elétrica em sistemas de energia eólica/fotovoltaica na costa do Lago Baikal. International Journal of Hydrogen Energy, 42(15), 9361-9370.

ONS, (2023). Dados de geração eólica e solar. Operador Nacional do Sistema. https://www.ons.org.br/paginas/resultados-da-operacao/historico-da-operacao/dados-de-geração-eólica-e-solar .

ONS, (2023). O sistema em números. Operador Nacional do Sistema. https://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-sistema-em-numeros.

ONS, (2024). Dados de restrição de operação devido à restrição de energia de usinas eólicas. Operador Nacional do Sistema. https://dados.ons.org.br/dataset/restricao_coff_eolica_usi .

ONS, (2024). Evolução da capacidade instalada. Operador nacional do Sistema. https://www.ons.org.br/Paginas/resultados-da-operacao/historico-da-operacao/evolucao_capacidade_instalada.aspx .

Patricio, R. A. et al. (2012). Sistema de energia eólica de hidrogênio e a substituição gradual do gás natural no Estado do Ceará–Brasil. International journal of hydrogen energy, 37(9), 7355-7364.

Rashid, M. M., Al Mesfer, M. K., Naseem, H., & Danish, M. (2015). Hydrogen production by water electrolysis: a review of alkaline water electrolysis, PEM water electrolysis and high temperature water electrolysis. Int. J. Eng. Adv. Technol, 4(3), 2249-895.

Serra, E. T., Orlando, A. D. F., Mossé, A., & Martins, N. (2016). Armazenamento de energia: Situação atual, perspectivas e recomendações. Comitê De Energia Da Academia Nacional De Engenharia, 1, 1-46.

Tlili, Olfa et al. (2019). Avaliação de viabilidade de penetração no mercado de hidrogênio: Mobilidade e mercados de gás natural nos EUA, Europa, China e Japão. Revista internacional de energia de hidrogênio, 44(31), 16048-16068.

Veziroglu, T. N. (2007). 21st Century's energy: Hydrogen energy system. Альтернативная энергетика и экология, (4), 29-39.

Published

24/10/2024

How to Cite

PONTES, A. da S. .; SILVA, A. S. da .; BATISTA, N. E. .; SAMPAIO, A. F. .; SACRAMENTO, E. M. do .; LIMA, L. C. de . Green hydrogen production from wind farm surplus in the state of Ceará – Brazil. Research, Society and Development, [S. l.], v. 13, n. 10, p. e110131047180, 2024. DOI: 10.33448/rsd-v13i10.47180. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/47180. Acesso em: 2 jun. 2025.

Issue

Section

Engineerings