- Transmisión HVDC: una superautopista de la electricidad hacia la nueva era de las energías renovables
- Tecnología de convertidores de suministro de voltaje (VSC) en sistemas de transmisión HVDC
- Avances en la infraestructura Ultra HVDC (UHVDC) sobresaliente para la transmisión de energía renovable
La necesidad de un sistema de transmisión de electricidad eficiente y flexible se ha sentido constantemente en las economías industrializadas de hoy. Hay una serie de opciones disponibles para los encargados de formular políticas y las entidades comerciales, y los sistemas de transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC) emergen como un mecanismo viable de gestión de la energía.
El desarrollo de la tecnología HVDC presagia un cambio radical en la forma en que se transmite la electricidad a largas distancias, ya que ofrece múltiples beneficios sobre los sistemas de transmisión de corriente alterna (CA). Los sistemas de transmisión HVDC ofrecen ventajas en términos de menores emisiones y ahorro de costos, cuando se despliegan por encima de la cabeza para largas distancias y bajo tierra o bajo el agua para distancias cortas.
Al ofrecer la máxima eficiencia transitoria y menores pérdidas de energía, independientemente de la distancia que recorra la electricidad, los sistemas de transmisión HVDC están creando un potencial significativo para la transmisión de energía a largas distancias, como islas e incluso continentes. Los avances en las tecnologías HVDC están allanando el camino para los sistemas de electricidad renovable, lo que significa perspectivas futuras positivas para el mercado de sistemas de transmisión HVDC, que fue valorado en casi US $ 7,4 mil millones en 2018.
Transmisión HVDC: una superautopista de la electricidad hacia la nueva era de las energías renovables
Los sistemas de transmisión HVDC están emergiendo como la base sobre la que se está desarrollando e implementando el nuevo sistema energético basado en fuentes renovables. Los sistemas de energía renovable, como los proyectos de energía solar y eólica, a menudo son muy volátiles y están ubicados en áreas remotas. La tecnología HVDC en constante evolución está ganando terreno en la nueva economía energética con líneas de transmisión HVDC de largo recorrido que pueden transportar energía con la máxima eficiencia y pérdidas mínimas de energía.
Las líneas HVDC se están convirtiendo en las "superautopistas de la electricidad", que están acelerando el futuro de los sistemas de generación de energía renovable de tres maneras: interconectando plantas de energía existentes, desarrollando nuevas estaciones de energía solar e integrando proyectos de energía eólica marina. Los semiconductores de potencia, los cables de alto voltaje y los convertidores se encuentran entre los componentes clave de la tecnología HVDC, que aportan características distintivas al moderno sistema de transmisión de corriente continua (CC).
Las necesidades de construcción de nuevas centrales eléctricas se pueden diferir con el despliegue de sistemas de transmisión HVDC, ya que interconecta diferentes sistemas de energía para operar de manera más eficiente. El nuevo sistema de energía puede lograr mayores ganancias económicas y ambientales provenientes de grandes recursos hidroeléctricos, que reemplazan los sistemas de generación térmica en los sistemas tradicionales de energía a través de líneas de transmisión HVDC.
La transmisión HVDC se ha convertido en una superautopista de energía para la integración a gran escala de recursos de energía renovable para ofrecer redes interconectadas, que son lo suficientemente confiables y flexibles para abordar los desafíos de la nueva economía de energía renovable. Las redes de transmisión HVDC permiten el equilibrio de carga entre las superautopistas de energía HVDC y el uso compartido de líneas y estaciones convertidoras en proyectos solares y centrales eólicas marinas. Por tanto, el despliegue de sistemas de transmisión HVDC se considera una forma económicamente viable de proporcionar redundancia y fiabilidad en tales redes eléctricas.
Además, los sistemas de transmisión HVDC también ofrecen soluciones viables a los desafíos de los derechos de paso existentes. Un sistema de transmisión HVDC desplegado por encima de la cabeza puede resultar más confiable que una línea de transmisión de CA de doble circuito. Una infraestructura HVDC puede mejorar la eficiencia transitoria de la electricidad mediante el uso de cables HVDC aislados en aplicaciones subterráneas y submarinas, lo que puede acelerar los procesos de permisos de derecho de paso. Además, los sistemas de transmisión HVDC también se pueden instalar junto a las líneas de CA existentes o sobre ellas, lo que reduce las necesidades de uso de la tierra con derecho de paso.
Tecnología de convertidores de suministro de voltaje (VSC) en sistemas de transmisión HVDC
Los sistemas de transmisión HVDC emplean convertidores de conmutación de línea (LCC) de fuente de corriente, que requieren potencia reactiva de condensadores en serie, bancos de derivación o filtros para funcionar. Sin embargo, un sistema de transmisión HVDC convencional no ofrece soporte de voltaje dinámico a la red de CA y no controla el voltaje del sistema en un rango aceptable, dentro de la tolerancia deseada. En consecuencia, los convertidores de suministro de voltaje se utilizan en sistemas de transmisión HVDC convencionales, no solo para proporcionar una regulación dinámica de voltaje a la red de CA, sino también para controlar el flujo de energía en el sistema.
Los sistemas de transmisión HVDC basados en la tecnología VSC pueden ofrecer un control independiente de la potencia activa y reactiva sin fallos de conmutación. La conmutación de las válvulas IGBT en la transmisión HVDC basada en VSC sigue una modulación de ancho de pulso (PWM), que permite al sistema ajustar el ángulo de fase y la amplitud del voltaje de salida de CA del convertidor con voltaje de CC constante.
Además, los sistemas de transmisión HVDC basados en VSC constan de dos sistemas de control y protección independientes, que comprenden procesadores de señales digitales y microcontroladores, y ofrecen redundancia para garantizar una alta confiabilidad. Estas características se atribuyen a la inclinación de los usuarios finales hacia la tecnología VSC sobre la tecnología LCC en los sistemas de transmisión HVDC.
Los sistemas HVDC basados en VSC están ganando popularidad en el mercado de sistemas de transmisión HVDC, con más del 55% de la participación en los ingresos del mercado. La tecnología de transmisión basada en VSC ha alcanzado la mayoría de edad para los sistemas de transmisión HVDC convencionales, a pesar de ser una opción relativamente más costosa para aplicaciones de transmisión de mayor clasificación.
Las empresas líderes en el mercado de sistemas de transmisión HVDC están impulsando la adopción de la tecnología VSC para mejorar la confiabilidad de la transmisión HVDC en proyectos de energía renovable implementados en todo el mundo. Por ejemplo, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation, un fabricante japonés líder de sistemas de generación de energía, anunció la instalación de un enlace de transmisión HVDC basado en VSC que conecta el continente japonés (Honshu) con la isla norteña de Hokkaido, en marzo de 2019. La compañía anunció que este es el primer sistema HVDC basado en VSC de Japón que garantiza 600 MW de capacidad de interconexión en todo momento.
En abril de 2019, el Grupo ABB, una corporación multinacional suizo-sueca que opera en los segmentos de energía, equipos eléctricos pesados y tecnología de automatización, anunció que había establecido una empresa conjunta con Hitachi, Ltd., un conglomerado multinacional japonés, para entregar VSC. -Sistema de transmisión HVSC basado en la subestación Higashi-Shimizu en Japón. La compañía anunció que los sistemas de transmisión HVDC basados en VSC incluirán dos convertidores VSC (300.000 kW cada uno), e Hitachi construirá el sistema, que constará de transformadores convertidores Hitachi y un convertidor HVDC ABB con un sistema de control y protección.
Avances en la infraestructura Ultra HVDC (UHVDC) sobresaliente para la transmisión de energía renovable
El desarrollo de un sistema de transmisión UHVDC es uno de los últimos avances en la tecnología de transmisión HVDC, que permite la transmisión de voltaje CC de al menos 800 kV; un sistema de transmisión HVDC convencional generalmente usa voltajes entre 100 kV y 600 kV. A medida que la nueva economía energética global avanza gradualmente hacia las redes eléctricas a escala continental, es probable que los sistemas de transmisión UHVDC adquieran una importancia inmensa en todo el mundo.
Las regiones desarrolladas se encuentran entre los mercados más favorables para los sistemas de transmisión UHVDC, ya que los países desarrollados están generando grandes cantidades de energía renovable. América del Norte y Europa se encuentran entre los mercados más grandes para los sistemas de transmisión HVDC, ya que los órganos rectores de estas regiones están invirtiendo fuertemente para desarrollar infraestructuras HVDC a fin de cumplir sus objetivos climáticos.
El Reino Unido se encuentra entre los países europeos líderes en haber implementado sistemas de transmisión HVDC. El Reino Unido comparte enlaces HVDC con varios países vecinos, incluidos Noruega, Irlanda, Francia y Holanda. Además, Estados Unidos ha estado impulsando las inversiones en generación de energía limpia y la adopción de la transmisión HVDC está aumentando a un ritmo rápido en el país. La red interestatal en constante expansión de sistemas de autopistas eléctricas en los EE. UU. Convierte a América del Norte en el mercado más grande para el sistema de transmisión HVDC, con casi una cuarta parte de los ingresos del mercado mundial.
Sin embargo, un número creciente de economías emergentes ha mostrado un crecimiento prometedor en la generación de energía renovable con el desarrollo de centrales hidroeléctricas y proyectos de energía eólica. Los países en desarrollo albergan proyectos de energía solar y eólica a gran escala, y se están adoptando sistemas de transmisión UHVDC para satisfacer la creciente demanda de energía en estos países.
China se convirtió en uno de los países líderes del mundo en adoptar por primera vez un sistema de transmisión UHVDC. En 2010, el Grupo ABB construyó la primera línea de transmisión UHVDC del mundo entre Shanghai y Xiangjiaba en China con una potencia nominal de 6,4 GW y una longitud total de alrededor de 1.907 km. Para 2017, el país invirtió más de 400 mil millones de yuanes (US $ 57 mil millones) para desarrollar al menos 21 nuevas líneas de transmisión UHVDC en el país.
General Electric Company (GE), un conglomerado multinacional estadounidense, encargó la primera fase de 1.500 MW del sistema de transmisión de energía HVDC de dos fases en Chhattisgarh, India, en 2017. The Power Grid Corporation of India Limited, una empresa eléctrica estatal india empresa: invirtió más de 6.300 crore INR en el proyecto. El Ministerio de Energía anunció que la capacidad del proyecto se actualizó aún más a 6,000 MW con una inversión de más de 5,200 crore INR, en diciembre de 2018. GE anunció que este era el primer proyecto UHVDC de la compañía en India y en el mundo, que es de 1.287 Autopista energética de km con una potencia de transmisión de hasta 3.000 MW.
Con la adopción cada vez mayor de sistemas de transmisión UHVDC en economías emergentes, como China e India, la región de Asia Pacífico (excepto Japón) está emergiendo como un mercado de alto crecimiento para los sistemas de transmisión HVDC. Las tendencias futuras en el sector de transmisión y distribución de electricidad (T&D) están muy influenciadas por la combinación de fuentes de energía renovables.
El aumento de las inversiones en el sector de T&D reforzará la generación de energía renovable en los próximos años. En consecuencia, esto desencadenará la adopción global de los sistemas de transmisión HVDC como una solución flexible y económica para gestionar los nuevos desafíos de generación de energía e integrar las fuentes renovables en los próximos años.