Ventajas de las líneas de transmisión de corriente continua de alta tensión frente a las líneas de corriente alterna
Habiéndose convertido en líneas tradicionales de transmisión de alta tensión, hoy operan invariablemente con corriente alterna. Pero, ¿alguna vez ha pensado en las ventajas que puede brindar una línea de transmisión de CC de alto voltaje en comparación con una línea de CA? Sí, estamos hablando de líneas de transmisión de corriente continua de alto voltaje (transmisión de energía HVDC).
Por supuesto, para la formación de una línea de corriente continua de alto voltaje, en primer lugar, convertidores, lo que haría corriente continua a partir de corriente alterna y corriente alterna a partir de corriente continua. Dichos inversores y convertidores son costosos, así como las piezas de repuesto para ellos, tienen limitaciones de sobrecarga, además, para cada línea, el dispositivo debe ser único sin exagerar. En distancias cortas, las pérdidas de potencia en los convertidores hacen que una línea de transmisión de este tipo sea generalmente antieconómica.
Pero en qué aplicaciones será preferible usarlo CORRIENTE CONTINUA.? ¿Por qué el alto voltaje de CA a veces no es lo suficientemente eficiente? Finalmente, ¿ya están en uso las líneas de transmisión de corriente continua de alto voltaje? Intentaremos obtener respuestas a estas preguntas.
No tienes que ir muy lejos para encontrar ejemplos. Un cable eléctrico tendido en el fondo del mar Báltico entre dos países vecinos, Alemania y Suecia, tiene una longitud de 250 metros, y si la corriente fuera alterna, la resistencia capacitiva provocaría pérdidas importantes. O al suministrar electricidad a zonas remotas cuando no es posible instalar equipos intermedios. Aquí también, la corriente continua de alto voltaje causará menos pérdidas.
¿Qué sucede si necesita aumentar la capacidad de una línea existente sin instalar una adicional? ¿Y en el caso de alimentar sistemas de distribución AC que no estén sincronizados entre sí?
Mientras tanto, para potencia específica transmitida por corriente continua, a alto voltaje, se requiere una sección transversal más pequeña del cable y las torres pueden ser más bajas. Por ejemplo, la línea de transmisión canadiense Bipole Nelson River conecta la red de distribución y la central eléctrica remota.
Las redes eléctricas de CA se pueden estabilizar sin aumentar el riesgo de cortocircuitos. Las descargas de corona, que causan pérdidas en las líneas de CA debido a los picos de voltaje ultraalto, son mucho menores con CC, por lo que se libera menos ozono dañino. Nuevamente, se reduce el costo de construir líneas eléctricas, por ejemplo, se necesitan tres cables para tres fases y solo dos para HVDC. Una vez más, los máximos beneficios de los cables submarinos no son solo menos materiales, sino también menos pérdidas capacitivas.
Desde 1997AAB instala líneas HVDC Light con potencias de hasta 1,2 GW en tensiones de hasta 500 kV. Así, se construyó un enlace de 500 MW de potencia nominal entre las redes de Gran Bretaña e Irlanda.
Esta conexión mejora la seguridad y fiabilidad del suministro eléctrico entre redes. De oeste a este, uno de los cables de la red tiene una longitud de 262 kilómetros, con el 71% del cable en el fondo del mar.
Una vez más, recuerde que si la corriente alterna se usara para recargar la capacitancia del cable, habría pérdidas de energía innecesarias y, dado que la corriente se aplica constantemente, las pérdidas son insignificantes. Además, tampoco deben despreciarse las pérdidas dieléctricas de CA.
En general, con corriente continua se puede transmitir más potencia por el mismo cable, porque los picos de tensión a la misma potencia, pero con corriente alterna, son más altos, además, el aislamiento debe ser más grueso, la sección transversal es mayor, la la distancia entre los conductores es mayor, etc. Considerando todos estos factores, el corredor de la línea de transmisión de corriente continua proporciona una transmisión de energía eléctrica más densa.
No se crean líneas permanentes de alta tensión a su alrededor. campo magnético alterno de baja frecuenciacomo es típico de las líneas de transmisión de CA. Algunos científicos hablan del daño de este campo magnético variable a la salud humana, a las plantas, a los animales. La corriente continua, a su vez, crea solo un gradiente de campo eléctrico constante (no variable) en el espacio entre el conductor y la tierra, y esto es seguro para la salud de las personas, los animales y las plantas.
La estabilidad de los sistemas de CA se ve facilitada por la corriente continua.Debido al alto voltaje y la corriente continua, es posible transferir energía entre sistemas de CA que no están sincronizados entre sí. Esto evita que se propague el daño en cascada. En caso de fallas no críticas, la energía simplemente ingresa o sale del sistema.
Esto impulsa aún más la adopción de redes de CC de alta tensión, dando lugar a nuevas bases.
Estación convertidora de Siemens para una línea de transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC) entre Francia y España
Esquema de una línea HVDC moderna
El flujo de energía está regulado por un sistema de control o estación de conversión. El flujo no está relacionado con el modo de operación de los sistemas conectados a la línea.
Las interconexiones en líneas de CC tienen una capacidad de transmisión arbitrariamente pequeña en comparación con las líneas de CA, y se elimina el problema de los enlaces débiles. Las propias líneas pueden diseñarse teniendo en cuenta la optimización de los flujos de energía.
Además, desaparecen las dificultades de sincronizar varios sistemas de control diferentes para el funcionamiento de sistemas de energía individuales. Controladores de emergencia rápidos incluidos Cables eléctricos de corriente continua aumentando la confiabilidad y la estabilidad de la red en general. El control del flujo de potencia puede reducir las oscilaciones en líneas paralelas.
Estas ventajas facilitarán la adopción más rápida de la interacción de corriente continua de alto voltaje para dividir grandes sistemas de energía en varias partes que están sincronizadas entre sí.
Por ejemplo, se han construido varios sistemas regionales en India que están interconectados por líneas de corriente continua de alto voltaje.También hay una cadena de convertidores controlados por un centro especial.
Es lo mismo en China. En 2010, ABB construyó en China la primera línea de corriente continua de ultra alta tensión de 800 kV del mundo en China. La línea de CC de ultra alto voltaje de 1100 kV Zhongdong - Wannan con una longitud de 3400 km y una capacidad de 12 GW se completó en 2018.
A partir de 2020, se han completado al menos trece sitios de construcción Líneas EHV DC en China. Las líneas HVDC transmiten grandes cantidades de energía a través de distancias significativas, con múltiples proveedores de energía conectados a cada línea.
Por regla general, los desarrolladores de líneas de transmisión de corriente continua de alto voltaje no brindan al público en general información sobre el costo de sus proyectos, ya que se trata de un secreto comercial. Sin embargo, los detalles de los proyectos hacen sus propios ajustes y el precio varía según: potencia, longitud del cable, método de instalación, costo del terreno, etc.
Al comparar económicamente todos los aspectos, se toma una decisión sobre la viabilidad de construir una línea HVDC. Por ejemplo, la construcción de una línea de transmisión de cuatro líneas entre Francia e Inglaterra, con una capacidad de 8 GW, junto con el trabajo en tierra, requirió alrededor de mil millones de libras.
Lista de proyectos importantes de corriente continua de alto voltaje (HVDC) del pasado
en la década de 1880 hubo una llamada guerra de corrientes entre defensores de DC como Thomas Edison y defensores de AC como Nikola Tesla y George Westinghouse. La corriente continua duró 10 años, pero el rápido desarrollo de los transformadores de potencia, necesarios para aumentar el voltaje y así limitar las pérdidas, llevó a la proliferación de redes de corriente alterna. Fue solo con el desarrollo de la electrónica de potencia que se hizo posible el uso de corriente continua de alto voltaje.
Tecnología HVDC apareció en la década de 1930. Fue desarrollado por ASEA en Suecia y Alemania. La primera línea HVDC se construyó en la Unión Soviética en 1951 entre Moscú y Kashira. Luego, en 1954, se construyó otra línea entre la isla de Gotland y Suecia continental.
Moscú — Kashira (URSS) — longitud 112 km, tensión — 200 kV, potencia — 30 MW, año de construcción — 1951. Se considera que es la primera corriente continua de alto voltaje electrónica completamente estática del mundo, puesta en funcionamiento. La línea no existe actualmente.
Gotland 1 (Suecia) — longitud 98 km, tensión — 200 kV, potencia — 20 MW, año de construcción — 1954. El primer enlace HVDC comercial del mundo. Ampliado por ABB en 1970, dado de baja en 1986.
Volgogrado — Donbass (URSS) — longitud 400 km, tensión — 800 kV, potencia — 750 MW, año de construcción — 1965. La primera etapa de la línea eléctrica de 800 kV CC Volgogrado — Donbass se puso en servicio en 1961, lo que se señaló en la prensa en ese momento como un etapa muy importante en el desarrollo técnico de la ingeniería eléctrica soviética. La línea está actualmente desmantelada.
Ensayo de rectificadores de alta tensión para una línea de corriente continua en el laboratorio VEI, 1961.
Diagrama de líneas de corriente continua de alto voltaje Volgogrado — Donbass
Mirar: Fotografías de instalaciones eléctricas y equipos eléctricos en la URSS 1959-1962
HVDC entre las islas de Nueva Zelanda — longitud 611 km, tensión — 270 kV, potencia — 600 MW, año de construcción — 1965. Desde 1992, reconstruido АBB… Tensión 350 kV.
Desde 1977hasta ahora todos los sistemas HVDC se han construido utilizando componentes de estado sólido, en la mayoría de los casos tiristores, desde finales de la década de 1990 se han utilizado convertidores IGBT.
Inversores IGBT en la estación convertidora de Siemens para la línea de transmisión de corriente continua de alta tensión (HVDC) entre Francia y España
Cahora Bassa (Mozambique - Sudáfrica) — longitud 1420 km, tensión 533 kV, potencia — 1920 MW, año de construcción 1979. Primer HVDC con tensión superior a 500 kV. Reparación ABB 2013-2014
Ekibastuz — Tambov (URSS) — longitud 2414 km, tensión — 750 kV, potencia — 6000 MW. El proyecto se inició en 1981. Cuando entre en funcionamiento, será la línea de transmisión más larga del mundo. Los sitios de construcción fueron abandonados alrededor de 1990 debido al colapso de la Unión Soviética y la línea nunca se completó.
Interconexión Francia Angleterre (Francia — Gran Bretaña) — longitud 72 km, tensión 270 kV, potencia — 2000 MW, año de construcción 1986.
Gezhouba — Shanghái (China) — 1046 km, 500 kV, potencia 1200 MW, 1989.
RihandDelhi (India) — longitud 814 km, tensión — 500 kV, potencia — 1500 MW, año de construcción — 1990.
Cable báltico (Alemania - Suecia) — longitud 252 km, tensión — 450 kV, potencia — 600 MW, año de construcción — 1994.
Tien Guan (China) — longitud 960 km, tensión — 500 kV, potencia — 1800 MW, año de construcción — 2001.
Talcher Kolar (India) — longitud 1450 km, tensión — 500 kV, potencia — 2500 MW, año de construcción — 2003.
Tres Gargantas — Changzhou (China) — longitud 890 km, tensión — 500 kV, potencia — 3000 MW, año de construcción — 2003. En 2004 y 2006.Se construyeron 2 líneas más desde la central hidroeléctrica HVDC "Tres Gargantas" hasta Huizhou y Shanghái durante 940 y 1060 km.
La central hidroeléctrica más grande del mundo, Three Gorges, está conectada con Changzhou, Guangdong y Shanghái mediante líneas de corriente continua de alta tensión.
Xiangjiaba-Shanghái (China) — la línea de Fulong a Fengxia. La longitud es de 1480 km, el voltaje es de 800 kV, la potencia es de 6400 MW, el año de construcción es 2010.
Yunnan — Guangdong (China) — longitud 1418 km, tensión — 800 kV, potencia — 5000 MW, año de construcción — 2010.