ACDC

Transmisión de enerxía a longa distancia

Anos atrás, chamoume a atención o magnífico obxecto sobre o que repousaba o café dun compañeiro de traballo. Tratábase dun pousavasos elaborado a partir da sección transversal dun cable eléctrico. A través do seu recubrimento de resina transparente podíase apreciar que a súa estrutura tiña moito máis busilis do que a maioría puidésemos atribuír a un simple cable. O pousavasos estaba asinado por ABB e cando lle confesei ao meu colega que me encantaría ter un como ese, respondeume que non mo ía a dar, e que, con esa sección, da que o núcleo de cobre era só unha pequena parte, podíase transferir máis de 1 GW de potencia empregando a tecnoloxía HVDC (Corrente Continua de Alta Tensión).

O meu compañeiro era o principal ideólogo dun ambicioso proxecto que perseguía transmitir 600 MW dende unha remota península en Australia do Sur ata o núcleo urbano de Adelaida e os dous anos seguintes pasámolos realizando estudos técnicos xunto con ABB para optimizar o complexo proceso de conexión a rede.

Esta tecnoloxía, facía economicamente viable un parque eólico de gran tamaño. Custa crer que este proxecto fóra só unha pequena mostra de moitos outros cuxas principais métricas son extraordinarias.

Economías de escala

Todo o que ten que ver con HVDC é xigantesco e preto do 70% do mercado global repártese entre dúas compañías: Hitachi (que recentemente adquiriu ABB Power Grids) e Siemens. O resto é de General Electric e outras empresas de gran tamaño. Este oligopolio débese ás infranqueables barreiras de acceso da tecnoloxía HVDC, debidas á súa elevada complexidade loxística e tecnolóxica, e só se empeza a ver modificado pola crecente competencia de empresas chinesas como State Grid Corporation of China (SGCC).

Un proxecto de HVDC ‘típico’ estaría definido polas seguintes magnitudes: 2 GW, 500 kV, 1000 km, 2 M€/km, pero uno non se decata das magnitudes ata que o ve de preto.

En Suecia, visitei as instalacións de ABB na cidade de Ludvika [2], que empregan directamente a preto de 3000 persoas (máis dun 10% da poboación). Ludvika é unha cidade rodeada de lagos e natureza, e a súa identidade é inseparable da industria que habita nela.

O acceso principal conduce a unha enorme sala. O seu perímetro, e o dos corredores que parten dela, está decorado con diagramas, fotos de enxeñeiros en branco e negro con frondosas barbas e vitrinas exhibindo cachivaches incomprensibles. Unha detallada cronoloxía fai referencia ás principais disrupcións tecnolóxicas que levan un século desenvolvéndose. Cada sala de reunión ten o nome dun inventor.

As zonas de fabricación teñen accesos directos á rede ferroviaria. Un tren penetra nas instalacións para cargar transformadores do tamaño de edificios de varias plantas, listos para ser enviados a todas partes do mundo.

Esta inmersión nas instalacións de Ludvika permitiume comprender por que o desenvolvemento da tecnoloxía HVDC está limitado a tan poucos actores: require unha combinación única de visión, experiencia, infraestrutura especializada e un ecosistema industrial completo albergado nunha cidade idílica. O mercado actual, valorado entre 10.000 e 12.000 millóns de dólares, con 250-300 GW de proxectos repartidos entre moi poucas empresas, reflicte esta realidade. Para entender mellor o porqué destas cifras e a complexidade que hai detrás, convén examinar os fundamentos técnicos que fan única a esta tecnoloxía.

Aspectos técnicos

A tecnoloxía HVDC permite a transmisión de potencia eléctrica en condicións claramente vantaxosas sobre a transmisión en alterna a partir de certo limiar. Aquí márcase o empate técnico no histórico partido da Guerra das Correntes. Siemens fixa este limiar na contorna do 600 km [3] para transmitir 1 GW de potencia (tan só 50 km para transmisión submarina).

En xeral, un sistema HVDC interconecta dous sistemas AC separados por unha gran distancia. Nos terminais da transmisión emprázanse os convertidores, que conteñen electrónica de potencia, etapas de filtrado, transformadores e sistemas de control. Aínda que estean debuxados nunha caixiña, estes equipos ocupan naves industriais enteiras.

A primeira parte do acrónimo (‘HV’) indica que se empregan voltaxes moi elevadas (de 100 kV a 1100 kV). A tensión e as perdas resistivas teñen unha relación inversa e cuadrática, e por iso empréganse tensións moi elevadas, tanto que as enormes distancias requiridas para illar centos de kilovoltios dotan a moitos destes equipos da estética das películas de ciencia ficción de mediados do século pasado.

A elección do nivel de tensión correspóndese cunha optimización económica: a maior tensión, máis complexos son os equipos que se sitúan a ámbolos dous lados do cable de continua. O rango de tensión superior queda reservado a ligazóns de miles de quilómetros.

A segunda parte (‘DC’) indica que a transmisión é en continua, e isto conleva importantes beneficios. O primeiro é que, ao non haber corrente reactiva, faise un mellor aproveitamento da capacidade do condutor e non é necesaria a compensación de reactiva ou transformadores intermedios para conseguir un perfil de tensión uniforme ao longo da ligazón.

Ademais, o ‘efecto pelicular’ [4], polo que a densidade de corrente tende a concentrarse preto da superficie do condutor, desaparece cando a corrente é continua e a corrente distribúese de maneira uniforme na súa sección, resultando nun aproveitamento mellor do cable. En continua tamén se reduce o ‘efecto coroa’ [5] (causante do chisporroteo que podemos escoitar nos cables de alta tensión, debido á ionización do aire) e con iso as perdas, caídas de tensión e fatiga para o illamento.

A nivel práctico, isto tradúcese nun aforro significativo na complexidade do cableado e das estruturas que o sustentan, e nunha importante redución das perdas. Por todos estes motivos [10], o custo da transmisión en continua é aproximadamente un terzo menor que en alterna.

Ademais destas vantaxes, a electrónica de potencia permite interconectar sistemas AC de distintas frecuencias e unha xestión independente da potencia reactiva en cada terminal. Os HVDC modernos poden proporcionar case calquera tipo de servizo auxiliar imaxinable aos sistemas de alterna que se interconectan.

Pero para beneficiarse das bondades da transmisión HVDC hai que resolver algúns dos problemas máis complexos de enxeñería eléctrica, principalmente os derivados da moi alta tensión.

Por exemplo, os sistemas de protección deben de ser capaces de interromper unha corrente que nunca pasa por cero. Na electrónica de potencia, a caída de tensión debe de ser repartida por igual e é necesario coordinar ao nanosegundo os disparos de centos de semiconductores en convertidores multinivel.

Os transformadores para HVDC [6] deben soportar tensións extremadamente elevadas e operar en condicións moi esixentes, o que require un deseño e fabricación especializados.

Ademais, todo o sistema debe de operar coordinadamente en poucos milisegundos, aínda que os seus terminais estean a miles de quilómetros de distancia.

Por estes motivos, o custo dos terminais supón un investimento inicial moi elevado, que só se ve compensado ao aumentar a lonxitude da ligazón.

A relación coa enerxía renovable

A integración masiva de renovables sen capacidade Grid-Forming nin almacenamento hibridado non fose factible en moitos lugares de Europa sen a incorporación da tecnoloxía HVDC. Isto explica por que vemos tantas conexións con países como Noruega, Suecia ou Reino Unido, que pasou de xerar un 40% da súa enerxía mediante centrais térmicas a menos dun 2% nunha década.

Existen lugares despoboados de inmenso recurso fotovoltaico. Os innumerables avances en todos e cada un dos elementos afíns á tecnoloxía HVDC xustifican a concepción de proxectos de magnitudes inconcibibles como a conexión directa entre Reino Unido e Marrocos [8] e entre Australia e Singapura [9], con distancias de transmisión da orde de 4000 km.

Outro ámbito de aplicación reseñable son os parques eólicos off-shore, onde esta tecnoloxía permite abaratar custos, evacuar a enerxía con perdas mínimas e ofrecer servizos de rede de primeira liña. Merece a pena revisar referencias como Dogger Bank, en Reino Unido [12].

Conclusións

Comprender a magnitude e o potencial transformador da tecnoloxía HVDC require unha visión que transcende as cifras convencionais.

A tecnoloxía HVDC representa un dos piares fundamentais para a transición enerxética global. A súa capacidade para transmitir grandes cantidades de enerxía a longas distancias, xunto coa súa eficiencia e flexibilidade, convértena nunha solución idónea para a integración de enerxías renovables a gran escala. Os megaproyectos actualmente en desenvolvemento, con distancias de transmisión superiores a 4000 km, son testemuño do seu potencial transformador.

Na miña visita ás instalacións de ABB en Ludvika, onde todo comezou con aquela fascinación por un pousavasos que mostraba a sección dun cable HVDC, puiden constatar a magnitude real desta tecnoloxía. Aínda que o noso proxecto de 600 MW en Australia do Sur non chegou a materializarse -unha decisión que o apagamento posterior demostrou acertada-, a experiencia permitiume comprender que detrás de cada “simple cable” hai un século de innovación, miles de enxeñeiros e unha tecnoloxía que está a redefinir os límites da transmisión eléctrica.

Hei de dicir que en Ludvika regaláronme un pousavasos, pero era de plástico e non albergaba unha sección real de cable… Desfíxenme del por pura envexa.

REFERENCIAS

Foto de portada de Cobalto-Eritrita, por Ala.