Ligeros, seguros y eficaces

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Ligeros, seguros y eficaces Sencillo y agradable Los recursos de la Tierra se van limitando cada vez más. La construcción de infraestructuras que satisfagan las crecientes necesidades de la población se está convirtiendo, si no lo ha hecho ya, en un problema crucial. Tanto si les gusta como si no, las compañías de electricidad, agua y comunicaciones se ven ahora, más que nunca, obligadas a encontrar formas de prestar más servicios empleando, en muchos casos, la misma infraestructura de forma más compacta, eficaz y ecológica. Por ejemplo, el sector energético ha estado investigando formas de aumentar el transporte de electricidad por los corredores ya existentes. Además, con arreglo al marco establecido por la Comisión Europea (CE) en 2003 [1], se debe aumentar el comercio de electricidad entre los países miembros. Puesto que este aspecto está actualmente por debajo del desarrollo alcanzado por otros sectores de la economía, debe construirse un gran número de interconexiones, ya sea por tierra o por mar. Un sistema de CC mejora la capacidad de transporte, sufre menos pérdidas, es muy ecológico y las longitudes de transporte no tienen prácticamente límite gracias a la eliminación de las corrientes capacitivas. En cualquier caso, para satisfacer las demandas de la creciente población y las estrictas normas, muchos proveedores se enfrentan ahora a tres cuestiones muy importantes: Cuánto se puede aumentar la potencia por metro cuadrado de terreno ocupado; Cuánto se pueden reducir los efectos medioambientales con las mismas o mejores tecnologías y/o fiabilidad (o ambas); Cómo se deben gestionar los riesgos que se corren. 1 Comparación entre cables HVAC y HVDC Light Cables de CA Pérdidas óhmicas en el conductor Pérdidas inducidas en el conductor Pérdidas inducidas en el aislante Pérdidas inducidas en cables próximos Corriente en el cable debida a la longitud 3 cables Esfuerzo de campo medio (kV/mm) 20 15 10 5 0 HVAC HVDC Light El transporte de electricidad en el sector energético Actualmente, la mayoría de la energía eléctrica se transporta mediante corriente alterna clásica (CA), porque la transformación de una tensión a otra es relativamente sencilla. En las zonas rurales se suelen usar los tendidos aéreos para el transporte a largas distancias, mientras que para las zonas urbanas son adecuados los cables de alimentación. Los cables submarinos de CA se utilizan para distancias limitadas en mares y lagos. Sin embargo, los sistemas de transporte de CA tienen algunas limitaciones técnicas, como la generación y el consumo de energía reactiva y la ausencia de control del flujo de potencia. Se utilizan técnicas de compensación, como los dispositivos FACTS, para limitar los efectos de la generación y el consumo de energía reactiva. Además, en comparación con los tendidos aéreos, los cables de CA tienen mayores corrientes de carga capacitiva, lo que limita su capacidad para transportar electricidad a grandes 2 Cables terrestres HVDC Light ® extruidos Cables de CC Pérdidas óhmicas en el conductor Cables de CA distancias. También existen aspectos medioambientales por lo que se refiere a los campos eléctrico y magnético que rodean los tendidos aéreos y los cables de CA. Se pueden eliminar estas limitaciones si el transporte se hace mediante corriente continua (CC). Un sistema de CC mejora la capacidad de transporte, sufre menos pérdidas, es respetuoso con el medio ambiente y las longitudes de transporte no tienen prácticamente límite a causa de la eliminación de las corrientes capacitivas. Además, el transporte con CC es muy ecológico. Sin embargo, ya que la energía eléctrica se genera como CA en una central y se suministra a los consumidores también como CA, un transporte por HVDC necesita la conversión de CA a CC y de CC a CA en cada extremo. Para ello se utilizan principalmente dos técnicas, el clásico convertidor de fuente de corriente (LCC) y el convertidor de fuente de tensión (VSC). Las ventajas principales de los cables HVDC Light ® con respecto a sus homólogos HVAC son el peso y las dimensiones menores, que se traducen en una densidad de potencia mayor. Transporte por HVDC y HVDC Light ® La técnica tradicional HVDC (alta tensión en corriente continua) la empezó a aplicar ASEA en Suecia en 1954. HVDC Light ® es una tecnología relativamente nueva para el transporte de electricidad, desarrollada por ABB en la década de 1990. Se conoce también como “transporte invisible de electricidad”, puesto que se basa en cables subterráneos. Las ventajas principales de los cables HVDC Light ® con respecto a sus homólogos HVAC (alta tensión en corriente alterna) son el peso y las dimensiones menores, que se traducen en una densidad de potencia mayor 1 . En otras palabras, la energía que se puede transportar por kilo gramo de cable es mayor para los Revista ABB 2/2008 53
Ligeros, seguros y eficaces Sencillo y agradable cables HVDC Light ® que para los HVAC. Las razones principales para ello son: Los cables HVDC Light ® trabajan con mayores intensidades de campo, por lo que el aislamiento es más delgado que el de los cables HVAC. Los conductores de los cables HVAC se deben dimensionar teniendo en cuenta las pérdidas por efecto Kelvin, por efecto de proximidad, por pérdidas inducidas en apantallamientos y revestimientos, y en el caso de cables submarinos, por pérdidas inducidas en las armaduras. Los cables HVDC Light ® sólo tienen que dimensionarse teniendo en cuenta las pérdidas óhmicas. Un sistema HVAC precisa tres cables, mientras que uno HVDC sólo necesita dos. Los sistemas de cables de polímero HVDC Light ® 2 han sido desarrollados, instalados y se encuentran en servicio con niveles de tensión entre 80 kV y 150 kV. Estos sistemas instalados cubren márgenes de potencias entre 50 MW [2] y 350 MW [3]. Se prevé que la demanda futura para el transporte HVDC y, en particular, para los cables HVDC va a aumentar. El hecho de que se pueda enterrar este sistema de transporte de energía eléctrica a grandes distancias hace que el sistema HVDC Light ® de ABB sea muy atractivo. Actualmente, el mercado tradicional y la fuerza técnica impulsora que se hallan detrás del uso de los sistemas de cables HVDC es el transporte submarino a grandes distancias, necesario en especial si hay que conectar redes asíncronas 1) . Pero la introducción de los cables VSC y HVDC de polímero extruidos ha ofrecido la posibilidad de un nuevo mercado para los sistemas HVDC Cuadro Comparación entre distintos sistemas de transporte por cable HVAC XLPE Cables 220 kV nominales 200–500 MVA 400 kV nominales 400–1000 MVA Anchura de terreno afectado MVA/m para 220–420 kV Light ® . Por ejemplo, los lugares remotos con redes débiles se pueden conectar con facilidad, como en el caso de los generadores eólicos 2) [4] y las plataformas petrolíferas y de gas [5]. Se ha observado que el tendido subterráneo es un importante agente activador del mercado. Detrás de este fenómeno se encuentran las nuevas y exigentes normas europeas en materia de campos electromagnéticos, los “trámites para permisos” de tendidos aéreos, que entrañan más dificultad y exigen más tiempo (en especial, en Europa), y la creciente opinión pública de que se precisan soluciones con mayor valor estético. Por encima de todo, se considera que un sistema HVDC Light ® sólido constituye una solución con escaso mantenimiento y una alta rentabilidad. Aumento de la potencia por metro cuadrado de terreno ocupado En el Cuadro se muestra una comparación entre los cables HVAC XLPE, HVDC Light ® y los tendidos aéreos para sistemas con valores nominales entre 220 kV y 400 kV. En la misma tabla se presenta asimismo la anchura del ROW (derecho de paso) o anchura del terreno afectado. Por lo que se refiere al transporte de electricidad, se puede ver en la tabla que un sistema HVDC Light ® es entre 25 y 30 veces más compacto que el sistema de tendido aéreo equivalente. Si se compara también la potencia por kilogramo de ambos, el sistema de cables HVDC es entre 15 y 25 veces más eficaz. Fiabilidad El primer sistema comercial de cables HVDC Light ® se instaló en Suecia en HVDC Light ® Cables 100–300 MVA (150 kV) 300–1000 MVA (320 kV) Tendido aéreo 300–800 MVA 500–2000 MVA 1–2 m 0.5–1 m 40–60 m 200–500 MVA/m 200–1000 MVA/m 7.5–33 MVA/m 1999. Se conectó un parque eólico en el extremo meridional de la isla Gotland con la ciudad de Visby, también en Gotland, mediante una línea de 80 kV y 50 MW. Desde entonces se han realizado otros proyectos, incluido el proyecto Estlink, un enlace de 150 kV y 350 MW [3]. En menos de una década se han instalado casi 1.500 km de cables HVDC Light ® , con otros 400 km en marcha, lo que demuestra que HVDC Light ® es realmente una tecnología madura y fiable. Además de esto, están en servicio actualmente unos 500 empalmes de cable. Se puede comparar con los más de 1.700 km de cable impregnado en masa instalados por ABB desde 1953. Instalación El peso, relativamente ligero, y las pequeñas dimensiones (que permiten un pequeño número de empalmes) y la resistencia mecánica de los cables HVDC Light ® tienen una influencia positiva en los gastos de instalación, que constituyen una parte importante del coste de inversión total. Si a esto se añaden los nuevos equipos desarrollados para instalación en tierra, se deduce que la relación entre los costes de los sistemas de tendidos aéreos y los que se basan en los cables de polímero HVDC es, en función de la longitud y las condiciones de los circuitos, comparativamente baja. En la actualidad, se facilita la instalación mediante máquinas de tendido mecánico del cable con cortadoras de disco y dispositivos automáticos para el rellenado de zanjas. Las infraestructuras existentes suelen tener composiciones definidas para el suelo y la instalación es más fácil si se pueden evitar las rocas, etc. En un proyecto en Australia se tendieron los cables HVDC Light ® 3 a una velocidad de entre uno y tres kilómetros al día [6, 7]. Esto sólo es posible con la tecnología HVDC Light ® y los diseños de cables delgados HVAC XLPE. Notas a pie de página 1) Para este tipo de conexiones se emplea tradicionalmente cable aislado con papel. 2) Una de las características del HVDC Light ® es su mayor capacidad para estabilizar la tensión de CA en los terminales. Esto reviste especial importancia en los parques eólicos, en los que la variación de la velocidad del viento puede ocasionar grandes fluctuaciones de tensión. 54 Revista ABB 2/2008
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