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Analizar los costos de la transmisión de corriente continua de alta tensión (HVDC)

Temas discutidos

  • Introducción a HVDC
  • Estructura de costos de HVDC
  • Supuestos realizados en los cálculos de precios
  • Sistema de HVDC basado en tiristores versus sistema de CA de alto voltaje
  • Sistema HVDC basado en VSC versus un sistema de CA o una fuente de generación local
  • Información de costes comparativos

Introducción

Especifica un sistema utilizado para transmitir o intercambiar energía eléctrica por medio de corriente continua.

La transmisión de HVDC es ampliamente reconocida como ventajosa para la entrega de energía a granel de larga distancia, interconexiones asíncronas y cruces de cables submarinos largos.

 
HVDC se utiliza para transmitir electricidad a largo o muy larga distancia por líneas aéreas de transmisión o cables submarinos, ya que entonces se vuelve económicamente atractivo a través de líneas convencionales de transmisión de CA.

linea de transmiscion

En un sistema HVDC, la energía eléctrica se obtiene de un sistema de red de corriente alterna trifásica convertida en DC en una estación convertidora, transmitida al extremo receptor por un cable DC o una línea aérea DC y luego invertida de nuevo a AC en otra estación convertidora y Inyectado en el sistema de red de CA del extremo de recepción.

La estación convertidora HVDC utiliza válvulas de tiristor para realizar la conversión de CA a CC y viceversa. Las válvulas se disponen normalmente como un convertidor de 12 impulsos. Las válvulas están conectadas al sistema de CA por medio de transformadores.

El convertidor de 12 impulsos produce corrientes de armónicos impares ( h = np ± 1 ) en el lado AC, es decir, 11, 13, 23, 25, 35, 37 y así sucesivamente … Estos armónicos no pueden entrar en el sistema de red CA proporcionando AC Filtros armónicos.

Convertidor de 12 pulsos
Convertidor de 12 pulsos

I _ { c } = (V _ { 1 } – V _ { 2 }) / R

El convertidor de 12 impulsos produce incluso corrientes armónicas en el lado DC, es decir, 12, 24, 36. Estos armónicos pares se impiden entrar en la línea aérea de CC proporcionando filtros de CC.

Siempre se instala un reactor de alisado grande en el lado de CC para reducir la ondulación en la corriente continua. Este reactor de alisado grande también filtra estos armónicos. Sin embargo, para una aplicación de cable submarino en lugar de la línea aérea DC los filtros de CC no son necesarios.

Un enlace HVDC es dos estaciones de rectificador / inversor conectadas por una línea aérea o cables de CC. La línea Bipolar HVDC usa sólo dos conjuntos aislados de conductores en lugar de tres. Esto resulta en derechos de paso más estrechos, torres de transmisión más pequeñas.

Para un área dada del conductor del cable, las pérdidas de la línea con los cables de HVDC son cerca de 50% de esos cables de la CA. Esto se debe a cables de CA que requieren más conductores, es decir, tres fases, que llevan componente reactivo de corriente, efecto de piel e inducen corrientes en la vaina de cable y armadura.

Transmitir potencia sobre las líneas de CC requiere menos conductores (es decir, 2 conductores, uno es positivo otro es negativo).

Estructura de costos de HVDC

El costo de un sistema de transmisión HVDC depende de muchos factores, tales como:

  • Capacidad de potencia a transmitir,
  • Tipo de medio de transmisión,
  • Condiciones ambientales y
  • Otros requisitos de seguridad, reglamentación, etc.
  • Incluso cuando están disponibles, las opciones disponibles para un diseño óptimo (diferentes técnicas de conmutación, variedad de filtros, transformadores, etc.) hacen difícil dar una cifra de coste para un sistema HVDC.

No obstante, una estructura de costes típica para las estaciones de convertidor podría ser la siguiente:

Estructura de costos de HVDC
Estructura de costos de HVDC

A modo de guía, se presenta a continuación un ejemplo que muestra la variación del precio de una transmisión AC en comparación con una transmisión HVDC para 2000 MW.

Variación de precios de HVDC y HVAC
Variación de precios de HVDC y HVAC

Supuestos realizados en los cálculos de precios

Para la transmisión AC se supone un circuito doble con un precio por km de 250 kUSD / km (cada uno), las subestaciones AC y la compensación en serie (por encima de 600 km) se estiman en 80 MUSD .

Para la transmisión HVDC se suponía una línea OH bipolar con un precio por km de 250 kUSD / km , las estaciones convertidoras se estiman en 250 MUSD .

Se recomienda encarecidamente tomar contacto con un fabricante para obtener una primera idea de costos y alternativas. Los fabricantes deben ser capaces de dar un precio presupuestario basado en pocos datos, como la potencia nominal, la distancia de transmisión, el tipo de transmisión, el nivel de tensión en las redes de CA donde se van a conectar los convertidores.

La elección del nivel de tensión de transmisión DC tiene un impacto directo en el coste total de instalación. En la etapa de diseño se realiza una optimización para averiguar el voltaje CC óptimo desde el punto de vista de inversión y pérdidas.

Los costes de las pérdidas también son muy importantes: en la evaluación de las pérdidas es necesario tener en cuenta el coste energético y el horizonte temporal de utilización de la transmisión.

Finalmente, debe considerarse el período de amortización y la tasa de rendimiento deseada (o tasa de descuento). Por lo tanto, para estimar los costos de un sistema HVDC, se recomienda realizar un análisis del costo del ciclo de vida.

Se necesitan dos comparaciones diferentes para resaltar la comparación de costos entre sistemas AC de alta tensión y sistemas HVDC:

  1. Uno está entre los sistemas HVDC basados en tiristores y un sistema de transmisión de CA de alto voltaje; Y
  2. El otro entre un sistema basado en VSC HVDC; Un sistema de CA y una fuente de generación local.

Sistema de HVDC basado en tiristores versus sistema de CA de alto voltaje

Los costos de inversión para las estaciones convertidoras HVDC son mayores que para las subestaciones AC de alta tensión. Por otro lado, los costos del medio de transmisión (líneas aéreas y cables), los costos de adquisición / derecho de vía son más bajos en el caso de HVDC.

Además, los costos de operación y mantenimiento son menores en el caso de HVDC. Los niveles de pérdida inicial son más altos en el sistema HVDC, pero no varían con la distancia. Por el contrario, los niveles de pérdida aumentan con la distancia en un sistema de CA de alta tensión.

La siguiente figura muestra el desglose de los costes (mostrado con y sin considerar las pérdidas):

Desglose de los costos de HVDC
Desglose de los costos de HVDC

La distancia de equilibrio depende de varios factores, como medio de transmisión (cable o línea OH), diferentes aspectos locales (permisos, coste de la mano de obra local, etc.). Al comparar la CA de alta tensión con la transmisión HVDC, es importante comparar una transmisión bipolar HVDC a una transmisión de CA de doble voltaje de doble circuito , especialmente cuando se considera la disponibilidad y la fiabilidad.

Sistema HVDC basado en VSC versus un sistema de CA o una fuente de generación local

Los sistemas HVDC basados en VSC se adaptan a las pequeñas aplicaciones de potencia (hasta 200MW) ya distancias relativamente más cortas (cientos de kilómetros) del espectro de transmisión de potencia.

El gráfico siguiente muestra que el sistema HVDC basado en VSC es la mejor alternativa económicamente en comparación con un sistema de CA de alta tensión o una fuente de generación local al centro de carga (por ejemplo, generador diesel).

El sistema HVDC basado en VSC es la mejor alternativa económicamente
El sistema HVDC basado en VSC es la mejor alternativa económicamente

A manera de guía, a continuación se presenta un ejemplo de precio para una transmisión VSC de 50 MW con cable de tierra:

Ejemplo de precio para una transmisión VSC de 50 MW
Ejemplo de precio para una transmisión VSC de 50 MW

Información de costes comparativos

Sin embargo, los criterios de equilibrio de la distancia y el nivel de transferencia de potencia y la información comparativa de los costos deben tomarse en la perspectiva adecuada, por las siguientes razones:

1. Conservar el medio ambiente

En el entorno actual (y futuro) de la industria de mercados competitivos liberalizados y mayores esfuerzos para conservar el medio ambiente. En un entorno de este tipo, la alternativa para un sistema de transmisión es una central eléctrica de ciclo combinado de gas in situ , no necesariamente una opción entre una transmisión de CA y una de HVDC.

2. Precios del sistema

En segundo lugar, los precios del sistema para AC y HVDC han variado ampliamente incluso para un nivel dado de transferencia de potencia. Por ejemplo, se han producido varios niveles de costes de proyecto para un sistema HVDC con una capacidad de transferencia de potencia de 600 MW.

Lo que esto demuestra es que, además de los criterios mencionados anteriormente (niveles de potencia, distancia, medio de transmisión, condiciones ambientales, etc.), las condiciones del mercado en el momento del proyecto son un factor crítico, tal vez más que las comparaciones numéricas Entre los costos de un sistema AC o DC.

3. Evolución tecnológica

En tercer lugar, los avances tecnológicos han tendido a empujar los costos del sistema HVDC a la baja, mientras que las consideraciones ambientales han resultado en impulsar los costos del sistema de alta tensión AC.

Por lo tanto, para los propósitos de análisis de viabilidad de la fase inicial del tipo de sistema de transmisión, tal vez sea mejor considerar HVDC y sistemas de CA de alta tensión como alternativas de costo igual.

REFERENCIAS

  • De alta tensión de corriente continua (HVDC) Tecnología de los sistemas de transmisión de papel de revisión – Roberto Rudervall, JP Charpentier y Raghuveer Sharma
  • Diseño de subestación / Guía de colocación – V AYADURAI BSC, C.Eng, FIEE

Fuente: electrical-engineering-portal.com

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