Hace unos meses apareció una nota en una revista de circulación nacional con el siguiente encabezado:
“la empresa Siemens presentó este lunes el primer proyecto de autopistas energéticas con tecnología HVDC, que irá de Oaxaca a la Ciudad de México.” (Proceso)
Sin embargo, esta "autopista" no se refiere a alguna nueva carretera de cuota que unirá a las dos ciudades, sino a una tecnología para la transmisión de energía eléctrica que comienza a utilizarse comercialmente ya a grandes escalas en diversas partes del mundo, con el objetivo de optimizar la transmisión de electricidad a lo largo de líneas de alta tensión, especialmente en muy largas distancias, pero que a diferencia de la tecnología que se utiliza comúnmente, basada en la corriente alterna (CA), está basada en la utilización de corriente directa (CD). Actualmente una de las mayores líneas de transmisión HVDC se encuentra en Brasil, con una longitud de poco más de 2000 km.
Para entender que es una línea HVDC y el porqué de su uso, es importante tomar en cuenta que la transmisión de electricidad a través de largas distancia requiere de la utilización de muy altos voltajes (arriba de los 115 kV), los cuales permitan compensar por las pérdidas de potencia esperadas debido a la resistencia de los largos cables de transmisión que se pueden extender a lo largo de miles kilómetros.
Estas pérdidas de potencia disponible se pueden entender mejor si recordamos la Ley de Ohm y consideramos que la resistencia (R) es mayormente constante a los largo de la línea de transmisión. Con esta consideración tendríamos que el voltaje y la corriente varían de manera inversa (V/I =R). Es decir, a mayor voltaje menor corriente en la línea. Ahora, a menor corriente se debe tener una menor pérdida de energía en la línea. Esto se puede ver si recordamos que la energía disipada por unidad de tiempo en un resistor está dada por la siguiente expresión: P = RI2 .
Desde principios del siglo XX, el tipo de corriente utilizada en las líneas de transmisión, tanto de uso residencial como industrial, ha sido predominantemente la corriente alterna (CA). Pero esto no siempre fue así, a finales del siglo XIX, en los albores del uso intensivo de la electricidad, ocurrió una encarnizada disputa entre los que proponían el uso de corriente directa (CD) y los que proponían el uso de corriente alterna (CA) para extender los usos de la electricidad tanto en el ámbito industrial como residencial.
En estos primeros años del desarrollo de la industria eléctrica, el principal impulsor del uso de líneas de transmisión utilizando la corriente directa (CD) fue el famoso inventor, Thomas Alva Edison. En oposición a él estaba George Westinghouse, quien proponía el uso de corriente alterna (CA) en las líneas de transmisión. La disputa entre los dos bandos fue tan grande en su momento que ha sido nombrada como la “guerra de las corrientes”. Dadas las condiciones de desarrollo tecnológico de la época, al final triunfó la corriente alterna (CA) ya que permitía una más fácil disponibilidad y una distribución de corriente más práctica.
Esta fácil disponibilidad y practicidad estaban basadas en la posibilidad de usar transformadores, los cuales sólo funcionan con corriente alterna (CA), y que permitían elevar el voltaje suministrado a las líneas de transmisión de manera sencilla para su transmisión a lo largo de grandes distancias. Igualmente estos transformadores, permitían reducir el voltaje en la etapa de distribución, haciendo posible el uso de una sola línea de transmisión, a diferencia de lo que sucedía con la corriente directa (CD) que requería de múltiples líneas de transmisión, una para cada tipo de aplicación. Haciendo demasiado compleja su aplicación comercial a gran escala.
Sin embargo, las líneas de transmisión a base de corriente alterna (CA) tienen también algunas desventajas. Una es que la CA se genera a frecuencias específicas, lo cual no permite la interconexiòn de líneas de distribución manejadas a distintas frecuencias, lo cual es común en las actuales redes de transmisión a larga distancia donde diferentes compañías generadoras de electricidad operan sus generadores a frecuencias distintas. Adicionalmente, estas líneas de transmisión presentan una alta impedancia debido a los efectos que provoca una corriente alterna en un conductor (“skin effect”, impedancia capacitiva).
Es hasta los años 70’s del siglo pasado que aparecen los primeros dispositivos semiconductores basados en el uso de transistores (Tiristores, IGCT, MCT) que permiten “elevar” o “disminuir” el voltaje de una corriente directa (CD) de forma similar a como hacen los transformadores con la CA, lo cual permitió volver a pensar en el uso de líneas de transmisión de CD como una opción rentable para la industria eléctrica, dadas muchas de sus ventajas sobre la líneas de CA.
Así, una HVDC es una línea de transmisión de electricidad de alto voltaje que utiliza corriente directa, a estas también se les suele llamar, “autopistas energéticas” o “supercarreteras eléctricas” y actualmente sus principales ventajas son las siguientes:
-Permiten la interconexión de dos sistemas de transmisión que utilizan CA y que no están sincronizados en su frecuencia. Esto hace posible la fácil interconexión entre redes de transmisión de distintos países o regiones.
-Hacen más económica la transmisión de energía eléctrica entre dos puntos muy distantes, dadas las menores pérdidas de energía comparadas a las que se origina en líneas de transmisión tradicionales (CA). Se estima que para un mismo voltaje las pérdidas en una HVDC son 30 % menores que en una línea de transmisión operando con CA.
-Tienen grandes ventajas en su uso para cables de transmisión submarinos o bajo tierra debido a la baja resistencia adicional que presentan, comparada a la que se origina con líneas de transmisión usando CA.
-Permiten conectar de manera efectiva las fuentes de energía eléctrica alternativa generada de manera ecológica, como la proveniente de “granjas eólicas”, las cuales en una primera fase generan electricidad CA y que debe ser posible conectar a la red principal de distribución que generalmente tendrá una distinta frecuencia, por lo que una HVDC hace posible esta interconexión entre ambas redes con distintas frecuencias de operación. Adicionalmente muchas de estas granjas son instaladas lejos de las costas por lo que requieren de cables submarinos de transmisión, lo cual es un punto más a favor de las HVDC.
En el caso de México, esta primera HVDC está diseñada para llevar la energía eléctrica generada en los parques eólicos de Oaxaca a la ciudad de México y su área Metropolitana. Tiene una longitud de 600 km y transmitirá 3000 MW.
Omar Vargas Ferro
Para saber más:
Guarnieri, M. (2013). "The Alternating Evolution of DC Power Transmission". IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (3): 60–63.
Jos Arrillaga; Yonghe H. Liu; Neville R. Watson; Nicholas J. Murray (9 October 2009). Self-Commutating Converters for High Power Applications. John Wiley and Sons. ISBN 978-0-470-74682-0. Retrieved 9 April 2011.
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