Transmisión HVDC: corriente continua de alta tensión

La tecnología de transmisión en corriente directa de alto voltaje ha tenido un impacto realmente revolucionario en la manera en que se transporta la energía entre los consumidores en todo el mundo.
Los sistemas de energía de corriente continua de alto voltaje (HVDC, por sus siglas en inglés) utilizan corriente continua (CC) para la transmisión de energía en grandes cantidades a largas distancias. Para la transmisión de energía a larga distancia, las líneas HVDC son menos costosas y las pérdidas son menores en comparación con la transmisión de corriente alterna (CA), además de interconectar las redes que tienen diferentes frecuencias y/o parámetros eléctricos.

En un sistema combinado de corrientes alterna y continua, el voltaje de alterna generado se convierte en continua en el extremo de envío. Luego, se invierte a alterna en el extremo receptor, con fines de distribución. Así, los equipos (electrónicos) de conversión/inversión también son necesarios en los dos extremos de la línea. La transmisión HVDC es económica solo para líneas de transmisión de larga distancia que tienen una longitud de más de 600 km y para cables subterráneos de más de 50 km de longitud.

En la estación generadora, se genera energía de corriente alterna que se convierte en corriente continua mediante el uso de un rectificador. En la subestación HVDC o subestación convertidora, los rectificadores e inversores se colocan en ambos extremos de una línea. La terminal del rectificador cambia la corriente alterna a corriente continua, mientras que la terminal del inversor hace lo contrario (corriente continua a alterna). La potencia sigue siendo la misma en los extremos de envío y recepción de la línea. La corriente continua se transmite a largas distancias porque disminuye las pérdidas y mejora la eficiencia.

Las líneas de corriente continua son más baratas que las líneas de corriente alterna, pero el costo del equipo de terminales de la primera es muy alto en comparación con los cables de terminales de la segunda. Por lo tanto, el costo inicial es alto en el sistema de transmisión HVDC y bajo en el sistema de corriente alterna. El punto donde se encuentran dos curvas se llama “distancia de equilibrio” (ver figura 2). Por encima de la distancia de equilibrio, el sistema HVDC se vuelve más barato. Distancia de equilibrio de 500 a 900 km en líneas aéreas de transmisión.

A fin de conectar dos redes o sistemas, se utilizan varios tipos de enlaces HVDC. Estos se clasifican en tres tipos: enlace monopolar, enlace bipolar y enlace homopolar.

El enlace monopolar tiene un solo conductor de polaridad negativa, y utiliza la tierra o el mar para la ruta de retorno de la corriente. En ocasiones, también se utiliza el retorno metálico.
Se colocan dos convertidores al final de cada polo. La puesta a tierra de los postes se realiza mediante electrodos de tierra colocados a una distancia de entre 15 y 55 km de las respectivas estaciones terminales.
Este enlace tiene varias desventajas porque utiliza la tierra como camino de retorno. El enlace monopolar no se usa mucho hoy en día.

El enlace bipolar tiene dos conductores, uno es positivo y el otro es negativo a tierra. El enlace tiene una estación convertidora en cada extremo. Los puntos medios de las estaciones convertidoras se ponen a tierra mediante electrodos. La tensión de los electrodos puestos a tierra es solo la mitad de la tensión del conductor utilizado para la transmisión de HVDC.
La ventaja más significativa del enlace bipolar es que si alguno de sus enlaces deja de funcionar, el enlace se convierte en modo monopolar debido al sistema de retorno a tierra. La mitad del sistema continúa suministrando energía. Estos tipos de enlaces se utilizan comúnmente en los sistemas HVDC.

El enlace homopolar tiene dos conductores de la misma polaridad, generalmente de polaridad negativa, y opera siempre con retorno a tierra o metálico. En el enlace homopolar, los polos operan en paralelo, lo que reduce el costo del aislamiento.
El sistema homopolar no se utiliza actualmente.

A continuación, algunos ejemplos de instalaciones concretas de líneas HVDC:

Las HVDC han interconectado redes de distintos países en Europa, redes regionales de Estados Unidos (entre sí mismas, y con Canadá y México). Han conectado Argentina y Brasil, Mozambique y Sudáfrica, y a tres estados de Australia entre sí.
En definitiva, se puede decir que, teniendo en cuenta todas las ventajas de la corriente continua, parece que las líneas HVDC son más competentes que las líneas de corriente alterna. Sin embargo, el costo inicial de la subestación HVDC es muy alto y su equipo de subestación es bastante complicado. Por lo tanto, para la transmisión a larga distancia es preferible que la energía se genere en corriente alterna que para la transmisión se convierta en corriente continua y luego nuevamente en alterna para uso final. Este sistema es económico y también mejora la eficiencia del sistema.