- Transmissão HVDC: uma superestrada elétrica para a nova era das energias renováveis
- Tecnologia de conversores de alimentação de tensão (VSC) em sistemas de transmissão HVDC
- Avanços na infraestrutura Ultra HVDC (UHVDC) importantes para a transmissão de energia renovável
A necessidade de um sistema de transmissão de eletricidade eficiente e flexível tem sido sentida de forma consistente nas economias industrializadas de hoje. Há uma série de opções disponíveis para formuladores de políticas e entidades comerciais, com sistemas de transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) emergindo como um mecanismo viável de gerenciamento de energia.
O desenvolvimento da tecnologia HVDC anuncia uma mudança radical na forma como a eletricidade é transmitida por longas distâncias, pois oferece benefícios múltiplos em relação aos sistemas de transmissão de corrente alternada (CA). Os sistemas de transmissão HVDC oferecem vantagens em termos de emissões mais baixas e economia de custos, quando implantados acima da cabeça para longas distâncias e subterrâneos ou subaquáticos para curtas distâncias.
Ao oferecer máxima eficiência transitória e menores perdas de energia, independentemente da distância que a eletricidade percorre, os sistemas de transmissão HVDC estão criando um potencial significativo para a transmissão de energia por longas distâncias, como ilhas e até mesmo continentes. Os avanços nas tecnologias de HVDC estão abrindo caminho para sistemas de eletricidade renovável, o que significa perspectivas futuras positivas para o mercado de sistemas de transmissão de HVDC, que foi avaliado em quase US $ 7,4 bilhões em 2018.
Transmissão HVDC: uma superestrada elétrica para a nova era das energias renováveis
Os sistemas de transmissão HVDC estão surgindo como a base sobre a qual o novo sistema de energia baseado em fontes renováveis está sendo desenvolvido e implementado. Os sistemas de energia renovável, como projetos de energia solar e eólica, são frequentemente altamente voláteis e localizados em áreas remotas. A tecnologia HVDC em constante evolução está ganhando terreno na nova economia de energia com linhas de transmissão HVDC de longa distância que podem transportar energia com eficiência máxima e perdas mínimas de energia.
As linhas HVDC estão se tornando as “superestradas da eletricidade”, que estão acelerando o futuro dos sistemas de geração de energia renovável de três maneiras - interconectando as usinas existentes, desenvolvendo novas usinas solares e integrando projetos de energia eólica offshore. Semicondutores de potência, cabos de alta tensão e conversores estão entre os principais componentes da tecnologia HVDC, que trazem características distintas ao moderno sistema de transmissão de corrente contínua (DC).
As necessidades de construção de novas estações de energia podem ser adiadas com a implantação de sistemas de transmissão HVDC, uma vez que interconecta diferentes sistemas de energia para operar de forma mais eficiente. O novo sistema de energia pode atingir maiores ganhos econômicos e ambientais provenientes de grandes recursos hidrelétricos, que substituem os sistemas de geração térmica em sistemas de energia tradicionais por meio de linhas de transmissão HVDC.
A transmissão HVDC tornou-se uma superestrada de energia para integração em grande escala de recursos de energia renovável para oferecer redes interconectadas, que são confiáveis e flexíveis o suficiente para enfrentar os desafios da nova economia de energia renovável. As redes de transmissão HVDC permitem o equilíbrio de carga entre as autoestradas de energia HVDC e o compartilhamento de linhas e estações conversoras em projetos solares e estações de energia eólica offshore. Assim, a implantação de sistemas de transmissão HVDC é considerada uma forma economicamente viável de fornecer redundância e confiabilidade em tais redes de energia.
Além disso, os sistemas de transmissão HVDC também oferecem soluções viáveis para os desafios existentes de direito de passagem. Um sistema de transmissão HVDC implantado no alto pode provar ser mais confiável do que uma linha de transmissão CA de circuito duplo. Uma infraestrutura HVDC pode melhorar a eficiência do transiente de eletricidade usando cabos HVDC isolados em aplicações subterrâneas e submarinas, o que pode acelerar os processos de autorização de direito de passagem. Além disso, os sistemas de transmissão HVDC também podem ser instalados adjacentes ou sobre as linhas CA existentes, reduzindo as necessidades de uso do solo com direito de passagem.
Tecnologia de conversores de alimentação de tensão (VSC) em sistemas de transmissão HVDC
Os sistemas de transmissão HVDC empregam conversores de linha comutada (LCC) de fonte de corrente, que requerem energia reativa de capacitores em série, bancos de derivação ou filtros para operar. No entanto, um sistema de transmissão HVDC convencional falha em oferecer suporte de tensão dinâmica para a rede CA e controlar a tensão do sistema em uma faixa aceitável, dentro da tolerância desejada. Consequentemente, os conversores de alimentação de tensão são usados em sistemas de transmissão HVDC convencionais, não apenas para fornecer regulação de tensão dinâmica para a rede CA, mas também para controlar o fluxo de energia no sistema.
Os sistemas de transmissão HVDC baseados na tecnologia VSC podem oferecer controle independente da potência ativa e reativa sem falhas de comutação. A comutação das válvulas IGBT na transmissão HVDC baseada em VSC segue uma modulação por largura de pulso (PWM), que permite ao sistema ajustar o ângulo de fase e a amplitude da tensão de saída CA do conversor com tensão CC constante.
Além disso, os sistemas de transmissão HVDC baseados em VSC consistem em dois sistemas independentes de controle e proteção, compostos por processadores de sinais digitais e microcontroladores, e oferecem redundância para garantir alta confiabilidade. Esses recursos são atribuídos à inclinação dos usuários finais para a tecnologia VSC em vez da tecnologia LCC em sistemas de transmissão HVDC.
Os sistemas HVDC baseados em VSC estão crescendo em popularidade no mercado de sistemas de transmissão HVDC, com mais de 55% da participação de receita do mercado. A tecnologia de transmissão baseada em VSC atingiu a maturidade para os sistemas de transmissão HVDC convencionais, apesar de ser uma opção relativamente mais cara para aplicações de transmissão com classificação mais alta.
As empresas líderes no mercado de sistemas de transmissão HVDC estão impulsionando a adoção da tecnologia VSC para aumentar a confiabilidade da transmissão HVDC em projetos de energia renovável implementados em todo o mundo. Por exemplo, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - um fabricante japonês líder de sistemas de geração de energia - anunciou a instalação de um link de transmissão HVDC baseado em VSC conectando o continente japonês (Honshu) à ilha norte de Hokkaido, em março de 2019. A empresa anunciou que este é o primeiro sistema HVDC baseado em VSC do Japão que garante 600 MW de capacidade de interconexão em todos os momentos.
Em abril de 2019, o Grupo ABB - uma empresa multinacional suíço-sueca que opera nos segmentos de energia, equipamentos elétricos pesados e tecnologia de automação - anunciou que estabeleceu uma joint venture com a Hitachi, Ltd. - um conglomerado multinacional japonês - para fornecer VSC de transmissão HVSC com base na subestação Higashi-Shimizu no Japão. A empresa anunciou que os sistemas de transmissão HVDC baseados em VSC incluirão dois conversores VSC (300.000 kW cada), e a Hitachi construirá o sistema, que incluirá transformadores conversores Hitachi e um conversor HVDC ABB com um Sistema de Controle e Proteção.
Avanços na infraestrutura Ultra HVDC (UHVDC) importantes para a transmissão de energia renovável
O desenvolvimento de um sistema de transmissão UHVDC é um dos últimos avanços na tecnologia de transmissão HVDC, que permite a transmissão de tensão CC de pelo menos 800 kV; um sistema de transmissão HVDC convencional geralmente usa tensões entre 100 kV a 600 kV. À medida que a nova economia global de energia se move gradualmente em direção às redes elétricas em escala continental, os sistemas de transmissão UHVDC provavelmente ganharão imensa importância em todo o mundo.
As regiões desenvolvidas estão entre os mercados mais favoráveis para os sistemas de transmissão UHVDC, pois os países desenvolvidos estão gerando grandes quantidades de energia renovável. A América do Norte e a Europa estão entre os maiores mercados para sistemas de transmissão HVDC, uma vez que os órgãos de governo nessas regiões estão investindo pesadamente para desenvolver infraestruturas HVDC a fim de cumprir suas metas climáticas.
O Reino Unido está entre os principais países europeus que implementaram sistemas de transmissão HVDC. O Reino Unido compartilha links HVDC com vários países vizinhos, incluindo Noruega, Irlanda, França e Holanda. Além disso, os Estados Unidos vêm aumentando os investimentos em geração de energia limpa e a adoção da transmissão HVDC está aumentando em ritmo acelerado no país. A rede interestadual em constante expansão de sistemas de superestradas de eletricidade nos Estados Unidos torna a América do Norte o maior mercado para sistema de transmissão HVDC, com quase um quarto de participação nas receitas do mercado global.
No entanto, um número crescente de economias emergentes vem apresentando um crescimento promissor na geração de energia renovável com o desenvolvimento de usinas hidrelétricas e projetos de energia eólica. Os países em desenvolvimento abrigam projetos de energia solar e eólica em grande escala, e os sistemas de transmissão UHVDC estão sendo adotados para atender à demanda cada vez maior de energia nesses países.
A China se tornou um dos principais países do mundo a adotar pela primeira vez um sistema de transmissão UHVDC. Em 2010, a primeira linha de transmissão UHVDC do mundo foi construída pelo Grupo ABB entre Xangai e Xiangjiaba, na China, com uma potência nominal de 6,4 GW e um comprimento total de cerca de 1.907 km. Até 2017, o país investiu mais de 400 bilhões de yuans (US $ 57 bilhões) para desenvolver pelo menos 21 novas linhas de transmissão UHVDC no país.
General Electric Company (GE) - um conglomerado multinacional americano - comissionou a primeira fase de 1.500 MW do sistema de transmissão de energia HVDC de duas fases em Chhattisgarh, Índia, em 2017. The Power Grid Corporation of India Limited - uma empresa de eletricidade estatal indiana empresa - investiu mais de 6.300 crore INR no projeto. O Ministério de Energia anunciou que a capacidade do projeto foi atualizada para 6.000 MW com um investimento de mais de 5.200 crore INR, em dezembro de 2018. A GE anunciou que este foi o primeiro projeto UHVDC da empresa na Índia e no mundo, que é 1.287 km supervia de energia com potência de transmissão de até 3.000 MW.
Com a crescente adoção de sistemas de transmissão UHVDC em economias emergentes, como China e Índia, a região Ásia-Pacífico (excluindo o Japão) está emergindo como um mercado de alto crescimento para sistemas de transmissão HVDC. As tendências futuras no setor de transmissão e distribuição de eletricidade (T&D) são altamente influenciadas pela combinação de fontes de energia renováveis.
O aumento dos investimentos no setor de T&D impulsionará a geração de energia renovável nos próximos anos. Isso irá, conseqüentemente, desencadear a adoção global de sistemas de transmissão HVDC como uma solução flexível e econômica para o gerenciamento de novos desafios de geração de energia e integração de fontes renováveis nos próximos anos.