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Aproximadamente 1,2 millones de kilómetros de cables en el fondo del océano transportan la mayor parte del tráfico de Internet a través de los continentes. La fibra óptica es un facilitador crucial para este logro monumental en el mundo de las telecomunicaciones.
Por otro lado, la transmisión de energía eléctrica bajo el mar prevalece utilizando sistemas de cable basados ​​en CA y CC. Sin embargo, debido a los beneficios fundamentales del uso de la transmisión de energía basada en CC, la corriente continua de alto voltaje (HVDC) es la opción preferida para largas distancias (> 50 km).

Un diagrama interno de un cable HVDC. Imagen utilizada cortesía de Castellon et al.

La transmisión de energía submarina HVDC puede considerarse un habilitador clave en la exploración científica e industrial y el intercambio de energía renovable entre países o regiones separados por cuerpos de agua.

¿Por qué HVDC?

HVDC se ha vuelto bastante popular hoy en día y se utiliza en todo el mundo en la transmisión de energía eléctrica aérea. En comparación con CA, HVDC no tiene caída de voltaje debido a la inductancia y capacitancia parásitas y no es necesario proporcionar compensación de potencia reactiva. Este atributo da como resultado pérdidas más bajas, estabilidad de la red, uso eficiente del cobre y es más económico. Sin embargo, un aspecto diferenciador es que requiere conversión de / a CA en los extremos de los terminales.
Puede resultar sorprendente para algunos saber que HVDC no es tan reciente, especialmente en el uso submarino. Incluso antes de que se desarrollara el MOSFET de silicio en 1954, HVDC se utilizaba para transmitir energía de unos 20 MW a una distancia de 98 km cerca de Suecia, denominado proyecto Gotland 1.
Mientras que el primitivo Gotland 1 utilizaba 110 kV transmitiendo a una distancia de 100 km, el desarrollo de vanguardia actual está en el proyecto Viking Link usando 450 kV, que transmitiría 1400 MW a una distancia de 760 km.

Diagrama del proyecto Viking Link. Imagen utilizada por cortesía de Viking Link

Una vez en funcionamiento, el interconector de enlace Viking se convertiría en el cable de alimentación HVDC submarino más largo. Con proyectos como este sucediendo, ha comenzado a plantearse la cuestión de crear una red eléctrica submarina.

Desarrollo de la transmisión de energía submarina

La instalación de cables para la transmisión de energía submarina está lejos de ser simple y mucho más compleja que la transmisión aérea en tierra. También es un nicho de mercado, ya que la alta confiabilidad requerida para tales proyectos exige experiencia en varios aspectos, como diseño de cables, protección, pruebas de confiabilidad, evaluación de las condiciones ambientales y geológicas en el fondo marino.
La vida útil de la misión puede ser de al menos 30 años y se espera que tenga un mantenimiento mínimo o nulo. Sin embargo, en comparación con los cables de fibra óptica transoceánicos, que requieren repetidores y circuitos asociados cada 50-70 km, la instalación y el mantenimiento del cable de alimentación son más sencillos. Además, estos cables de alimentación no se utilizan en longitudes transoceánicas y, por lo general, se considera que su uso se limita a 1000 km.
Con cantidades crecientes de energía renovable en alta mar, la perspectiva de la transmisión de energía submarina podría comenzar a parecer una inversión adecuada, especialmente cuando los beneficios se enfrentan a los desafíos.

Integración de HVDC con redes de distribución de energía submarina

Desde un punto de vista científico, tener acceso a datos en tiempo real del lecho marino genera varios beneficios, aunque requeriría un conjunto de sensores en el fondo del océano, lo que a su vez requeriría redes de distribución de energía. Los beneficios podrían superar los desafíos al ayudar con la exploración del océano, el desarrollo de recursos marinos, el monitoreo de terremotos y tsunamis.
La integración de dicha información en la previsión meteorológica y la conciencia pública podría marcar la diferencia en numerosas vidas salvadas. Investigadores del Laboratorio de Electrónica de Potencia de la Universidad Estatal de Utah (UPEL) han desarrollado un prototipo y han recibido una patente para un convertidor de corriente a voltaje CC de 1 kW con esta ventaja en mente.

Diagrama de bloques a nivel de sistema de la red de distribución de corriente constante CC submarina. Imagen utilizada cortesía de UPEL

Los investigadores afirman que su convertidor es adecuado para diferentes sensores en el lecho marino, cuyo voltaje y requisitos de energía podrían variar en un rango. Utiliza una fuente de corriente constante como entrada, empleó conmutación de voltaje cero (ZVS), lo que resulta en alta eficiencia, alta densidad de potencia, menor EMI y robustez contra la caída de voltaje en la longitud del cable y fallas del cable.

Configuración de prueba del convertidor resonante en serie con conmutación suave basada en ZVS activa que permite una operación de carga amplia. Imagen utilizada por cortesía de Tarak Saha

Perspectiva futura de las redes de distribución de energía submarina

Con actores de la industria como ABB con su sistema de conversión y distribución de energía submarina y la red eléctrica submarina de Siemen ya han presentado sus planes de estaciones de distribución de energía submarina, parece estar dentro del ámbito de la realidad establecer finalmente la transmisión de energía submarina a larga distancia, pero solo después de abordar varios desafíos de confiabilidad, como lo demuestran numerosos proyectos actualmente en ejecución.
El acceso directo a la energía de las líneas de transmisión HVDC requeriría el uso de convertidores, inversores, transformadores y aparamenta de CC-CC, junto con la implementación de sistemas para la detección y el aislamiento de fallas.
En última instancia, esto tiene aplicaciones en la extracción de materias primas para la industria del petróleo y el gas, instalaciones de observación / monitoreo del fondo marino y áreas potencialmente aún por decidir.

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