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Superconductores para conectar una red más inteligente
Un centro propuesto para conectar las tres redes eléctricas independientes que abarcan el territorio continental de los Estados Unidos podría facilitar el aumento de la producción de electricidad renovable.
Poder fresco : Estos cables superconductores forman la base de los cables de alimentación que transportan mucha más energía que los cables de cobre convencionales.
El proyecto, denominado Superstación Tres Amigas, utilizaría tuberías superconductoras y estaciones convertidoras para conectar tres redes: las interconexiones occidental, oriental y de Texas. Las conexiones entre las redes se han limitado porque las redes no están sincronizadas: la energía de CA está desfasada. Para trasladar la energía de una red a otra se necesitan estaciones especiales que conviertan la energía de CA en energía de CC y luego de nuevo en energía de CA en la fase correcta.
Actualmente, solo una fracción del 1 por ciento de la electricidad generada en los Estados Unidos se puede transferir entre las redes y no existe una conexión directa entre Texas y la red occidental. La estación Tres Amigas, que conectará las tres redes en un solo lugar por primera vez, inicialmente duplicará con creces la capacidad de transferir energía entre ellas, proporcionando cinco gigavatios de capacidad. Eventualmente, se espera que la estación transfiera hasta 30 gigavatios de energía.
La estación resolverá una serie de problemas relacionados con la energía renovable, dice Phil Harris, director ejecutivo de la empresa Tres Amigas, con sede en Santa Fe, Nuevo México. Principalmente, ayudará a abordar un problema clave con las fuentes de energía renovables: su intermitencia. Debido a que el viento va y viene y las nubes bloquean el sol de vez en cuando, la energía eólica y solar puede desestabilizar la red eléctrica.
Una forma de compensar es asegurarse de que ninguna fuente renovable represente una gran parte de la combinación de energía total, de modo que otras fuentes puedan reemplazarse fácilmente cuando haya una caída de energía. En Texas, sin embargo, esta estrategia limitaría rápidamente el tamaño de los parques eólicos, ya que la red es relativamente pequeña. Al conectarse con el resto del país, Tres Amigas elimina el límite en el tamaño de estas fincas.
La intermitencia también se puede abordar mediante la recolección de energía renovable en un área amplia. De esa manera, una caída en la energía solar debido a un día nublado en una región podría compensarse con el viento o la energía solar en otra parte. La conexión de las tres redes permite aprovechar una variedad más amplia de fuentes renovables, especialmente en el suroeste, que está dividido por las fronteras entre ellas. La estación también proporcionará entre 50 y 150 megavatios de almacenamiento de batería para suavizar las fluctuaciones de energía en la red y ayudar a prevenir cortes.
El proyecto también podría ser un valioso campo de pruebas para líneas de transmisión superconductoras de corriente continua, que podrían tener ventajas significativas sobre las líneas eléctricas convencionales para entregar grandes cantidades de energía a largas distancias, dice Steven Eckroad, gerente de proyecto en Palo Alto, CA Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI), que estudia el potencial de los superconductores para la transmisión a larga distancia. Tales líneas de transmisión podrían recolectar energía eólica del Medio Oeste, donde es abundante, y transmitirla al Sur, que tiene menos recursos renovables.
Cambio de poder : La energía ingresa a la estación Tres Amigas desde tres redes eléctricas y circula dentro de una tubería superconductora de la que pueden extraer las tres redes.
Para conectar las tres redes se requería un lugar donde estuvieran geográficamente cerca, en el caso de Tres Amigas, una franja de tierra de 60 kilómetros cuadrados cerca de Clovis, Nuevo México. Al igual que con las conexiones convencionales entre las redes, el sistema convierte CA en CC. Pero a diferencia de las conexiones bidireccionales convencionales, en Tres Amigas esa energía de CC luego circulará en cables superconductores que forman una tubería eléctrica triangular. Cualquiera de las tres redes puede extraer energía de esto, según sea necesario.
Proporcionar cinco gigavatios, y eventualmente 30 gigavatios, de capacidad de transferencia entre las tres redes requirió el uso de líneas de CC superconductoras, lo que redujo en gran medida la cantidad de cables necesarios para transportar la energía: un solo cable superconductor puede transportar la misma energía que nueve o diez juegos de cables de cobre convencionales. Si los cables convencionales estuvieran suspendidos en el aire, ellos, junto con las líneas de transmisión entrantes y salientes, habrían creado un nido de ratas vulnerable al clima y al sabotaje, dice Jack McCall, director de desarrollo comercial en Devens, MA, American Superconductor, que está suministrando los cables superconductores.
Enterrar cables convencionales aumentaría la complejidad y el tamaño del proyecto, ya que los cables tendrían que mantenerse separados por varios metros para evitar el sobrecalentamiento. Al principio, solo se necesitaría un cable superconductor, lo que simplifica enormemente el sistema en comparación con el uso de cables convencionales. A medida que se expanda Tres Amigas, se necesitarán más cables, pero estos se pueden enterrar uno cerca del otro.
Además de conectar las tres redes, Tres Amigas servirá como demostración del tipo de líneas superconductoras de CC y convertidores de CA a CC que se necesitarían para líneas de transmisión de alta potencia y larga distancia, la tubería de superconductores que EPRI ha estudiado. Tal sistema podría ser más fácil de ubicar que las líneas aéreas de transmisión de alta potencia convencionales: los cables superconductores se pueden enterrar a lo largo de los derechos de paso existentes, como a lo largo de las carreteras interestatales. Convencer a los propietarios de terrenos para que permitan grandes torres de transmisión aéreas es uno de los mayores obstáculos para la instalación de líneas de transmisión convencionales y podría obstaculizar los esfuerzos para desarrollar un sistema de distribución de energía eólica desde el Medio Oeste. Las líneas de transmisión superconductoras también podrían ser más fáciles de integrar con la red existente, ya que la cantidad de energía convertida de CC a CA en las estaciones a lo largo de la línea podría controlarse con precisión.
Según el análisis de EPRI, una tubería superconductora costaría aproximadamente tanto como una línea de transmisión convencional, si el sistema superconductor estuviera diseñado para transmitir grandes cantidades de energía (más de cinco gigavatios) a largas distancias (alrededor de 1000 millas). Esto se debe en parte a que el costo de refrigerar las líneas superconductoras (necesario para mantener sus propiedades superconductoras) se convierte en una pequeña parte de los costos totales del sistema. Además, a largas distancias, la mayor eficiencia de los sistemas superconductores es importante: se desperdicia aproximadamente la mitad de la energía que con las líneas eléctricas convencionales de alta potencia y larga distancia.
Pero es una tecnología con la que las empresas no están familiarizadas, por lo que pueden ser reacias a implementarla a la escala requerida para que sea competitiva en costos, dice Eckroad. El proyecto Tres Amigas podría ser importante para demostrar que la tecnología funciona, dice.
McCall dice que Tres Amigas planea presentarse ante la Comisión Reguladora de Energía Federal en las próximas semanas, aclarando ese obstáculo regulatorio es el próximo paso para la compañía. Si eso va bien, el sistema inicial de cinco gigavatios podría completarse a fines de 2014.