HVDC: trasmissione in corrente continua per l’eolico offshore

La trasmissione in corrente continua (HVDC) presenta notevoli vantaggi da un punto di vista economico, tecnico e di impatto ambientale rispetto alla trasmissione in corrente alternata (HVAC). Per questo motivo, è largamente utilizzata per la trasmissione di potenza su lunghe distanze, come nel caso dei parchi eolici offshore di grande potenza.

Corrente continua e corrente alternata: le differenze

In un sistema in corrente continua, in cui la tensione è costante, gli elettroni si muovono in un’unica direzione secondo un flusso continuo. Nei sistemi a corrente alternata, al contrario, si fa uso di una tensione dall’andamento variabile, con la conseguenza che gli elettroni si muovono alternativamente avanti e indietro, secondo un ciclo la cui frequenza è misurata in hertz (Hz). In DC, dunque, sia la tensione che la corrente sono costanti. In AC, al contrario, queste ultime passano da un massimo positivo a un massimo negativo, con andamento sinusoidale. La trasmissione in corrente alternata, in particolare, si realizza attraverso sistemi trifase, ovvero sistemi combinati di tre circuiti a corrente alternata aventi la stessa frequenza.

Generalità sulla trasmissione in corrente continua HVDC

Nei sistemi HVDC (High Voltage Direct Current) l’energia prelevata in un punto della rete in corrente alternata (AC) viene trasformata in corrente continua per mezzo di un convertitore AC/DC (raddrizzatore). Da qui l’energia elettrica viene trasmessa in corrente continua, da una linea elettrica aereo o in cavo fino alla stazione di arrivo, dove un secondo convertitore DC/AC (inverter) la converte nuovamente in corrente alternata per essere immessa nella rete di destinazione in corrente alternata.

HVDC: i vantaggi economici

La scelta di una linea di trasmissione HVDC è solitamente legata a ragioni economiche: a parità di potenza trasmessa, infatti, la linea in corrente continua presenta costi per unità di lunghezza (€/km) minori di quelli di una linea in corrente alternata. Ciò dipende dal fatto che, mentre le linee in corrente alternata necessitano di tre conduttori, per le linee in corrente continua sono sufficienti due conduttori, uno di andata e uno di ritorno. In alcuni casi, in particolare, utilizzando il terreno come percorso di ritorno per la corrente, ne basta solamente uno. In generale, inoltre, un impianto di trasmissione in corrente continua è caratterizzato da costi di esercizio minori rispetto ad un impianto di trasmissione in corrente alternata. A parità di potenza trasmessa, infatti, le linee in DC presentano perdite minori.

Le stazioni di conversione dell’HVDC

Nonostante il notevole risparmio relativo al minor impiego di materiali conduttori, nel caso della tecnologia HVDC occorre considerare la spesa associata alle stazioni di conversione. Queste ultime, in particolare, sono necessarie ad ogni fine linea allo scopo di convertire la potenza da AC in DC e viceversa (DC Terminals). Queste ultime, infatti, hanno costi decisamente più alti rispetto alle tradizionali terminazioni di linee AC (AC Terminals). Ciò si traduce in un investimento iniziale per la realizzazione della linea ben più elevato, che può però essere compensato dal minor costo dei cavi. Si definisce, in questo contesto, una distanza di break even, oltre la quale una linea di trasmissione in corrente continua risulta più conveniente rispetto ad una linea di trasmissione in corrente alternata. Indicativamente, questa distanza è compresa tra i 500 e i 600 km nel caso di linee aeree ma si riduce notevolmente per i cavi sottomarini.

I vantaggi dell’elettronica di potenza dei sistemi HVDC

La tecnologia HVDC, inoltre, proprio per la presenza dei convertitori elettronici, è di auspicabile integrazione nel sistema elettrico anche da un punto di vista tecnico. Una delle principali caratteristiche della trasmissione HVDC, infatti, è legata alla possibilità di un controllo preciso della potenza attiva trasmessa sulla linea. Nelle linee in corrente alternata, al contrario, non è possibile operare un controllo diretto dei flussi di potenza. La controllabilità della potenza dell’HVDC è spesso utilizzata per migliorare le condizioni di funzionamento e la stabilità delle reti AC collegate alle stazioni di conversione.