Optimización de la infraestructura eléctrica para parques eólicos offshore

Parques eólicos offshore

Un parque eólico está conformado por:

• Un arreglo de turbinas eólicas.
• Un punto colector.
• Un sistema de transmisión.
• Una interfaz del parque eólico en el punto de acople común (PCC). 

La red de turbinas es conectada al punto colector, donde se incrementa el voltaje a un nivel apropiado para la transmisión. La energía es entonces transmitida hasta la interfaz del parque eólico offshore, en donde se adapta la tensión, frecuencia y potencia reactiva del sistema de transmisión a los valores que la red eléctrica demanda en el punto de acople común. 

Rangos de capacidad instalada: 

Los futuros proyectos para parques eólicos offshore a nivel mundial tendrán un rango de capacidad instalada de 250MW hasta 1000MW, por lo que han de desarrollarse nuevos conceptos para todo el sistema eléctrico, incluyendo la transmisión dentro del parque, la trasmisión hacia la orilla y la integración con la red eléctrica. 

Fuente: [2]

Comparativo costos parques eólicos:

Los costos de inversión para implementar los parques eólicos offshore son muy elevados en comparación con las instalaciones que se podrían realizar en tierra (onshore). El sistema de transmisión hacia la costa implica casi el 30% de la inversión total de los parques eólicos offshore. A medida que las distancias a la orilla se incrementan, también se incrementan los costes de los cables en corriente alterna (c.a.), volviéndose prohibitivos al superar ciertas distancias. 

Redes de trasmisión:

Los cables para trasmisión de corriente alterna (c.a.) de gran longitud para interconexión de parques eólicos offshore producen grandes cantidades de potencia reactiva capacitiva y, por lo tanto, disminuyen la capacidad de transmisión. La interconexión mediante sistemas de transmisión HVDC pueden ofrecer en estas aplicaciones algunas ventajas cuando se compara con las conexiones HVAC. 

Con el desarrollo de los convertidores a base de tiristores (conmutadores electrónicos), la trasmisión HVDC se volvió aún más atractiva. La primera aplicación de un sistema HVDC que utilizó tiristores fue entre los sistemas de potencia de Quebec y New Brunswick, Canadá en 1970. La disminución tanto del costo como en el tamaño de los equipos de conversión AC a DC y DC a AC, acompañada de su creciente confiabilidad, ha suscitado un incremento constante en el uso de trasmisión HVDC. [3]

La transmisión en HVDC brinda una solución eficaz a este problema, dado su bajo coste, su sencillo diseño, su simple forma de operar y su bajo impacto en la red receptora; como es sabido, este tipo de transmisión es adecuada para el suministro de grandes cantidades de energía a largas distancias. En ese orden de ideas, la transmisión en HVDC podría permitir la interconexión de redes asíncronas o desacopladas, es decir sistemas que operan a distinta frecuencia, como es el caso de la generación eólica offshore. [2]

Configuraciones redes de trasmisión:

La industria eólica offshore ha estado en una constante búsqueda por mejorar el aprovechamiento del recurso eólico en altamar y su forma de transmitirlo a la red eléctrica; incluyendo la implementación de diferentes configuraciones eléctricas y tecnologías que permitirán un mayor aprovechamiento del recurso en función de la velocidad del viento. Mientras que por otra parte se ha buscado la diminución en las pérdidas de energía durante la recolección en altamar y la transmisión a la red troncal.

Las configuraciones de trasmisión incluyen: alto voltaje corriente alterna (HVAC), voltaje medio corriente alterna (MVAC), alto voltaje corriente continua (HVDC).[4]

En general varios estudios coinciden que, para distancias cortas y potencia nominal baja, la opción óptima es corriente alterna, y para largas distancias y alta potencia nominal, la opción más optima es la corriente continua. Por lo tanto, es necesario realizar un estudio detallado, que tenga en cuenta las condiciones específicas para definir la opción y configuración óptima para cada parque eólico offshore.

Energía eólica en Colombia

En Colombia, existe un creciente interés en la energía eólica offshore, que sigue una hoja de ruta que estima 1 GW de capacidad para el 2030, 3 GW para el 2040 y 9 GW para el 2050. Según el registro de proyectos de la Unidad de Planeación Minero-Energética (UPME), los proyectos propuestos tendrían una potencia instalada combinada de 4.835MW. Están previstos los siguientes proyectos:

• 
  Dos proyectos en Uribia-Guajira (OWF Astrolabio y OWF Barlovento, cada uno de 825 MW).
• Dos proyectos en Santa Marta-Magdalena (OWF Bergantín y Goleta OWF, cada uno de 825 MW).
• Un proyecto en Cartagena-Bolívar (OWF Bitácora de 510 MW).
• Un proyecto en Santa Catalina-Bolivar (Vientos alisios de 200 MW).
• Un proyecto en Barranquilla Atlántico (OWF Galeón de 825 MW). 

El proyecto más avanzado es el complejo de 200MW Vientos Alisios, planificado frente a las costas del municipio de Santa Catalina en Bolívar. El desarrollador español BlueFloat Energy ya aseguró una conexión a la red para la iniciativa, que debiera estar en pleno funcionamiento en agosto de 2025. [5]

Adicionalmente, La Guajira es considerada la mejor de Sudamérica para el desarrollo de parques eólicos offshore, dado que los mayores vientos alisios que recibe el país durante todo el año se concentran en este sector, con velocidades promedio del viento cercanos a los 9 m/s a 80 metros sobre el nivel del mar, predominando en dirección este-oeste.

Se estima que el potencial energético representativo de la Guajira se puede convertir en 18 GW de electricidad de capacidad instalable (UPME & Ministerio de Minas y Energía Colombia, 2015), lo que contribuye a la diversificación y estabilidad en el suministro de energía . [6, p. 69]

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Referencias:

[1] L. C. Jiménez Vergara, «Diseño conceptual y básico de una interconexión HVDC para un Parque Eólico Offshore», instname:Universidad de los Andes, 2014, Accedido: 16 de octubre de 2023. [En línea]. Disponible en: https://repositorio.uniandes.edu.co/handle/1992/16099

[2] C. E. E. Tiempo, «¿Por qué indígenas wayú piden que no se instalen parques eólicos cerca a su territorio?», El Tiempo. Accedido: 16 de octubre de 2023. [En línea]. Disponible en: https://www.eltiempo.com/colombia/otras-ciudades/indigenas-wayu-se-oponen-a-instalacion-de-parques-eolicos-offshore-777336

[3] E. S. T. Gutierrez, «TRANSMISION DE POTENCIA EN CORRIENTE DIRECTA – HVDC ANALISIS Y SIMULACION», 2004.

[4] M. Zubiaga y S. Aurtenetxea, Energy Transmission and Grid Integration of AC Offshore Wind Farms. BoD – Books on Demand, 2012. [En línea]. Disponible en: https://www.intechopen.com/books/3181

[5] «Los siete proyectos colombianos de energía eólica marina». Accedido: 16 de octubre de 2023. [En línea]. Disponible en: https://oilchannel.tv/noticias/los-siete-proyectos-colombianos-de-energia-eolica-marina

[6] O. E. Á. Calderón, «Renovables en el Contexto Latinoamericano», n.o 1, 2019.