2.5 Methods
3.2.1 A workflow for manual refinement and integration with the ChEMBL
Cable Submarino desde la subestación a la costa
En la actualidad, las líneas de transmisión en corriente alterna representa la principal opción para la evacuación de la energía eléctrica en los parques eólicos offshore. Pero la aplicación de los cables submarinos en corriente alterna, se encuentra con la limitación de la naturaleza capacitiva que conlleva. Esto depende proporcionalmente de la longitud de cable que se trabaja y la tensión con la que se trabaje en el sistema, esto hace que se limite la potencia activa que se evacúe. Otro tema a tratar, es la compensación de la potencia reactiva, que inevitablemente se encuentra al transmitir en CA, con ello se logra que se evacúe mayor potencia activa.
Una alternativa a la transmisión en CA es hacerlo en Corriente Continua (CC). La gran ventaja de esta transmisión es que esa componente reactiva es inexistente, y se puede transmitir toda la energía eléctrica reduciendo las pérdidas. Pero para sistema de poca distancia no son viables económicamente, ya que se tiene que rectificar la señal en CA a CC y luego invertirla de CC a CA; y esto supone que se tenga que adquirir tales equipos, para hacer esas funciones y en este caso, que la distancia mayor de evacuación es de 16 km aproximadamente, por eso no es una alternativa que se escoja, ya que estos sistemas tienen sentido económico a partir de distancias de 100 km.
En este caso, se ha optado por la línea de transmisión de Corriente alterna y se escoge un cable para transportar a la costa de 170 kV, aunque la conexión que se va a hacer es a 154 kV. El cual en la siguiente tabla se detalla las especificaciones de este cable elegido.
EOI Escuela de Organización Industrial http://www.eoi.es CABLE 170 KV NEXANS SUBMARINO TRIPOLAR CU
Sección (mm2) I nom (A) R max (/km) X a 50 Hz (/km) R a 90C (/km)
500 mm2 754,7 0,068 0,14 0,049
Tabla 19. Características del Cable submarino de Nexans.
En este caso, se opta por transmitir la energía eléctrica en dos cables, dado que si por cualquier circunstancia de fallo se puede seguir evacuando energía eléctrica a la costa, además de otra razón es la de no sobrecargar la línea por aguante del cable. En las siguientes ecuaciones se observará que nivel de intensidad se tendrá que evacuar a esa tensión:
√
Con lo explicado anteriormente se refleja de una forma más clara, que si se transmite con un solo cable no aguantaría. Por eso se toma la decisión de transportar con dos cables, ya que se reduce la intensidad por cada cable a la mitad.
De esta forma por cada línea conducirá ese nivel de intensidad, que es aceptable en este caso, y por seguridad se evita los problemas antes mencionados.
Una vez definido el cable a utilizar, se dispone a hacer los cálculos pertinentes para determinar la caída de tensión por el cable.
√ ( Siendo:
= pérdidas por caída de tensión en V. = longitud del cable en km hasta la costa. = corriente de salida de la subestación. = resistencia del cable en ⁄ .
EOI Escuela de Organización Industrial http://www.eoi.es = es el ángulo que forma la tensión y la corriente.
Y para el cálculo de pérdidas en el cable.
Siendo:
= resistencia del cable en ⁄ .
= longitud del cable en km.
= corriente del aerogenerador en A.
DATOS CIRCUITO ST a costa Sección
cable Parámetros cable
Pérdidas a Pmax TRAMO L(m) I max (A) S
(mm2) R máx (Ω/km) X a 50 Hz (Ω/km) R a 90 C (Ω/km) ∆U (V) % P (W) Línea 1 16990 499,87 500 0,068 0,133 0,049 1098,65 0,71 624058,77 Línea 2 16990 499,87 500 0,068 0,133 0,049 1098,72 0,71 624095,50
Tabla 20. Cálculo del cableado de AT submarino.
Como se muestra en la tabla se ha realizado las pérdidas por efecto Joule y por caída de tensión, resultado esos valores. En lo que se analiza que:
- U tensión en la línea 1 y 2: 0,71% < 3% Cumple.
Cable subterráneo terrestre
Una vez que se ha dimensionado el cable submarino para llevar la energía eléctrica a la costa, se tiene que hacer ahora hasta el Punto de Conexión Común, para de esta forma evacuar la energía eléctrica. Como se ha dicho se conectará a 154 kV, debido a que en Sendai tiene una subestación para conectarse a esa tensión, así se evacúa la energía eléctrica generada por el parque. La estación se llama Higashi Sendai y está ubicada aproximadamente a 9,1 km de la costa. En la siguiente figura se marca en un círculo rojo cuál es nuestra subestación. La subestación, como se ha dicho antes, la opera Tohoku Electric Power co.
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Figura 92. Punto de Conexión Común (Fuente: Tohoku Electric Power co.)
En la Figura 92, se muestra la ruta de cableado que llevará el cable terrestre desde la costa hasta la subestación. Con el fin de minimizar el recorrido del cable, se ha elegido esa ruta como la más óptima.
Figura 93. Ruta del cable subterráneo terrestre (Fuente: Google Earth).
Una vez que se obtiene la distancia del recorrido del cable terrestre, se define a continuación que tipo de cable se va a utilizar un cable de 127/220 kV de un solo núcleo, y está compuesto de polietileno reticulado (XLPE), será un cable de aluminio y de sección de 630 mm2. En la siguiente tabla se adjunta los parámetros a tener en cuenta.
EOI Escuela de Organización Industrial http://www.eoi.es CABLE 127/220 KV PRYSMIAN TERRESTRE AL
Sección (mm2) I nom (A) R max (/km) X a 50 Hz (/km)
630 mm2 669 0,062 0,173
Figura 94. Parámetros del cable terrestre.
Como se ha dicho se va a tener que hacer dos líneas para asegurar que el cable aguante debido a la intensidad que circula por el cable que será a la tensión de 154 kV y tendremos dos líneas para dividir la corriente en cada una. Con lo que se escogerá para una línea tres cables monopolares en tresbolillo, dado que se está transmitiendo en trifásica.
Una vez definido el cable a utilizar se dispone a hacer los cálculos pertinentes para determinar el cálculo de pérdidas por caída de tensión.
√ ( Siendo:
= pérdidas por caída de tensión en V. = longitud del cable en km hasta la costa. = corriente de salida de la subestación. = resistencia del cable en ⁄ .
=Inductancia del cable a 50 Hz en ⁄ .
= es el ángulo que forma la tensión y la corriente. Y para el cálculo de pérdidas en el cable.
Siendo:
= resistencia del cable en ⁄ .
EOI Escuela de Organización Industrial http://www.eoi.es = corriente del aerogenerador en A.
Figura 95. Cableado de AT terrestre.
Como se muestra en la tabla se ha realizado las pérdidas por efecto Joule y por caída de tensión, resultado esos valores. En lo que se analiza que:
- U tensión en la línea 1 y 2: 0,49% < 3% Cumple.
Compensación de Reactiva
En el propio punto de conexión a Red se colocaran sistemas de Compensación de Reactiva, fundamentalmente:
- Shunt Reactors, por su capacidad de gestión de grandes cantidades de reactiva.
- STATCOMS, por su rápida respuesta lo que permite asegurar la calidad de la energía entregada a Red dentro de los parámetros exigidos.