Cu câteva decenii în urmă, sursele de producție a energiei electrice puteau fi la câteva zeci de kilometri sau la maximum câteva sute de kilometri distanță de marile locuri de consum, iar liniile de transport a energiei electrice funcționau aproape exclusiv cu curent alternativ, deoarece se considera că opțiunea cu curent continuu ar genera pierderi mai mari, în special la conversia valorilor mari de putere în curent alternativ. Cu toate acestea, proiecte de linii de curent continuu au existat ocazional chiar și atunci. Dar mai târziu, mai aproape de vremurile noastre, au început să apară din ce în ce mai multe proiecte de energie regenerabilă, ceea ce a schimbat din ce în ce mai mult modul în care sunt construite liniile de transport până în prezent, când toate proiectele de linii puternice, pe distanțe mai mari , sunt din ce în ce mai dominate de tehnologia HVDC de curent continuu de înaltă tensiune, sau tensiune dacă ar fi să descifrăm abrevierea. Astăzi vorbim despre un proiect atât de grandios care a fost construit în urmă cu exact 10 ani și care a arătat lumii întregi mai mult decât oricare altul viabilitatea tehnologiei, împingând-o să se dezvolte și mai mult. Este vorba despre linia aeriană de transport electric Rio Madeira din Brazilia, care are o lungime uriașă de 2 375 km.
Din start vom spune că astăzi nu mai este cea mai lungă linie HVDC din lume, dar acum 10 ani avea acest titlu și l-a păstrat până în 2019. Și a fost, de asemenea, linia care a făcut un salt uriaș de distanță realizând lucruri care păreau imposibile până atunci, și anume să transporte energie electrică de o putere uriașă, pe o distanță de 2 375 km, cu pierderi minime de transport. Inițial, în lumea noastră, nici parcurile fotovoltaice și eoliene nu erau foarte departe de locurile de consum. Chiar și parcurile eoliene offshore erau construite aproape de țărm, tocmai pentru a putea fi ușor conectate la rețea, pe lângă ușurința de a fixa turbinele eoliene la fundațiile de pe fundul mării. Ulterior, însă, tehnologia turbinelor eoliene a avansat foarte mult și acestea pot fi instalate mult mai departe în mări și oceane, la sute de kilometri de țărm, folosindu-se de vânturi mult mai prolifice și oferind un factor de capacitate mai mare. Iar acest lucru face ca liniile de transport să fie mult mai mari, trebuind să facă față pierderilor mai mari generate de așezarea lor pe fundul mării. Liniile HVDC au fost cele care au adus soluția pierderilor minime pentru parcurile eoliene maritime, mai ales că, între timp, au fost inventate și stațiile de transformare a curentului continuu în curent alternativ, montate pe țărm, care reduc pierderile la minimum. Iar aceste evoluții au fost impulsionate în special de linia Rio Madeira, despre care vorbim astăzi.
Așadar, ce este Rio Madeira și ce face ca ingineria sa să fie fascinantă? Este o linie aeriană de transport a energiei electrice, care poate transmite 7,1 GW de putere, adică 7,1 MW, pe o distanță de 2.375 km. Iar puterea de 7,1 GW este egală cu întregul consum diurn al României! Și toată această putere trece prin doar câteva fire! Linia de curent continuu Rio Madeira a apărut din necesitatea de a transmite electricitatea produsă de două hidrocentrale adiacente de pe râul Madeira din nord-vestul Braziliei, în zona pădurilor amazoniene, către sud-estul acestuia, unde sunt concentrate marile orașe. Cele două hidrocentrale, Sant Antonio și Jirau, sunt situate la o distanță de aproximativ 100 km una de cealaltă și produc 3 150 MW și, respectiv, 3 750 MW de energie, însumând o putere totală de 6,9 GW, astfel încât linia aeriană a fost proiectată pentru o putere de 7,1 GW, pentru a avea o rezervă de putere.
Desigur, la acel moment a existat o dilemă dacă opțiunea curentului continuu era cea corectă, dar răspunsul a devenit evident foarte repede, deoarece Brazilia avea deja în funcțiune linii HVDC mai scurte care indicau pierderi cu 30-50% mai mici decât liniile alternative de curent continuu de atunci. Prin urmare, inginerii ajunseseră deja la ideea că liniile mai lungi de 600-800 km ar trebui construite numai cu curent continuu, chiar dacă acestea sunt mai costisitoare în stațiile de transformare. Diferența dintre pierderile de curent este uriașă și face ca acele investiții să fie recuperate rapid.
Inginerii au proiectat linia Rio Madeira într-un mod curios. Electricitatea este inițial transmisă de la hidrocentrale prin curent alternativ până la capătul unde începe linia HVDC, în Puerto Velho. Acolo există două stații de transformare a curentului continuu, iar în continuare două linii HVDC cu o lungime de 2,375 km, fiecare cu o putere de 3,150 MW, la 600 kV, ajung aproape de regiunea Sao Paolo, la Araraquara, unde există încă două stații de transformare a curentului continuu în curent alternativ, iar acest curent alternativ este deja distribuit orașului Sao Paolo și întregii regiuni prin liniile obișnuite. Această configurație a liniilor HVDC poate fi denumită stații bipolare. Stațiile de transformare utilizează convertoare cu 12 impulsuri, această formulă permițând configurarea unor lungimi de undă corecte, excluzând eventualele abateri cu un număr mai mic de impulsuri. Simplu spus, am putea compara echilibrul unui motor V12, care se autoechilibrează în mod natural din două blocuri cu 6 cilindri. În cazul acestor transformatoare, la final se obține un curent electric mult mai precis, echilibrat și consistent în parametrii doriți.
Putem vedea că 2 x 3,150 MW fac 6,300 MW, în timp ce puterea totală a sistemului, menționată mai sus, este de 7,100 MW, iar hidrocentralele produc 6,900 MW. Adevărul este că lângă Puerto Velho există încă două stații HVDC back-to-back, care transmit local 800 MW de energie, în regiunea de nord-vest a Braziliei. Brazilia a decis apoi să împartă contractul de construcție a acestei linii aeriene cu o lungime record între două companii de top la nivel mondial, acestea fiind, de asemenea, printre puținele specializate în linii HVDC la acea vreme, care puteau asigura pierderi minime de transmisie. Compania americană General Electric, prin divizia sa Grid Solutions, care astăzi a devenit parte a companiei GE Vernova, a construit stațiile de transformare HVDC pentru una dintre cele două linii de 3.150 MW care alcătuiesc proiectul. De asemenea, au livrat lavoarele cu tiristoare pentru transformatoare, precum și alte echipamente suplimentare.
Și compania suedezo-elvețiană ABB a primit contractul pentru stațiile de transformare ale celei de-a doua linii și pentru cele două stații back-to-back care totalizează 800 MW. ABB este, de fapt, prima companie din lume care a construit linii HVDC și construise linii și în Brazilia anterior, deci avea deja o reputație impecabilă. Apropo, ABB a format ulterior o nouă companie împreună cu Hitachi, axată pe transformatoare de mare putere și echipamente conexe, o companie care a devenit apoi Hitachi Energy și a fost cumpărată integral de Hitachi de la ABB, iar Hitachi Energy a devenit astfel entitatea care a moștenit toată experiența și tehnologiile și a inovat și mai mult în vederea creșterii eficienței. La acel moment, pierderile permise de noua linie HVDC pe o distanță de 2 375 km erau de maximum 7%, ceea ce era excepțional de bine. Pentru comparație, o linie similară de putere și tensiune, dar realizată într-un sistem de curent continuu, pe o asemenea distanță, ar genera pierderi de aproximativ 17%, până la 19%! Așadar, există o diferență de cel puțin 10% din pierderile evitate datorită faptului că transportul este în curent continuu, iar la 6 300 MW de energie transmisă prin aceste linii, chiar dacă estimăm un flux real de 6 000 MW, înseamnă 600 MWh de energie electrică economisită prin pierderile de transport pe oră! Pe zi, aceasta înseamnă aproximativ 14 GWh, iar pe an avem aproximativ 5 TWh care nu sunt irosiți! Chiar și la un preț minim de 5 cenți pe kWh, aceasta înseamnă evitarea unor pierderi de 250 de milioane de dolari anual în acest caz. Raportat la costul total al acestei linii, puțin peste 1 miliard de dolari, diferența de a alege HVDC în locul curentului alternativ este recuperată rapid, mai ales că liniile HVDC necesită și mai puțin oțel, datorită cablurilor mai subțiri, și, prin urmare, au un impact mai mic. Și având în vedere durata de viață de zeci de ani a centralelor hidroelectrice și a acestor linii de transport, opțiunea pentru HVDC se amortizează de multe ori în timpul exploatării, mai ales în cazul unei astfel de linii de 2 375 km.
Toate aceste caracteristici și diferențe au dus la creșterea popularității proiectelor HVDC în domeniul energiei solare și eoliene, deoarece diferențele de pierderi sunt și mai pronunțate în cazul cablurilor subacvatice. Cu toate acestea, această linie HVDC din Brazilia, care a marcat recordul mondial de lungime la acea vreme, a fost cea care a demonstrat în mod absolut clar parametrii acestei tehnologii și avantajele sale și a impulsionat toată dezvoltarea galopantă de acolo.