¿Por qué la transferencia de energía a granel por gasoducto es más barata y preferida que la generación y transmisión de electricidad por líneas HVDC?

Primero, porque no todas las aplicaciones son ideales para la electricidad. La energía eléctrica puede fácilmente convertirse en calor, movimiento, radiación (luz y todo eso), pero llegar allí implicará muchas pérdidas de eficiencia. Para una aplicación de calentamiento directo, no tiene sentido consumir las pérdidas de la conversión a electricidad (~ 30% -50%), transmisión (~ 0.5% – 2%) y conversión (~ 10%) si todo lo que desea es calor de bajo grado producido por su fuente de energía. Hay razones para obtener calor de bajo grado de la energía eléctrica (a través de, por ejemplo, una bomba de calor), pero esas no son comunes. También hay razones históricas: muchos sistemas, particularmente en el noreste y en otras regiones con infraestructura más antigua, dependen de sistemas heredados, muchos de los cuales se convirtieron en gas natural a partir de carbón o petróleo.

Segundo, porque DC era y en cierta medida es inherentemente difícil de manejar, lo que lo excluyó del uso comercial. Por ejemplo, un transformador de CC de alto voltaje eficiente no se desarrolló a tiempo para hacerlo significativamente significativo en las redes modernas. El transformador Ganz para CA se convirtió en el estándar de la industria para la transmisión. Aunque este problema ya no existe (ahora tenemos rectificadores e inversores adecuados para la transmisión de CC), hay un segundo problema importante.

Un sistema de transmisión de CC tiene una baja impedancia, esto es bueno para reducir las pérdidas de electricidad, pero como consecuencia significa que el tiempo característico del sistema es muy bajo. Si hay una falla o un cortocircuito en el sistema, debe apagarlo rápidamente para evitar daños sistémicos. En CA esto se logra fácilmente con los interruptores automáticos, ya que la corriente se amortigua fácilmente a cero en un sistema alterno, y dado que tiene una impedancia más alta, tiene un poco más de tiempo. En DC, debe forzar la corriente a cero y hacerlo rápidamente, y lograrlo sin causar grandes pérdidas de energía como en los interruptores de estado sólido. ABB solo desarrolló un interruptor HVDC confiable a fines de 2012.

Hay otras razones que puedo pensar pero no puedo confirmar debido a la falta de datos. Por ejemplo, estoy bastante seguro de que una tubería de gas natural tiene un costo de energía transferido mucho más bajo que un sistema HVDC pero no puedo calcularlo porque no puedo encontrar datos sobre la densidad de corriente promedio máxima y el diámetro de un cable HVDC . También creo que el costo de un sistema de tuberías de gas natural a gran escala aumentará con una capacidad de carga de aproximadamente un exponente de 0.5 – 0.6 simplemente porque el costo de los materiales, que domina el costo del sistema en general, aumentará de acuerdo con la raíz cuadrada del volumen transmitido (esto resulta de la relación entre el área de la sección transversal y la circunferencia), mientras que el de un sistema HVDC se escalará de forma lineal con la corriente.

El mayor problema de la transferencia a larga distancia de electricidad a granel son los problemas de congestión y la asignación “justa” de la capacidad de transferencia disponible a través de la frontera. La red de transmisión se rige por la ley de Kirchoff, y la transferencia de energía eléctrica no es estrictamente un punto a punto. La transferencia de energía eléctrica desde el punto A a C puede hacer que x fluya a través de A a C y 1-x fluya a través de A a B y B a C. Cualquier congestión o asignación de capacidad de transferencia injusta en cualquiera de estos enlaces impediría el flujo suave de energía a través de la frontera Debido a que el desarrollo de una instalación de transmisión adecuada que pueda acomodar dicho flujo depende mucho del progreso económico de los países relevantes, la red de transmisión puede ser asimétrica para soportar este flujo. Esto complica aún más el problema.

La mejor manera de generar energía es de hecho local. La transferencia de gas a la región prevista y luego generar energía dentro de esa región le da al regulador una alta capacidad de control sobre el uso de los recursos de generación y tiene más poder para programar la generación considerando varios costos de oportunidad.

La seguridad del suministro es otro problema. ¿Podemos confiar en HVDC o el socio exportador para satisfacer la demanda de energía eléctrica en momentos de estricta contingencia? Tener reservas locales es siempre una mejor idea.

El gas es más almacenable que la electricidad, lo que permite un promedio de carga
Menores pérdidas de transmisión
La capacidad adicional de transmisión eléctrica es costosa
Cogeneración donde el calor residual se puede usar en el sitio

Sugiero por tres razones principales. La densidad de energía del gas por unidad de volumen es alta, el equipo de transmisión es barato y los costos de conversión a la forma de electricidad de su elección en el otro extremo, incluida la coincidencia de fases, son bien conocidos y relativamente económicos.

También es posible que el gas entrante pueda usarse para alimentar estaciones generadoras preexistentes y sus redes asociadas con modificaciones limitadas.

Probablemente debido a la economía, es más barato enterrar una gran tubería que obtener el derecho de paso para instalar grandes torres de transmisión o enterrar el cable de CC de alto voltaje muy costoso y relativamente corto.