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Superconduttori per cablare una rete più intelligente
Un hub proposto per il collegamento delle tre reti elettriche indipendenti che attraversano gli Stati Uniti continentali potrebbe facilitare l'accelerazione della produzione di elettricità rinnovabile.
Potere freddo : Questi fili superconduttori costituiscono la base dei cavi di alimentazione che trasportano molta più potenza rispetto ai cavi in rame convenzionali.
Il progetto, chiamato Tres Amigas Superstation, utilizzerà condotte superconduttrici e stazioni di conversione per collegare tre reti: le interconnessioni occidentali, orientali e del Texas. Le connessioni tra le reti sono state limitate perché le reti non sono sincronizzate: l'alimentazione CA è fuori fase. Per spostare l'energia da una rete all'altra sono necessarie stazioni speciali che convertano l'alimentazione CA in alimentazione CC e poi di nuovo in alimentazione CA nella fase corretta.
Attualmente solo una frazione dell'1 per cento dell'elettricità generata negli Stati Uniti può essere trasferita tra le reti e non esiste un collegamento diretto tra il Texas e la rete occidentale. La stazione Tres Amigas, che collegherà per la prima volta tutte e tre le reti in un unico luogo, inizialmente raddoppierà la capacità di trasferire energia tra di loro, fornendo cinque gigawatt di capacità. Alla fine, la stazione dovrebbe trasferire fino a 30 gigawatt di potenza.
La stazione risolverà una serie di problemi legati all'energia rinnovabile, afferma Phil Harris, CEO della società Tres Amigas, con sede a Santa Fe, NM. In primo luogo, aiuterà ad affrontare un problema chiave con le fonti di energia rinnovabili: la loro intermittenza. Poiché il vento va e viene e le nuvole di tanto in tanto bloccano il sole, l'energia eolica e solare possono destabilizzare la rete elettrica.
Un modo per compensare è assicurarsi che nessuna fonte rinnovabile rappresenti una parte eccessiva del mix energetico totale, in modo che altre fonti possano facilmente sostituirsi quando si verifica un calo di potenza. In Texas, tuttavia, questa strategia limiterebbe rapidamente le dimensioni dei parchi eolici, poiché la rete è relativamente piccola. Collegandosi al resto del paese, Tres Amigas rimuove il limite alla dimensione di queste fattorie.
L'intermittenza può essere affrontata anche raccogliendo energia rinnovabile su una vasta area. In questo modo, un calo dell'energia solare dovuto a una giornata nuvolosa in una regione potrebbe essere compensato dal vento o dal solare altrove. Il collegamento delle tre reti consente di attingere a una più ampia varietà di fonti rinnovabili, soprattutto nel sud-ovest, che è diviso dai confini tra loro. La stazione fornirà anche tra 50 e 150 megawatt di accumulo di batterie per appianare le fluttuazioni di potenza sulla rete per aiutare a prevenire le interruzioni.
Il progetto potrebbe anche essere un prezioso banco di prova per le linee di trasmissione superconduttive in corrente continua, che potrebbero avere vantaggi significativi rispetto alle linee elettriche convenzionali per fornire grandi quantità di energia su lunghe distanze, afferma Steven Eckroad, project manager presso la sede di Palo Alto, in California. Istituto di ricerca sull'energia elettrica (EPRI), che sta studiando il potenziale dei superconduttori per la trasmissione a lunga distanza. Tali linee di trasmissione potrebbero raccogliere l'energia eolica dal Midwest, dove è abbondante, e trasmetterla al Sud, che ha meno risorse rinnovabili.
Cambio di potenza : L'energia entra nella stazione Tres Amigas da tre reti elettriche e circola all'interno di un condotto superconduttore da cui tutte e tre le reti possono attingere.
Per connettere tutte e tre le reti era necessario un luogo in cui fossero geograficamente vicine, nel caso di Tres Amigas, una striscia di terra di 60 chilometri quadrati vicino a Clovis, nel Nuovo Messico. Come con le connessioni convenzionali tra le reti, il sistema converte la corrente alternata in corrente continua. Ma a differenza dei tradizionali collegamenti a due vie, a Tres Amigas quella corrente continua poi circolerà in cavi superconduttori che formano una conduttura elettrica triangolare. Qualsiasi delle tre griglie può trarre energia da questo, se necessario.
Fornire cinque gigawatt, e infine 30 gigawatt, di capacità di trasferimento tra tutte e tre le griglie richiedeva l'uso di linee CC superconduttrici, che riducevano notevolmente il numero di cavi necessari per trasportare l'energia: un singolo cavo superconduttore può trasportare la stessa potenza di nove o dieci set di cavi in rame convenzionali. Se i cavi convenzionali fossero stati sospesi sopra la testa, insieme alle linee di trasmissione in entrata e in uscita, avrebbero creato un nido di topi vulnerabile alle intemperie e al sabotaggio, afferma Jack McCall, direttore dello sviluppo aziendale di Devens, MA con sede a American Superconductor, che fornisce i cavi superconduttori.
L'interramento di cavi convenzionali aumenterebbe la complessità e le dimensioni del progetto, poiché i cavi dovrebbero essere tenuti a diversi metri di distanza per evitare il surriscaldamento. All'inizio sarebbe necessario un solo cavo superconduttore, semplificando notevolmente il sistema rispetto all'utilizzo di cavi convenzionali. Con l'espansione di Tres Amigas, saranno necessari più cavi, ma questi possono essere interrati uno vicino all'altro.
Oltre a connettere le tre reti, Tres Amigas servirà come dimostrazione del tipo di linee superconduttrici DC e convertitori AC-DC che sarebbero necessari per le linee di trasmissione ad alta potenza e a lunga distanza: il gasdotto superconduttore EPRI ha studiato. Un tale sistema potrebbe essere più facile da posizionare rispetto alle tradizionali linee di trasmissione aeree ad alta potenza: i cavi superconduttori possono essere interrati lungo i diritti di passaggio esistenti, come lungo le autostrade interstatali. Convincere i proprietari terrieri a consentire grandi torri di trasmissione aeree è uno dei maggiori ostacoli all'installazione di linee di trasmissione convenzionali e potrebbe ostacolare gli sforzi per sviluppare un sistema per la distribuzione dell'energia eolica dal Midwest. Le linee di trasmissione superconduttive potrebbero anche essere più facili da integrare con la rete esistente, poiché la quantità di energia convertita da corrente continua a corrente alternata nelle stazioni lungo la linea potrebbe essere controllata con precisione.
Secondo l'analisi dell'EPRI, un gasdotto superconduttore costerebbe all'incirca quanto una linea di trasmissione convenzionale, se il sistema superconduttore fosse progettato per trasmettere elevate quantità di energia (maggiori di cinque gigawatt) su lunghe distanze (circa 1.000 miglia). Ciò è in parte dovuto al fatto che il costo per la refrigerazione delle linee superconduttrici (necessarie per mantenere le loro proprietà superconduttive) diventa una piccola quota dei costi totali del sistema. Inoltre, a lunghe distanze, la maggiore efficienza dei sistemi superconduttori è importante: circa la metà dell'energia viene sprecata rispetto alle tradizionali linee elettriche ad alta potenza ea lunga distanza.
Ma è una tecnologia con cui le aziende non hanno familiarità e quindi potrebbero essere riluttanti a implementarla nella scala necessaria per essere competitiva in termini di costi, afferma Eckroad. Il progetto Tres Amigas potrebbe essere importante per dimostrare che la tecnologia funziona, dice.
McCall afferma che Tres Amigas prevede di depositare presso la Federal Energy Regulatory Commission nelle prossime settimane, chiarendo che l'ostacolo normativo è il prossimo passo per l'azienda. Se ciò andrà bene, il sistema iniziale da cinque gigawatt potrebbe essere completato entro la fine del 2014.