Il presente lavoro Rapporto CESI A4502171 “Analisi di un caso di impiego della tecnologia HVDC mediante VSC. Aspetti tecnico/economici” si inquadra nell’ambito del progetto RETE 21, sottoprogetto NOVARET, workpackage 1, milestone 1.7, della RICERCA di SISTEMA 2003/2005. L’argomento oggetto del lavoro è l’analisi tecnico/economica di un caso di impiego di un collegamento con tecnologia HVDC con convertitori a tensione impressa. Dopo una breve introduzione, nella prima parte di questo rapporto vengono analizzate tre alternative di potenziamento per lo scenario di applicazione considerato (che è stato individuato nel precedente Rapporto CESI A4502164 appartenente alla stessa milestone), dal punto di vista degli effetti indotti nella rete. Per il potenziamento, che interessa un doppio collegamento tra un importante nodo di generazione ed un nodo di interconnessione/carico rilevante, vengono considerate due soluzioni in c.a. (linea aerea con sostituzione dei conduttori originari con conduttori ad alta temperatura oppure uso di cavi in c.a.), mentre la terza soluzione riguarda l’uso di un sistema HVDC-VSC. Gli studi di rete che sono stati svolti consistono nel calcolo del load-flow in condizioni di funzionamento base, nell’analisi delle contingenze e nell’analisi delle correnti di corto circuito. Particolare attenzione viene posta all’analisi della contingenza che coinvolge il collegamento potenziato. Durante le contingenze, diversamente dalla soluzione in c.a., la soluzione in c.c. consente di controllare i flussi di potenza, anche quando anche uno dei due nuovi collegamenti è fuori servizio, evitando sovraccarico su quello attivo. Per la specifica applicazione, il potenziamento della dorsale con la soluzione c.c., ha evidenziato la possibilità di contenere il livello delle correnti di corto circuito sia nella stazione di arrivo che in quelle elettricamente vicino, diversamente da quanto accadrebbe con una soluzione tradizionale con cavi in c.a.. Nella seconda parte del Rapporto viene svolto un dimensionamento preliminare del collegamento HVDC-VSC. Dapprima viene stabilito quale schema utilizzare tra le soluzioni in singolo bipolo, doppio bipolo con ritorno comune e doppio bipolo separato, svolgendo delle considerazioni riguardo al dimensionamento, alle perdite, all’affidabilità ed al layout. In seguito, dopo aver indicato quali sono le specifiche funzionali di base richieste all’impianto, ne vengono dimensionati i componenti, ponendo particolare attenzione alla scelta della tecnica di modulazione del ponte di conversione. A valle del dimensionamento vengono calcolate le curve di capabilities che sono in grado di rappresentare le prestazioni che il collegamento HVDC-VSC può fornire in termini di potenza attiva e reattiva erogate verso la rete in condizioni normali. L’ultima parte della procedura di dimensionamento riguarda lo studio dell’impatto armonico del convertitore elettronico verso la rete in c.a. Nello studio la rete in AT viene modellizzata attraverso i settori di possibile appartenza dell’impedenza di rete in modo da poter considerare tutte le possibili condizioni operative della rete stessa. L’emissione armonica dell’impianto viene confrontata con i limiti tipicamente adottati per le reti in alta tensione. La necessità dello studio di impatto armonico, con conseguente dimensionamento dei filtri c.a., si è reso necessario poiché la taglia di questi ultimi contribuisce a determinare le prestazioni dell’impianto (in particolare per quanto riguarda la potenza reattiva)

La terza parte del Rapporto riguarda invece il confronto economico tra le tre soluzioni proposte. Dopo aver indicato i dati economici tipici per le tre soluzioni, il confronto ha messo in luce che i costi globali della soluzione HVDC-VSC (2 collegamenti uguali entrambi da 400 MW lunghi 25 km circa) sono sostanzialmente tre volte e mezzo la soluzione tradizionale in c.a. in cavo. In particolare, si possono fare alcune osservazioni per le potenze e le lunghezze in gioco: 1. i costi di investimento sono nel rapporto 2.5:1 a sfavore della soluzione in c.c. (nell’ipotesi sopra illustrate); 2. i costi di esercizio, invece, sono nel rapporto circa 9:1 a sfavore della soluzione c.c.. Il primo punto è tanto più importante quanto più il collegamento è di lunghezza contenuta, in cui il costo di investimento delle stazioni di conversione c.c./c.a. rappresenta sostanzialmente il costo totale dell’opera. Il secondo punto pesa sensibilmente a causa del rendimento sicuramente non elevato per le stazioni di conversione, nonostante per queste ultime il livello delle perdite si è sensibilmente abbassato rispetto alle prime installazioni di potenza significativa (dal 4% al 2% attuale). Miglioramenti del rendimento, grazie a ricerche in corso sui semiconduttori per ridurre le loro perdite di funzionamento e all’impiego di strutture a più di tre livelli per i ponti di conversione c.a./c.c., potrebbero portare a valori analoghi a quelli riscontrabili per HVDC tradizionali a tiristori. Sotto questa ipotesi i costi di esercizio, per la specifica applicazione, sarebbero ora nel rapporto 4.5:1 rispetto alla soluzione in c.a., mentre i costi globali nel rapporto 3:1. La distanza di break-even, con i rendimenti attuali delle stazioni di conversione, in cui la soluzione c.c. in cavo presenta costi globali analoghi a quelli della c.a. in cavo è stata valutata essere attorno ai 100 km per i livelli di potenze in gioco (400 MW a collegamento). In appendice è riportata la valutazione dell’inquinamento elettromagnetico correlato a tipiche linee 220 kV sia aeree che in cavo, unitamente alla soluzione c.c. individuata.