HVDC

La HVDC (High Voltage Direct Current) corrente continua ad alto voltaggio non è altro che la corrente di una normale pila (CC corrente continua – DC direct current) ma moltiplicata di parecchie volte. Con lo sviluppo delle tecnologie, questo modo di trasportare energia risulta essere più efficiente rispetto alla corrente alternata (AC) che normalmente utilizziamo nelle nostre case e in tutte le attività industriali. La sua particolare applicazione è nel trasporto di energia elettrica su lunghe distanze, grossi carichi ed è più facile controllarla essendo un sistema più stabile.

Ma un attimo…. Non c’è stata la famosa guerra delle correnti tra Edison e Westinghouse (con Tesla) e che proprio quest’ultima vinse perché risultò più efficiente sulle lunghe distanze?

LA DIFFERENZA STA TUTTA IN QUEL “HV”

Come è noto Edison era il promotore della corrente continua, mentre la Westinghouse con a capo del progetto Tesla, sviluppava la tecnologia in corrente alternata (AC). Edison fece una campagna diffamatoria nei confronti della corrente alternata ritenendola pericolosa… tutti si ricorderanno l’episodio dell’uccisione della elefantessa Topsy, sottoposta a una scarica di 6600 V in corrente alternata. [1] Insomma una vera e propria guerra, d’altronde in ballo c’erano una montagna di denaro. Fatto sta che l’intuizione di Tesla portò la Westinghouse a vincere la battaglia.
Infatti nell'agosto del 1891 all'esposizione che si tenne a Francoforte, in occasione di questa manifestazione fu realizzato un impianto in corrente alternata, la centrale era distante 175 Km e la corrente “correva” su una linea ad alta tensione (25.000 V) e successivamente in America nel 1893 la Westinghouse presentò alla fiera di Chicago il suo così detto "sistema universale", la corrente alternata. [2]

Le problematiche del sistema a corrente continua di Edison era il basso voltaggio della sua rete (110V che all’epoca veniva considerato un voltaggio di sufficiente sicurezza), e proprio per questa bassa tensione (il voltaggio appunto) la distribuzione di corrente soffriva di perdite di energia… energia che si trasformava in calore, il rischio di incendio era molto alto, inoltre l’impianto soffriva di altre problematiche tecniche, in particolar modo di isolazione e sezione del cavidotto.

_{By W. P. Snyder (June 21, 1882 Harper's Weekly) [Public domain], via Wikimedia Commons Link immagine.
Da notare la dimensione del cavidotto e l’operaio che versa catrame nel punto di giunzione.}

Per ovviare a questo necessitava di una distribuzione capillare di generatori elettrici, che ricordiamo venivano alimentati con carbone e altre energie fossili; anche la sempre maggiore richiesta di energia complicavano le cose. Si rendeva necessario costruire impianti sempre più potenti e una enorme occasione fu quella di sfruttare l’energia idroelettrica, ma la fonte di energia potenziale dell’acqua risultava per lo più distante dal punto di utilizzo dell’energia elettrica.
L’intuizione di Tesla fu “semplice”… se si va ad aumentare il voltaggio, le perdite di energia sono minori. La tecnologia per realizzare un trasformatore in corrente alternata è ed era piuttosto semplice. Un trasformatore modifica appunto la tensione della corrente, portandola a livelli di moltiplicazione dei valori anche di parecchie volte, al punto di utilizzo (in città) basta seguire il processo inverso per tornare a valori di tensioni normalmente utilizzati.

_{BillC at the English language Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons. Link immagine.
Nel trasformatore per cambiare la tensione (V) della corrente basta variare il rapporto di spire fra primario e secondario.}

Non dimentichiamoci inoltre che con la corrente alternata fu sviluppato anche il motore ad induzione, robusto, relativamente economico e di facile manutenzione. Anche gli stessi generatori che producono l'energia elettrica nelle centrali hanno meno problemi rispetto a quelli in corrente continua.

Questo insieme di sviluppo tecnologico ed economia dei sistemi ha sbaragliato qualsiasi concorrenza. Il trasformatore permetteva di avere quel “HV” (High Voltage – Alto Voltaggio) per superare la barriera della distanza.

All’epoca, per via delle conoscenze fisiche e tecniche, Edison con la corrente continua non riusciva a risolvere il problema in maniera efficiente. La tecnologia della corrente continua comunque non fu mai abbandonata, ma anzi fu sviluppata proprio per permettere di superare alcune problemi che ha la corrente alternata. Ovviamente, come in tutti i sistemi ci sono dei pro e dei contro, ma i fatti hanno portato all’affermazione della corrente alternata e se a tutt’oggi è ancora valida vuol dire che il sistema funziona.

SVILUPPO DEGLI HVDC

Come detto in precedenza, lo sviluppo della tecnologia in corrente continua non si fermò. Già nel 1929 fu sviluppato in Svezia una rete in corrente continua multi conduttore ad alta tensione, il sistema era controllato da valvole ai vapori di mercurio per la trasmissione della corrente ad elevate potenze. La Seconda Guerra mondiale fermò alcuni sviluppi e progetti internazionali, dobbiamo arrivare verso gli anni ’50 per vedere alla luce alcuni progetti, uno in particolare il collegamento con la Sardegna realizzato nel 1965 [3]. Lo sviluppo maggiore lo abbiamo con le evoluzione tecnologica dei semiconduttori. Ad oggi possiamo contare su tecnologie in grado di gestire enormi potenze in corrente continua e per alcune sue particolarità abbiamo un enorme vantaggio nell’utilizzarla.

Ma allora aveva ragione Edison a sostenere la corrente continua! No! L’intuizione di Tesla è sempre valida, in ambedue i sistemi beneficiano di minori perdite se sono in alto voltaggio.
I principali benefici del sistema HVDC trovano spazio se relazionati con il costo dell’opera, e valgono se:

• Il collegamento in DC ha perdite minori rispetto ad una linea di uguale potenza AC, a patto di usare sezione dei condotti adeguatamente dimensionati. Per trasmettere la stessa potenza, una linea HVDC ha un rapporto costo/lunghezza minore a patto di considerare il maggior onere delle stazioni di trasformazione. Le stazioni di trasformazione sono complesse e particolarmente onerose, ma il continuo sviluppo delle tecnologie riesce a contenere i costi sempre più. Il grafico seguente chiarisce questa dinamica.
• Su lunghe distanze particolarmente grandi e in special modo quando dobbiamo fare un collegamento sottomarino. Un sistema in AC ha problemi a superare i 50Km per via di induttanze generate dalla rete stessa.
• Per interfacciamento di sistemi diversi. Nonostante ci siano macrozone con uguale sistema elettrico, quando dobbiamo collegare fra di loro diversi sistemi, il collegamento in HVDC è l’unico utilizzabile. Se pensiamo un sistema con tensione nominale di 220 V e alla frequenza di 50 Hz (tipo Europeo) e dobbiamo interfacciarlo con uno a 110 V (sistema Americano) e alla frequenza di 60 Hz, un sistema in AC non è utilizzabile.

_{By wdwd [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], from Wikimedia Commons - Link immagine.
Il costo maggiore inizialmente sostenuto da un sistema HVDC deve essere preso in considerazione per determinare l’economia dell’investimento.}

Ma abbiamo anche alcuni vantaggi in termini ecologici, infatti in una linea in HVDC abbiamo un minore impatto visivo. A parità di potenza un sistema tradizionale necessita di tralicci di notevoli dimensioni mentre per il sistema in corrente continua hanno una dimensione minore. Due linee HVDC a 3000 MW di potenza equivalgono a cinque linee AC a 500 KV, la stessa dimensione di un singolo traliccio sono nettamente minori. Pensiamo quindi al nostro Bel Paese che proprio di paesaggio fa uno dei sui punti cardine.

PROGETTI E SCENARI POLITICI

Se facciamo una piccola ricerca in rete, troveremo notizie e informazioni importanti sui progetti di trasporto energetico in HVDC.

La tecnologia di oggi permette di distribuire l’energia a livello mondiale.
Pensiamo al progetto DESERTEC o alle strategie aziendali della State Grid Corporation of China che ha anche strizzato l’occhiolino alla tecnologia blockchain, o all’Arabia Saudita che ha in programma la realizzazione di un progetto di “parco solare” destinato a produrre 200 GW di energia a regime… per chi non si rende conto del numero, cito che

Secondo le previsioni EnergyTrend, grazie ai 48 GW che saranno installati in Cina, è prevedibile che la nuova potenza FV mondiale a fine anno (2017) sarà di 100,4 GW

_{Fonte QualeEnergia.it link , sito visitato il 18/04/2018}

Vuol dire il doppio dell’energia mondiale prodotta nel 2017! Il paese fra i più ricchi al mondo di petrolio si stanno preparando alla fine delle energie fossili. La Cina con la menzionata State Grid Corporation of China ha attivato una serie di progetti che la contraddistingue,

Dal carbone all’energia pulita. Da Paese dipendente ed inquinato a Paese esportatore e virtuoso.

_{Fonte StartMagazine link , sito visitato il 18/04/2018}

La Cina è la nazione che decanta la maggiore (in termini globali) potenza installata sia nel carbone che nel fotovoltaico, oltre ad essere fra i più importanti importatori di risorse petrolifere (gas e petrolio greggio). La State Grid Corporation of China ha in programma di realizzare una linea che porterà l’energia pulita prodotta da eolico e fotovoltaico fino in Europa, i giornali l’hanno definita la "Nuova Via dell’Energia” in analogia con la storica e leggendaria Via della Seta.

Le strategie di alcuni paesi, come appunto la Cina e Arabia Saudita che hanno un notevole peso economico a livello mondiale, sono di sfruttare le energie fossili fin tanto che hanno convenienza all’estrazione ma in parallelo investono e programmano progetti di parecchi miliardi di dollari per trasformarsi in nuovi giacimenti di energia.

Quali saranno i nuovi scenari politi ed economici? Quali paesi attraverseranno queste nuove vie di energia? Indubbiamente avranno una valenza tanto quanto lo hanno oggi i paesi ricchi di petrolio. Quale sarà il vero valore di questa energia? Quali saranno i paesi che “dovranno” o avranno la necessità di acquistare l’energia?

O magari… lo hanno già stabilito?