Juan Miguel Pérez De Andrés, director del área de Transmisión – Productos y Sistemas en Siemens Gas and Power

Los productos de transmisión y distribución de energía del futuro deben apoyar la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. La reducción tanto del CO₂ como de los gases de efecto invernadero es clave para disminuir el calentamiento global.

Para nuestros sistemas de energía, esto significa que la emisión y el uso de SF₆, el gas de efecto invernadero más potente, debe reducirse y eliminarse por completo, manteniendo o incluso mejorando el rendimiento y la fiabilidad. Y es aquí donde los productos de alta tensión libres de CO₂ y SF₆ cobran protagonismo. La buena noticia es que ya existen las primeras instalaciones de hasta 145 kV disponibles y que servirán para dar los pasos oportunos para llegar a las 420 kV.

¿Cómo se comportan los productos sostenibles de alta tensión neutros en CO₂?
En los años setenta comenzaron las primeras investigaciones sobre las posibles alternativas al SF₆. El primer enfoque se centró en aumentar las capacidades de aislamiento y conmutación. En los últimos 10 años, el rumbo ha cambiado para conseguir reducciones en el calentamiento global. Cientos de gases han sido probados. Los tres más prometedores para sustituir al SF₆ son el Aire Limpio, el Fluor-nitrilo y el C5-Fluor-cetona. Todos estos gases tienen ventajas, pero también inconvenientes.

Las alternativas al SF₆ fueron discutidas a fondo entre los principales propietarios y operadores de redes de T&D en todo el mundo. Ante esta situación, Siemens decidió desarrollar la tecnología para proporcionar un mayor rendimiento de conmutación, operación y un control más sencillo del gas, respetando los más altos estándares de salud, seguridad y medio ambiente. Se trata de la conmutación con tecnología de vacío y aislamiento con aire limpio.

La decisión de utilizar el aire limpio como gas aislante se basa en una serie de hechos básicos. En primer lugar, el aire limpio contiene un 80% de N₂ y un 20% de O₂, está libre de CO₂ y de humedad (aire sintético). El aire limpio no tiene potencial de calentamiento global (GWP - 0) ni potencial de reducción del ozono (ODP - 0). Además, el aire limpio es extremadamente estable, una ventaja más que considerable.

Para la conmutación, se desarrolló un principio probado para su aplicación a altas tensiones. Aunque millones de unidades de interruptor de vacío (VI) se utilizan en equipos de conmutación de media tensión en todo el mundo, existe un uso cada vez mayor en alta tensión. Y es que la tecnología de interrupción de vacío aporta un rendimiento muy competitivo, en comparación con el SF₆, el aceite y los interruptores de chorro de aire.

Por su parte, para el aislamiento, Siemens decidió elegir el gas más sostenible y más fácil de manejar disponible en nuestro planeta: el aire limpio. La compañía lo utilizó para el aislamiento en disyuntores, transformadores de medida y equipos de conmutación con aislamiento de gas para sustituir al SF₆.

Productos ‘Blue’ para el funcionamiento de la red de transmisión
La combinación de tecnología de vacío para conmutación y tecnología de aire limpio como medio aislante de alta tensión permite a los operadores de la red eléctrica operar sus activos totalmente sin CO₂ con un GWP de cero. Esta tecnología ofrece un rendimiento similar y parcialmente extendido en comparación con la tecnología SF₆ existente, temperaturas de funcionamiento de -60 ^oC hasta +55 ^oC sin ningún sistema de calor adicional y hasta 30 maniobras completas de interrupción del cortocircuito. Otra de las ventajas es que permite una manipulación más sencilla durante el transporte, la instalación y el funcionamiento, así como durante la fase de mantenimiento y reciclaje. Además, no se requieren esfuerzos de mantenimiento de las unidades VI en todo su ciclo de vida. Asimismo, los esfuerzos de documentación y presentación de informes se reducen al mínimo. Ya no se requiere reciclaje de gas. El ‘aire limpio’ se puede liberar a la atmósfera sin ningún efecto nocivo para nuestro planeta.

Los primeros hitos en la tecnología de conmutación de alto voltaje libre de SF₆ de Siemens fueron el despliegue con éxito de interruptores de corte en vacío en disyuntores de instalación en intemperie, que han estado en uso desde 2010. Además, para tensiones de 72,5 kV se ha utilizado en la conmutación de turbinas eólicas y también se ha aplicado en los primeros interruptores de intemperie libres de SF₆ y transformadores de medida en la red de alta tensión de 110 kV en Alemania, los cuales están en funcionamiento desde 2018. En 2019, se instaló en Noruega la primera celda blindada (GIS) sin SF₆ y neutra en CO₂ para 145 kV. Los primeros transformadores de medida instrumentos con aislamiento de gas sin SF₆ para 420 kV se encuentran ya en fase de entrega.

El color azul como protagonista
Como resultado surge el equipo de conmutación blindado ‘Blue’ de 72,5 kV para generación eólica offshore renovable. Este ha sido el campo de aplicación dando como resultado un parque de generación de energía sin CO₂ a través del viento combinada con la transmisión de potencia neutra de CO₂ gracias a un interruptor de vacío y a la tecnología de aire limpio. Este equipo ha sido testado según los estándares IEC e IEEE y las primeras instalaciones funcionan sin problemas. Más de 900 han sido pedidas en Europa, América y Asia. En concreto, en Dinamarca, Reino Unido, Países Bajos, Estados Unidos y Taiwán.

Otra de las aplicaciones es el interruptor de corte en vacío ‘Blue’ de 145 kV y los transformadores de medida en subestaciones convencionales de intemperie (AIS). En 2018, se puso en funcionamiento el primer disyuntor ‘Blue’ y transformador de corriente y tensión en Alemania. Estos equipos funcionan de forma fiable y estable. Actualmente, más de 50 unidades están en funcionamiento y se han pedido más de 100 en todo el mundo.

Por último, otra de las aplicaciones es la subestación formada por celdas blindadas (GIS) ‘Blue’ para 145 kV. Se trata de un sistema totalmente modular que combina los beneficios del sistema modular GIS tradicional, el fiable accionamiento del disyuntor de resorte, con la nueva conmutación de interruptor de vacío y la tecnología de aislamiento de aire limpio. Además, está disponible con transformadores de medida de baja potencia para reducir significativamente la superficie. Se ha probado siguiendo los estándares IEC e IEEE, e incluso ha pasado los fuertes requisitos sísmicos del IEEE 693 para 1g. La primera subestación blindada de esta tecnología de 145 kV se instaló el año pasado en Noruega. Y se han pedido 130 en todo el mundo.

En definitiva, los productos de alta tensión basados en interruptores de vacío y aire limpio cumplen con los estrictos criterios para ser marcados como ‘azul’ y ofrecen muchas ventajas técnicas, son sostenibles y altamente fiable con excelente estabilidad a largo plazo. Además, no contienen gases fluorados, no hay emisiones de gases de efecto invernadero durante la operación ni en todos los demás procesos de manipulación, como el mantenimiento o el reciclaje. Del mismo modo, utilizan materiales respetuosos con el medio ambiente y permiten unos costes de operación, mantenimiento y reciclaje más bajos.

Asimismo, la experiencia operativa con productos de transmisión ‘Blue’ revela un manejo rápido y eficaz in situ, así como una elevada fiabilidad. La experiencia en aislamiento de aire limpio y tecnología de conmutación de vacío es la base para los desarrollos de productos en curso y ampliar la gama de productos de alta tensión. Se está ejecutando el desarrollo de unidades de interruptor de vacío hasta 245 kV y 63 kA. Los prototipos fueron presentados en el Congreso de Cigre de 2018 en París. Este interruptor de vacío será la base para disyuntores de un solo interruptor y GIS de hasta 245 kV y hasta 420 y 550 kV como diseño de doble interruptor. En 2019 se hizo el primer pedido para 420 kV limpio de fluoductos blindados; su realización está prevista para 2022 en Alemania.

Los operadores de sistemas de transmisión de todo el mundo están instalando esta tecnología para los productos de transmisión de energía del siglo XXI, y es que 120 ya están en funcionamiento, y se han pedido más de 1.100. Sin lugar a duda el ‘azul’ cobrará un protagonismo aún mayor en los próximos meses.