La rivincita della corrente continua

Nel 1800 Westinghouse e Tesla ebbero la meglio su Edison dimostrando la maggiore efficienza delle reti in corrente alternata per trasmettere e distribuire l’energia elettrica sul territorio. Ma la decarbonizzazione dei sistemi elettrici riporta nuove opportunità per la corrente continua per prendersi una rivincita. All’origine di questo ritorno vi è la distribuzione geografica degli impianti a fonti rinnovabili che richiedono di veicolare l’elettricità dalle aree di produzione, diffusa e generalmente a basso carico, alle lontane aree di consumo, come i centri urbani e industriali. 6 gli obiettivi che si possono conseguire grazie a questa tecnologia.

Nel suo libro Networks of Power, T.P. Hughes descrive la guerra tra la corrente continua proposta da Edison e la corrente alternata proposta da Tesla e la vittoria di quest’ultima nella costituzione delle prime reti elettriche di trasmissione agli inizi del secolo scorso. la decarbonizzazione dei sistemi elettrici riporta nuove opportunità per la corrente continua per riprendersi una rivincita.

Lo si legge anche nell’ultimo numero di ENERGIA nell’articolo dedicato alle reti elettriche offshore: “Nel 1800 Westinghouse e Tesla ebbero la meglio su Edison dimostrando la maggiore efficienza delle reti in corrente alternata per trasmettere e distribuire l’energia elettrica sul territorio, sfruttando la semplicità con cui l’energia elet­trica può essere trasformata da un livello di tensione ad un altro. La corrente continua si è presa però, nel tempo, una parziale rivincita, specialmente in tutti quei casi dove sia necessario trasmettere lunghe distanze con linee dirette, senza di­ramazioni e trasformazioni di ten­sione. Venendo alle connessioni fra centrali offshore e la terraferma, la trasmissione della generazione sul­le lunghe distanze dal mare aperto alla costa può essere garantita dai cavi in alta tensione in corrente continua senza ulteriori apparec­chiature lungo il cammino”.

La geografia delle fonti rinnovabili è infatti un elemento non trascurabile per il futuro energetico

La geografia delle fonti rinnovabili è infatti un elemento non trascurabile per il futuro energetico. Come si può notare dalla figura (che rappresenta i potenziali e la collocazione a livello mondiale di idroelettrico, solare ed eolico) esistono varie aree del Pianeta dove si concentrano grosse quantità sfruttabili, ma in genere lontane dai centri di carico. Esiste quindi la necessità di trasferire e integrare questa produzione nei sistemi elettrici esistenti e futuri. Ebbene la corrente continua in alta tensione (High Voltage Direct Current – HVDC) e l’elettronica di potenza è la tecnologia che permette oggi questa integrazione e vediamo perché.

Prima un rapido sguardo alla tecnologia. Gli impianti in corrente continua, dopo anni di ricerche e brevetti, si sono sviluppati a partire dal dopoguerra.

L’impianto è costituito da due convertitori funzionanti da raddrizzatore e invertitore che si collegano, tramite trasformatori e apparecchiature in alta tensione, a due reti in corrente alternata in alta tensione.

6 vantaggi della tecnologia HVDC

Sei sono gli obiettivi che si conseguono mediante la tecnologia HVDC e che spiegano il suo impiego crescente e le previsioni di crescita al 2050. In particolare, consente:

1. di interconnettere reti a corrente alternata in alta tensione per interscambio di energia da fonti di energia rinnovabile
2. la trasmissione a lunga distanza di grossi quantitativi di energia
3. di attraversare lunghi tratti di mare
4. aumentare le interconnessioni tra reti elettriche esistenti
5. la realizzazione di reti magliate
6. risolvere il conflitto tra produzione rinnovabile ed aree paesaggistiche di pregio

1. Consente di interconnettere reti a corrente alternata in alta tensione (High Voltage Alternating Current – HVAC) per interscambio di energia da fonti di energia rinnovabile (FER).

Mediante due convertitori affacciati direttamente tra loro (BackToBack) consente il collegamento di reti in corrente alternata non sincrone tra loro (ad es. la prima a 50 hZ e la seconda a 60 Hz). È stata la soluzione per garantire il collegamento delle reti AT in Giappone (dove esistono per motivi storici due reti a frequenza diversa), ha consentito il graduale obiettivo di una rete asincrona nazionale in India, ha permesso di connettere provvisoriamente la rete dell’Europa Occidentale con la rete dell’Est Europeo nel 1990.

Nel 2019 è stata inaugurata la più lunga linea aerea in corrente continua

2. Consente la trasmissione a lunga distanza di grossi quantitativi di energia in quanto i costi di installazione della HVDC sono compensati dalle minori perdite (Breakeven point intorno a 600-800 km).

La rivincita della tecnologia HVDC è già in atto. Nel 2019 è stata inaugurata la più lunga linea aerea in corrente continua: Changji-Guquan in Cina, 3.324 km a 1100 kV che consente di trasferire 12.000 MW dallo Xinjiang (regione ricca di centrali a carbone e di impianti eolici) ad Anhui e che fa parte della iniziativa cinese sulla “Global Energy Interconnection”.

Sono inoltre in corso di attuazione progetti che prevedono di connettere grandi parchi solari, di norma in regioni con basso carico a lontane aree urbane con carico elevato. Alcuni esempi:

– Cile: collegamento a 600 kV -2000 MW tra Kimal (Nord del Cile dove saranno localizzati impianti solari ed eolici) a Lo Aguirre (vicino alla capitale Santiago) di 1.500 km che attraversa territori in altitudine e ad alta sismicità;

– Etiopia-Kenya: progetto in corso di ultimazione volto a trasferire energia da fonte idroelettrica a 500 kV – 2.000 MW tra Sodo (Etiopia) e Suswa (Kenya) lungo 1.045 km.

– India: progetti UHVDC (800 kV) destinati a convogliare dalla regione Nord Orientale dell’India ricca di centrali idroelettriche poste sul fiume Brahmaputra oltre 30 GW verso le Regioni Meridionali e Occidentali (dove si trovano le principali città indiane).

580 km il collegamento marino più lungo (tra Norvegia e Olanda)

3. Poter attraversare lunghi tratti di mare, al contrario della CA che ha limitazioni dettate dalla necessità di compensare la capacità dei cavi in CA.

Tipici sono gli impianti HVDC realizzati in Italia tra il 1967 e il 2019: SACOI 200 kV-300 MW (Sardegna-Corsica-Toscana), GRITA 400 kV- 500 MW (Grecia-Italia), SAPEI 500 kV-2000 MW (Sardegna-Lazio, il record della massima profondità di posa dei cavi: 1.650 metri). Il collegamento marino più lungo (580 km) è il NORNED 450kV-700 MW tra Norvegia e Olanda.

4. Aumentare le interconnessioni tra reti elettriche esistenti, sia Sistemi Multiterminale sia reti miste (ibride) in Corrente Alternata e Corrente Continua. Questo processo è in corso sia in Cina che in India.

Le reti magliate permettono di collegare tra loro diverse pale eoliche marine

5. Consente, con l’uso dei Convertitori di ultima generazione (tipo VSC), la realizzazione di reti magliate che permettono, ad esempio, di collegare tra loro diverse pale eoliche marine (offshore wind) e trasmettere su terra ferma la loro produzione.

Questo è il caso degli impianti eolici offshore realizzati e programmati nel Mare del Nord per complessivi 37 GW tra il 2020 e il 2030.

Occorre infine riflettere – e siamo al 6° obiettivo – anche sulla principale esternalità negativa che le centrali FER hanno rispetto alle centrali termiche a fonti fossili: il consumo di territorio (specie per solare ed eolico). Anche sotto questo profilo le linee ad alta tensione in CC possono giocare un ruolo rilevante, in quanto possono mettere in collegamento in maniera efficiente le grandi aree ad elevato potenziale energetico ma a  bassa valenza agro-paesaggistica (come i deserti) con le grandi aree di consumo senza inficiare Stati o regioni dove invece il territorio è elemento significativo. Ma per risolvere questa criticità è essenziale un elevato livello di cooperazione internazionale, non privo di criticità di altra natura: non tecnica ma politica.

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Massimo Rebolini è Presidente di CIGRE Italia e membro onorario CIGRE Parigi

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Su reti elettriche leggi anche:
Reti elettriche offshore: così lontane, così vicine, di Redazione, 14 Giugno 2021
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Rete di distribuzione: una disamina a tutto tondo, di Redazione, 24 Marzo 2021

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