Subestaciones eléctricas en alta mar

Durante las primeras etapas del desarrollo de parques eólicos marinos, debido a la baja capacidad instalada y la pequeña distancia de transmisión a la red terrestre, no se requerían subestaciones marinas.  

Actualmente, el uso de múltiples turbinas eólicas, con varios megavatios ha levantado la necesidad de otro tipo de tecnologías para la trasmisión eléctrica. Además, los parques eólicos que están actualmente en construcción o cuya construcción está planificada, están relativamente lejos de la red terrestre y, por lo tanto, requieren una subestación costa afuera. 

Un parque eólico marino generalmente se compone de cuatro partes principales, las turbinas eólicas, la red interna, la subestación marina y la red externa. La red interna opera a voltajes medios y una subestación eleva el voltaje hasta el voltaje de transmisión. La subestación costa afuera recibe energía de las turbinas eólicas y la exporta a la red. 

Debido a las condiciones ambientales, las subestaciones en alta mar se implementan como estructuras interiores en plataformas ancladas al fondo marino. Las plataformas de subestación están diseñadas como plataformas petroleras, pero la estructura tiene algunas soluciones específicas. La plataforma está diseñada para acomodar los transformadores principales y de puesta a tierra, la celda eléctrica y otros accesorios variados. 

La estructura de la plataforma de la subestación se puede dividir en dos partes principales: 

Estructura de soporte 

Incluye la estructura de cimentación y la subestructura, con el objetivo principal de transferir las cargas desde la parte superior y la estructura de soporte al fondo del mar. 

Dependiendo de la estructura del fondo marino, se pueden distinguir dos tipos de plataformas en alta mar:

a) Plataformas fijas. 

b) Plataformas flotantes. 

Dentro de las estructuras de soporte, los sistemas operativos usualmente usan: estructuras con base de gravedad, monopiles y jackets. 

Parte superior 

Estructura en forma de caja colocada en la parte superior de la subestructura que contiene equipos eléctricos como transformadores, celdas de alta tensión y media tensión, etc. 

El diseño de la parte superior está determinado principalmente por:

a) Diseño de subestación eléctrica. 

Este diseño es el resultado del tipo de subestación eléctrica implementada en la red marina, la capacidad del parque eólico marino y los parámetros eléctricos (voltaje, tipo de corriente (CA o CC) del sistema de transmisión submarina). 

Las partes superiores de las subestaciones de CC de alto voltaje (HVDC) son generalmente más grandes que sus homólogos de CA de alto voltaje (HVAC). 

b) Requisitos adicionales, que incluyen: 

• las condiciones de funcionamiento de los equipos eléctricos (sistemas de refrigeración, espacios libres de aislamiento, etc.). 

• las condiciones de trabajo para los servicios o el personal de la subestación (salas de personal, aire acondicionado, alojamiento, etc.). 

• sistemas de seguridad, navegación, señalización y rescate (sistemas contra incendios, sistemas de rayos, evacuación, etc.). 

c) Otros factores. 

La estructura superior puede verse afectada por los requisitos del puerto debido al hecho de que la estructura superior se hace en tierra y luego se transporta a la ubicación de instalación. 

La parte superior se compone de cubiertas divididas en habitaciones y pasillos con la cubierta más baja que es la cubierta del cable, mientras que la cubierta superior aloja equipos de señalización y un helipuerto. El equipo eléctrico en las plataformas costa afuera se organiza de una de las dos formas siguientes: 

• Instalación vertical de equipos: se utiliza principalmente en subestaciones para granjas eólicas con bajas capacidades de hasta 100 MW, donde la estructura de soporte está basada en la estructuras de gravedad o en un monopile; 

• Instalación horizontal del equipo: se utiliza en subestaciones para parques eólicos con alta capacidad (superior a 100 MW), donde, debido a la cantidad y el peso de los elementos de la subestación, es necesaria una estructura de soporte de cubierta múltiple. 

Clasificación de las subestaciones en alta mar 

 Debido a sus funciones actuales y futuras, así como a la importancia de los sistemas de energía, se pueden especificar los siguientes tipos de subestaciones en alta mar: 

• Subestaciones de clientes: se utilizan para exportar energía desde un solo parque eólico. Las subestaciones de clientes son subestaciones colectoras que reciben cables de transmisión de voltaje medio (MV) que comprenden la red de cables entre turbinas del parque eólico. En una subestación del cliente, MV se transforma en alto voltaje (HV) o voltaje extra alto (EHV). A diferencia de las subestaciones típicas de generación en tierra, que están conectadas a varias otras subestaciones, el sistema de transmisión de exportación de energía de las subestaciones de clientes en alta mar se desarrolla como una línea radial conectada por medio de un cable externo. 

• Subestaciones centrales: utilizadas para la exportación de energía desde varios parques eólicos. Dos o más líneas de cable HV (o EHV) que exportan energía de parques eólicos individuales están conectadas radialmente a la subestación central. Una subestación central puede albergar transformadores que transforman HV en EHV. En consecuencia, las subestaciones centrales pueden diseñarse como subestaciones de voltaje simple o múltiple. 

• Subestaciones del sistema: tienen conexiones (a través de enlaces de cable submarino) a al menos dos subestaciones centrales offshore diferentes o al menos una conexión a una subestación central y al menos una conexión a una subestación en tierra. 

• Subestaciones de sistema central: que tienen las características de subestaciones centrales y de sistema. 

• Subestaciones de interconexión: subestaciones del sistema con enlaces directos a redes eléctricas de otros países u operadores de redes de transmisión. 

• Subestaciones de carga: forman parte de los sistemas de suministro de energía para grandes clientes ubicados en alta mar, como las plataformas de producción.