Línea de trasmisión a baja frecuencia para granja eólica offshore en el Atlántico

Abstract

En el marco de la transición energética en Colombia, se identificó la falta de infraestructura para interconectar una granja eólica offshore en el Atlántico con el Sistema Interconectado Nacional (SIN), lo cual limita el aprovechamiento del potencial renovable de la región Caribe. Este proyecto tuvo como objetivo diseñar una solución técnica basada en la transmisión en corriente alterna de baja frecuencia (LFAC), que permita transportar eficientemente 960 MW de potencia desde el parque eólico hasta la subestación Sabanalarga 500 kV. Se desarrolló un sistema que integra línea submarina y aérea, subestación de transición y conversión back-to-back modular multinivel, operando a 20 Hz. El diseño consideró normativas nacionales (Creg 025, RETIE) e internacionales (IEEE 738, IEC 60865-1), así como restricciones ambientales, sociales y económicas. Se evaluaron tres alternativas y se seleccionó aquella que cumplía con criterios de eficiencia, viabilidad técnica y regulatoria. La solución se validó mediante simulaciones en Simulink y Python, evaluando eficiencia, regulación y desbalance de tensión, obteniendo una eficiencia del 95,8 %, desbalance de 0,0231 % y regulación de 3,77 %, todos dentro de los límites normativos. Se concluye que el sistema completo diseñado, incluyendo infraestructura, esquema de control y estrategia de transmisión, es técnica y económicamente viable. El análisis económico arrojó un Valor Presente Neto de 350 millones de dólares, con retorno de la inversión a partir del séptimo año. Se recomienda avanzar en estudios bajo condiciones no ideales (fallas monofásicas, generación distribuida asimétrica y cargas desbalanceadas), analizar la respuesta dinámica del sistema, evaluar esquemas de compensación reactiva, considerar fuentes complementarias como la energía undimotriz y explorar frecuencias operativas intermedias mediante optimización multiobjetivo.

Within the framework of the energy transition in Colombia, a lack of infrastructure was identified to interconnect an offshore wind farm in the Atlantic with the National Interconnected System (SIN), which limits the usage of the Caribbean region’s renewable potential.

This project aimed to design a technical solution based on Low-Frequency Alternating Current (LFAC) transmission, enabling the efficient transport of 960 MW of power from the wind farm to the 500 kV Sabanalarga substation. A system was developed that integrates a submarine and overhead line, a transition substation, and a modular multilevel back-to-back converter, operating at 20 Hz.

The design took into account national regulations (Creg 025, RETIE) and international standards (IEEE 738, IEC 60865-1) as well as environmental, social, and economic constraints. Three alternatives were evaluated, and the one that met efficiency, technical, and regulatory feasibility criteria was selected.

The solution was validated through simulations in Simulink and Python, assessing efficiency, voltage regulation, and unbalance. The results showed an efficiency of 95.8%, a voltage unbalance of 0.0231%, and a regulation of 3.77%, all within regulatory limits.

It is concluded that the complete system design, including infrastructure, control scheme, and transmission strategy, is technically and economically viable. The economic analysis yielded a Net Present Value (NPV) of 350 million USD, with a return on investment starting in the seventh year.

Further studies are recommended under non-ideal conditions such as single-phase faults, asymmetric distributed generation, and unbalanced loads. Additionally, it is advisable to analyze the system’s dynamic performance, evaluate reactive power compensation options, consider complementary sources like wave energy, and explore intermediate operating frequencies through multi-objective optimization.