Offshore wind farm grid connections and HVDC configurations

In the last decades, technologies related to renewable energy have experienced an important growth, due to the environmental concerns and the increase of energy demand. Among various types of renewable energy resources, wind power has become one of the most attractive in terms of development projects in all over the world. Lately, because of the lack of onshore sites and visual and noise nuisances, the development of offshore wind farms accelerated. Traditionally, an Alternative Current (AC) collector scheme collects energy from the wind farm and step up the voltages by power transformers and transmit power via AC submarine cables to the onshore substation [20]. However, since the large scale offshore wind farms are planned to be installed far away from the shore, High Voltage Direct Current (HVDC) transmission is needed, because when the distances are greater the AC transmission of bulk power from the wind farm to the onshore grid via undersea cables is not viable due the reactive power issues. In this thesis, primary focus is on offshore wind farms grid connection technologies, mainly about HVDC transmission. Both the most important HVDC projects in Italy and Supergrid (electricity highway) which is sharing the renewable energy sources within the European electricity supply, have been introduced. Rapid increase in the application of HVDC transmission has led to concerns about the impact of control interactions between converters and their influence on the system stability. The network codes for grid connection define the minimum performance capabilities in context of cross border implications for all classes of new grid connections [21]. The last objective of this thesis is analyzing the offshore wind farms economically.

Negli ultimi decenni le tecnologie legate alle energie rinnovabili hanno vissuto una importante crescita grazie all’incremento della richiesta energetica e all’importanza assunta dalle questioni di carattere ambientale. Tra I vari tipi di fonti di energia rinnovabile, quella eolica è divenuta a livello globale una delle più interessanti in termini di progetti di sviluppo. Negli ultimi anni, a causa della scarsità di siti continentali e di inconvenienti di tipo acustico ed estetico, lo sviluppo di parchi eolici offshore, o offshore wind farms ha subito un’accelerazione. Tradizionalmente, un collettore a corrente alternate immagazzina energia dagli impianti eolici e ne aumenta il voltaggio per mezzo di trasformatori, per poi trasferire la energia elettrica sottoforma di corrente alternata attraverso cavi sottomarini fino alle sottostazioni sulla terraferma [20]. Tuttavia, date le importanti dimensioni, le offshore wind farms sono pensate per essere installate a grande distanza dalla costa, pertanto si rivela necessaria una trasmissione ad alto voltaggio di corrente continua, o High Voltage Direct Current (HVDC). A causa della grande distanza infatti la trasmissione massiccia di energia per mezzo di corrente continua si rivela impraticabile a causa di problemi legati alla potenza reattiva. In questa tesi l’argomento principale riguarda le tecnologie di collegamento alla rete elettrica delle offshore wind farms, principalmente attraverso trasmissione HVDC. Sono introdotti sia i più importanti progetti HVDC in Italia, sia la Supergrid (autostrada elettrica) che permette la condivisione delle fonti di energia rinnovabile all’interno della produzione elettrica Europea. Il rapido incremento dell’utilizzo della trasmissione HVDC ha portato a preoccupazioni circa l’impatto del controllo delle interazioni tra i convertitori e la loro influenza sulla stabilità globale del sistema. I codici di rete per le connessioni alla rete elettrica definiscono le minime capacità di performance nel contesto di interscambio tra stati per tutte le classi di nuove connessioni alla rete elettrica [21]. L’ultimo obiettivo della tesi è un’analisi economica delle offshore wind farms.