Technical-economical comparison between HVAC and HVDC floating offshore installations

This research explores the techno-economic feasibility of a comparative analysis between HVAC (High Voltage Alternating Current) and HVDC (High Voltage Direct Current) floating offshore substations. The study aims to assess the financial viability and technical performance of both transmission technologies in the context of floating offshore substations within offshore environments. By employing cost analysis models, the study evaluates and compares the actualized costs associated with both technologies under different operating scenarios. The findings reveal that, while HVAC transmission systems are more cost-effective for relatively shorter distances, their economic advantage diminishes as the distance increases. Beyond 240 km, HVDC transmission systems become more financially viable, making them the preferred choice for long-range electricity transmission. These insights play a crucial role in guiding decision-making processes for the integration of large-scale renewable energy projects, ensuring that transmission infrastructure is both cost-efficient and effective. Furthermore, a detailed assessment of transmission losses provides additional valuable insights. As illustrated in the accompanying graph, HVAC1 and HVAC2 configurations. (In the first scenario, a double-circuit transmission system with a cross-section of 1400 mm² is considered, where each circuit is capable of transmitting 500 MW over a distance of up to 90 km without requiring a compensating station. For longer distances, up to 360 km, an intermediate compensating station is placed every 90 km. Conversely, in the second scenario, a single-circuit line with a cross-section of 2000 mm² is considered, which can transmit 1000 MW over a distance of up to 100 km without the need for intermediate compensation. For longer distances, up to 300 km, an intermediate compensating station is required every 100 km. HVAC systems suffer significantly higher transmission losses compared to HVDC, particularly as the transmission distance increases. The critical breakeven points at approximately 121 km and 145 km indicate the threshold beyond which HVDC has lower energy losses than HVAC1 and HVAC2, respectively. This trend demonstrates the superior efficiency of HVDC technology in minimizing power losses over long distances, thereby reinforcing its economic and operational advantage for high-capacity, long-distance power transmission. These findings underscore the importance of carefully selecting the appropriate transmission system based on distance, cost, and efficiency, particularly in the context of modern energy infrastructure and the transition toward sustainable power generation.

Questa ricerca esplora la fattibilità tecnico-economica di un'analisi comparativa tra le sottostazioni offshore galleggianti HVAC (Alta Tensione in Corrente Alternata) e HVDC (Alta Tensione in Corrente Continua). Lo studio mira a valutare la fattibilità finanziaria e le prestazioni tecniche di entrambe le tecnologie di trasmissione nel contesto delle sottostazioni galleggianti in ambienti offshore. Attraverso l'impiego di modelli di analisi dei costi, lo studio valuta e confronta i costi effettivi associati a entrambe le tecnologie in diversi scenari operativi. I risultati rivelano che, mentre i sistemi di trasmissione HVAC sono più convenienti per distanze relativamente brevi, il loro vantaggio economico diminuisce con l'aumentare della distanza. Oltre i 240 km, i sistemi di trasmissione HVDC diventano più vantaggiosi dal punto di vista finanziario, rendendoli la scelta preferita per la trasmissione di energia elettrica a lungo raggio. Queste intuizioni svolgono un ruolo cruciale nel guidare i processi decisionali per l'integrazione di progetti di energia rinnovabile su larga scala, garantendo che le infrastrutture di trasmissione siano sia efficienti in termini di costi che efficaci. Inoltre, una valutazione dettagliata delle perdite di trasmissione fornisce ulteriori preziose intuizioni. Come illustrato nel grafico allegato, vengono considerate le configurazioni HVAC1 e HVAC2. Nel primo scenario, si prende in considerazione un sistema di trasmissione a doppio circuito con una sezione trasversale di 1400 mm², dove ogni circuito è in grado di trasmettere 500 MW su una distanza fino a 90 km senza necessità di una stazione di compensazione. Per distanze maggiori, fino a 360 km, viene collocata una stazione di compensazione intermedia ogni 90 km. Al contrario, nel secondo scenario, viene considerata una linea a circuito singolo con una sezione trasversale di 2000 mm², capace di trasmettere 1000 MW su una distanza fino a 100 km senza necessità di compensazione intermedia. Per distanze superiori, fino a 300 km, è richiesta una stazione di compensazione intermedia ogni 100 km. I sistemi HVAC soffrono di perdite di trasmissione significativamente più elevate rispetto a HVDC, in particolare con l'aumentare della distanza di trasmissione. I punti critici di pareggio a circa 121 km e 145 km indicano la soglia oltre la quale HVDC presenta perdite energetiche inferiori rispetto a HVAC1 e HVAC2, rispettivamente. Questa tendenza dimostra la superiore efficienza della tecnologia HVDC nella minimizzazione delle perdite di potenza su lunghe distanze, rafforzando così il suo vantaggio economico e operativo per la trasmissione di energia ad alta capacità e lunga distanza. Questi risultati evidenziano l'importanza di selezionare con attenzione il sistema di trasmissione appropriato in base alla distanza, ai costi e all'efficienza, soprattutto nel contesto delle moderne infrastrutture energetiche e della transizione verso la generazione di energia sostenibile.