На протяжении десятилетий SF6 использовался в распределительных устройствах в качестве изоляционного материала и среды отключения тока.
30 сентября 2020 года ЕС выпустил отчет (1), в котором излагаются альтернативы гексафториду серы (SF6, элегазу) для использования в распределительных устройствах и связанном с ними оборудовании. В отчете также рассматриваются вопросы влияния на рынок и связанные с этим затраты. Это последние рекомендации по поэтапному отказу от SF6 в рамках ЕС (2) и сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) на две трети с 2014 по 2030 год.
Элегаз используется в распределительных устройствах в качестве изоляционного материала на притяжение многих десятилетий, демонстрируя отличные электрические свойства, которые помогают предотвращать короткое замыкание и аварийные ситуации. Он широко используется в оборудовании передачи и распределения высокого напряжения (HV) и среднего напряжения (MV), от крупных электростанций до ветряных турбин и подстанций.
Запрет на SF6 в энергетическом секторе отстает от других отраслей промышленности. Это объяснялось отсутствием альтернатив, но теперь ситуация изменилась: несколько производителей распределительных устройств инвестировали значительные средства в проекты без SF6 для среднего и высокого напряжения.
Экологические проблемы.
Отчет ЕС за сентябрь 2020 года является частью пересмотра Регламента по выбросам фторсодержащий газов и находится на стадии общественных консультаций (3) до конца декабря 2020 года, а принятие его Комиссией ЕС запланировано на четвертый квартал 2021 года. Ранее влияние SF6 на окружающую среду рассматривалось в Киотском протоколе (4).С учетом потенциала глобального потепления (ПГП) 23 500 SF6 считается самым агрессивным парниковым газом. Недавнее исследование Университета Антверпена (5) предполагает, что регистрируемые выбросы SF6 занижены, также в нем указывается прогноз потенциальной экономии в эквиваленте CO2 при поэтапном отказе от SF6 на примере распределительного устройства с газовой изоляцией (GIS) на 145 кВ.
Альтернативы.
На оценку и внедрение альтернатив SF6 уйдет несколько лет. Необходимо найти решение, которое соответствует традиционным характеристикам SF6 и отвечает экологическим требованиям. Сегодня существуют три основных альтернативных подхода к замене SF6: на основе изоляционного газа 3M Novec 5110, который представляет собой C5-фторкетон; на основе 3M Novec 4710, который представляет собой C4-фторнитрил; и на основе сухого воздуха в сочетании с вакуумным прерывателем. Эти подходы описываются в отчете ЕС, а также в другом отчете, опубликованном в феврале 2020 года T&D Europe (6), Европейской ассоциацией оборудования для передачи и распределения электроэнергии.
Основные этапы на практике.
В Европейском регионе зарегистрировано уже множество альтернативных установок. Например, смеси Novec ™ 5110 с сухим воздухом эксплуатируются в первичных сетях среднего напряжения с 2016 года и в настоящее время доступны для напряжений до 40,5 кВ. Другие решения без SF6 на основе фильтрованного воздуха (12-24 кВ) или газов природного происхождения (12 кВ) были опробованы только в 2020 г.
Во вторичных кольцевых главных установках (RMU) смеси Novec 5110 / воздух эксплуатируются в RMU 24 кВ с 2016 г. ЕАП с фильтрованным воздухом на 12 кВ и 24 кВ были опробованы в 2020 году, а ЕА на 12 кВ с газами природного происхождения находятся в эксплуатации с 2019 года.
В высоковольтных КРУЭ на 170 кВ с газовой изоляцией (ГИС) на основе смеси Novec 5110 с CO2 и O2 стала первой альтернативой SF6, установленной в КРУЭ высокого напряжения, расположенном в Цюрихе в 2015 году. КРУЭ с использованием смеси Novec 4710, CO2 и O2 впервые была установлена в КРУЭ на 145 кВ в 2017 году и в настоящее время используется на 15 объектах, всего 100 отсеков. КРУЭ на 72,5 и 145 кВ с использованием синтетического воздуха в качестве изоляционной среды вместе с вакуумным выключателем для отключения цепи доступны с 2016 года.
Производители КРУ расширяют границы.
Производители распределительных устройств, стоящие за этими альтернативами откликнулись на «дорожную карту» ЕС по пересмотру фторсодержащих газов (7) с подробными предложениями по поэтапному отказу от SF6.
Кроме того, некоторые производители уже опубликовали свои планы развития или цели по расширению своего портфеля продуктов, не содержащих SF6.
GE Grid Solutions использует газовую смесь на основе изоляционного газа 3M Novec 4710 в своей технологии g3 (произносится как «g в кубе»). GE объявила о дорожной карте g3 (8) до 2025 года, чтобы расширить свой портфель продуктов без SF6 до 420 кВ, который также включает проект, финансируемый EU Life (9).
AirPlus представляет собой газовую смесь с использованием изоляционного газа Novec 5110 от 3M, которая используется ABB в оборудовании среднего напряжения и Hitachi ABB Power Grids в оборудовании высокого напряжения. Компания ABB (10) также объявила о своей цели, согласно которой до 90% вариантов ее портфеля КРУЭ будут свободны от SF6. Hitachi ABB Power Grids (11) совместно с немецкой энергетической компанией TransnetBW (12) осуществляет текущий проект по модернизации подстанции на 380 кВ с помощью экологически эффективной технологии без элегаза.
Другие производители распределительных устройств, такие как Siemens Energy (13) и Schneider Electric (14), сделали аналогичные заявления о расширении своего портфеля продуктов, не содержащих SF6.
Это лишь некоторые достижения по замене SF6на сегодняшний день. Важно помнить, что то, что может работать для одного приложения, может не подходить для другого. В отчете T&D также приводится сравнение некоторых ключевых критериев, которые следует учитывать, включая электрическую прочность, доступное напряжение, минимальную рабочую температуру, тепловыделение и площадь основания распределительного устройства с газовой изоляцией.
Независимо от выбранного подхода к замене SF6, в отчете ЕС оценивается, что - в зависимости от класса напряжения - полная коммерциализация альтернативных решений уже реальна после переходного периода от двух до пяти лет, например, для среднего напряжения и для КРУЭ высокого напряжения. до 145кВ. В отчете также оценивается потенциальное увеличение затрат и делается вывод о том, что «в целом, если альтернативы без SF6 более дорогостоящие, чем распределительные устройства, содержащие SF6, для инициирования перехода, вероятно, потребуется вмешательство политиков».
Тем временем производители распределительных устройств будут продолжать разработку заменителей SF6, выходящих за рамки нынешних уровней напряжения.
Ссылки:
(1) https://ec.europa.eu/clima/sites/clima/files/news/docs/c_2020_6635_en.pdf
(2) https://ec.europa.eu/clima/policies/f-gas_en
(3) https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12479-Review-of-EU-rules-on-fluorinated-greenhouse-gases
(4) https://ec.europa.eu/knowledge4policy/glossary/greenhouse-gas_en
(5) https://www.mdpi.com/1996-1073/13/7/1807
(6) https://www.tdeurope.eu/publicationss/brochures.html
(7) https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12479-Review-of-EU-rules-on-fluorinated-greenhouse-gases/feedback?p_id = 8145899
(8) https://www.gegridsolutions.com/products/reference/g3-green-gas-roadmap-brochure-en.pdf.
(9) https://ec.europa.eu/environment/life/project/Projects/index.cfm?fuseaction=search.dspPage&n_proj_id=7107
(10) https://www.youtube.com/watch?v=aS3q0Abu3u8&feature=youtu.be
(11) https://www.hitachiabb-powergrids.com/news/global-news/press-releases/abb-wins--40-million-order-for-eco-efficient-substation-in-germa
(12) https://www.transnetbw.de/de/netzentwicklung/projekte/ersatzneubau-380-kv-schaltanlage-obermooweiler
(13) https://press.siemens.com/global/en/pressrelease/siemens-retrofit-one-largest-substations-germany
(14) https://www.se.com/ww/en/about-us/newsroom/medias/files/details/schneider-electric-geared-up-for-climate-week-nyc-by-launching-an -inspiring-new-program-for-un-sdgs-and-reinforcing-ускорение-его-обязательства-для-углеродно-нейтрального-мира-sdg13-pdf-press-release-5f7200becc70471f3c428258