Warum trockene Luft die beste Alternative zu SF₆-Gas in Ringkoppelanlagen ist
1. Luft- und SF₆-Gas-isolierte Ringkabelverteiler
Luft-isolierte Ringkabelverteiler integrieren hauptsächlich Lastschalter, Trennschalter oder eine Kombination aus beidem mit Erdungsfähigkeiten, die manuell oder elektrisch bedient werden können. Diese Einheiten können auch Sicherungen enthalten, um Kabel-Eingangs- und -Ausgangsleitungen zu kontrollieren. Im Gegensatz dazu verwenden SF₆-Gas-isolierte Ringkabelverteiler, oft als gasisolierte Schaltanlagen bezeichnet, SF₆-Gas zur Isolierung und Bogenlöschung aufgrund seiner hohen Dielektrizitätsstärke, seiner starken Bogenlöschfähigkeit, seiner Unbedenklichkeit für die Umwelt und seines chemischen Stabilitätsgrades, was es zu einem ausgezeichneten Medium für beide Zwecke macht.
2. Gründe für den Ersatz von SF₆-Gas durch trockene Luft
Trotz seiner Vorteile hat SF₆-Gas ein extrem hohes globales Erwärmungspotenzial (GWP), das es zu den sechs Treibhausgasen zählt, die vom Kyoto-Protokoll reguliert werden. Als Unterzeichnerstaat, der sich verpflichtet hat, Emissionen zu reduzieren, hatte China bis Ende 2019 seine Kohlenstoffintensität um 48,1% im Vergleich zum Stand von 2005 gesenkt und sein 2020-Ziel vorzeitig erreicht. Mit dem nationalen Ziel, die Kohlenstoffemissionen vor 2030 abzuschließen und vor 2060 klimaneutral zu werden, ist die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen jetzt ein wesentlicher Fokus in der zukünftigen Stromplanung. In diesem Zusammenhang dient der Ersatz von SF₆-Gas durch trockene Luft in mittelspannungstechnischen Schaltanlagen fünf entscheidenden Gründen:
2.1 Null GWP von trockener Luft
Der GWP-Index misst, wie viel ein bestimmtes Gewicht eines Treibhausgases zum globalen Erwärmungspotenzial beiträgt, verglichen mit dem gleichen Gewicht an Kohlendioxid über einen spezifischen Zeitraum. Das GWP von SF₆ beträgt 23.900-mal das von CO₂, wodurch es als eines der sechs Gase des Kyoto-Protokolls und der Europäischen Richtlinie 2003/87 wegen seines Umweltaufkommens markiert wird. Ein durchschnittlicher Lastschalter oder Leitungsschutzschalter enthält etwa 1 kg SF₆; bei einer Ausgasung würde dies umweltbezogen dem Fahren eines Autos über etwa 200.000 km entsprechen.
Angesichts der etwa 30 Millionen Schaltanlageneinheiten weltweit wird die Notwendigkeit deutlich, eine Alternative zu SF₆ zu finden. Trockene Luft, bestehend aus natürlich 21% Sauerstoff und 79% Stickstoff, bietet mit einem GWP von null eine Lösung, die Bedenken hinsichtlich der Beitragse zum globalen Erwärmungspotenzial beseitigt und sie als ideale Alternative zu SF₆ positioniert, dank ihrer klaren Umweltsicherheit und Vorteile. Eine Vergleichstabelle zwischen den Eigenschaften von SF₆ und trockener Luft ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
2.2 Trockene Luft erfordert keine Rückgewinnung oder Entsorgung
Umweltfreundliche gasisolierte Metallschaltanlagen verwenden während der Produktion und Montage kein SF₆-Gas, wodurch die Notwendigkeit von Gasrückgewinnungs- und -schutzsystemen eliminiert wird. Es ist einfach zu füllen, und seine Zersetzungsprodukte enthalten keine schädlichen Substanzen, was es umweltkonform macht. Solche Geräte verursachen während langfristiger Betriebszeiten keine Umweltverschmutzung, sind für feuchte und harte Umgebungen geeignet und pflegefrei. Im Gegensatz dazu müssen SF₆-Gasschaltanlagen das SF₆-Gas während ihres gesamten Lebenszyklus in einem geschlossenen System versiegelt halten, um Lecks zu minimieren und den Umweltimpact zu reduzieren.
Bei Wartungsarbeiten werden Gasrückgewinnungseinheiten verwendet, um das Gas vor Ort zu sammeln. Nach Reinigung, um Verunreinigungen zu entfernen, wird das Gas wiederverwendet. Allerdings kann SF₆ unter Schaltvorgängen toxische Nebenprodukte erzeugen, was gebrauchtes SF₆-Gas zu gefährlichem Sondermüll macht. Die Kosten für die Entsorgung von SF₆-Gas sind erheblich, etwa 20% des ursprünglichen Preises des Geräts. Der Einsatz von trockener Luft eliminiert vollständig die Notwendigkeit von SF₆, reduziert den Umweltimpact von Schaltanlagen signifikant und vermeidet die damit verbundenen Kosten und Prozeduren für Entsorgung und Rückgewinnung.
2.3 Trockene Luft bietet zusätzliche Vorteile für Bediener
Neue SF₆-freie Schaltanlagen, die trockene Luft verwenden, bieten zahlreiche Vorteile für Bediener: ① Sie behalten die kompakte Größe bei, die traditionelle SF₆-Geräte auszeichnet, und die Bedienung bleibt unverändert, so dass Techniker keine zusätzliche Schulung benötigen; ② Der dreipositionale Lastschalter in umweltfreundlichen gasisolierten Schaltanlagen nutzt parallele Vakuumschalttechnologie, behält die ursprünglichen dreipositionalen Bedienungsgewohnheiten bei und ermöglicht kombinierte Anwendungslösungen, die Kunden wirtschaftliche und zuverlässige Transformatorschutzlösungen bieten.
2.4 Trockene Luft schützt die Gesundheit und Sicherheit von Personen
Mittelspannungsschaltanlagen werden oft in öffentlichen Bereichen eingesetzt, daher sind Gesundheit und Sicherheit primäre Überlegungen bei der Auswahl einer SF₆-Alternative. Trockene Luft, als sichere Alternative, schützt die Öffentlichkeit vor potenziellen Gesundheits- und Sicherheitsrisiken. Sie ist völlig ungiftig, so dass selbst im Falle eines Lecks keine Gefahr für Menschen oder die Umwelt besteht. Sie stellt keine Gesundheitsrisiken für die für die Installation und Demontage Verantwortlichen dar, und es ist nicht erforderlich, strenge Handhabungsrichtlinien für die Personalsicherheit einzurichten. Im Gegensatz dazu können unbestätigte proprietäre Gase Gesundheits- und Sicherheitsrisiken darstellen.
2.5 Trockene Luft mildert regulatorische Bedenken
Viele Unternehmen setzen bedeutende Schritte, um die Treibhausgasemissionen drastisch zu reduzieren. Diese strategischen Bemühungen werden nicht nur von einem Wunsch nach größerer Nachhaltigkeit, sondern auch von starken regulatorischen Druckfaktoren getrieben. In Europa sind die Nutzung, Handhabung, Demontage, Überwachung und Inventarbuchführung von SF₆-Gas streng geregelt. In China wurden seit 2012 relevante Richtlinien und Maßnahmen eingeführt, um die Nutzung und Rückgewinnung von SF₆-Gas zu regeln. Gemäß den Standards, die von der Standardisierungsverwaltung Chinas herausgegeben wurden, sind die während der Wartung und Demontage von SF₆-Geräten erzeugten SF₆-Gasemissionen in den Umfang der Treibhausgasbilanzierung und -berichterstattung chinesischer Stromnetzunternehmen aufgenommen worden.
Angesichts der Erwartung, dass zukünftige Regulierungen immer strenger werden, ist die Annahme umweltfreundlicher Alternativprodukte, die nicht von zukünftigen regulatorischen Einschränkungen betroffen sind, eine vorsichtige Wahl, um die Betriebskontinuität sicherzustellen. Mittelspannungsschaltanlagen mit trockener Luft bieten zuverlässige Isolations- und Unterbrechungsleistung ohne Beeinträchtigung durch Umweltregulierungen oder Kohlenstoffsteuern. Als zweitgrößte Volkswirtschaft und größter Energieverbraucher der Welt spielt China eine zentrale Rolle beim globalen Energiewandel. Kürzlich hat die fünfte Plenarsitzung des 19. Zentralkomitees wichtige sozioökonomische Entwicklungsziele für die 14. Fünfjahresplanperiode Chinas vorgeschlagen, in denen ausdrücklich festgelegt wird, dass "die Energie- und Ressourcenallokation rationaler werden, die Nutzungseffizienz signifikant verbessert und die Gesamtemissionen von Hauptverschmutzungen weiter abnehmen sollen."
Zusammenfassend bietet trockene Luft als Isolationsmedium folgende Vorteile: ① umweltfreundlich und grün; ② gute Wärmeleitfähigkeit; ③ keine Ventilation oder Schutzausrüstung erforderlich während der Produktion und Wartung der Ausrüstung; ④ metallische Partikel, die während der Produktion oder Nutzung entstehen, stellen für Schaltanlagen mit trockener Luftisolierung ein minimales Risiko dar.
3 Schlussfolgerung
Die neue Art von Ringkabelverteiler verwendet trockene Luft als Isolationsmedium, ersetzt das umweltgefährdende SF₆-Gas und reduziert somit die Treibhausgasemissionen. Am Ende ihres Lebenszyklus können über 90% der Materialien recycelt werden. Die Verwendung einer leichten positiven Druckgasisolierungsmethode reduziert die Möglichkeit von Gaslecks, erhöht die Sicherheit und Zuverlässigkeit. Hochspannungskomponenten sind vollständig in einer Metallumhüllung versiegelt, was eine sichere Betrieb unter harten Umgebungsbedingungen wie hohen Höhen, extremer Kälte, Feuchtigkeit und Verschmutzung ermöglicht. Vakuumschalter und dreipositionale Isolier-/Erdungsschalter unterstützen sowohl manuelle als auch elektrische Bedienung, und die Schaltanlage verfügt über intelligente Funktionen.
Obwohl umweltfreundliche Ringkabelverteiler Fortschritte in Intelligenz, Nachhaltigkeit und Umweltschutz gemacht haben, beträgt die Isolierleistung von Stickstoff und trockener Luft unter gleichem Druck nur etwa ein Drittel der von SF₆, insbesondere bei hochspannungs-GIS-Produkten, für die bisher keine praktikable Alternative zu SF₆ gefunden wurde. Daher sind weitere Bemühungen in der Entwicklung umweltfreundlicher Gase erforderlich.
