Pourquoi l'air sec est la meilleure alternative au gaz SF₆ dans les unités de répartition en anneau
1. Cellules de jonction à isolation par air et à isolation par gaz SF₆
Les cellules de jonction à isolation par air intègrent principalement des disjoncteurs de charge, des sectionneurs ou une combinaison des deux avec des capacités de mise à la terre, actionnés manuellement ou électriquement. Ces unités peuvent également incorporer des fusibles pour contrôler les lignes d'entrée et de sortie de câbles. En revanche, les cellules de jonction à isolation par gaz SF₆, couramment appelées postes de distribution à isolation par gaz, utilisent le gaz SF₆ pour l'isolation et l'extinction d'arc en raison de sa haute résistance diélectrique, de sa puissante capacité d'extinction d'arc, de son absence de toxicité et de sa stabilité chimique, ce qui en fait un excellent milieu pour ces deux fonctions.
2. Raisons du remplacement du gaz SF₆ par l'air sec
Malgré ses avantages, le gaz SF₆ présente un potentiel de réchauffement global (PRG) extrêmement élevé, ce qui le classe parmi les six gaz à effet de serre réglementés par le Protocole de Kyoto. En tant que signataire engagé dans la réduction des émissions, la Chine avait réduit son intensité carbone de 48,1 % par rapport au niveau de 2005 à la fin de 2019, atteignant son objectif de 2020 en avance. Avec l'objectif national de faire passer les émissions de carbone au pic avant 2030 et d'atteindre la neutralité carbone avant 2060, la réduction des émissions de carbone est désormais un élément clé de la planification future de l'énergie. Dans ce contexte, le remplacement du gaz SF₆ par l'air sec dans les équipements de moyenne tension sert cinq raisons principales :
2.1 PRG zéro de l'air sec
L'indice PRG mesure la contribution d'une masse donnée d'un gaz à effet de serre au réchauffement global comparativement à la même masse de dioxyde de carbone sur une période spécifique. Le PRG du SF₆ est 23 900 fois supérieur à celui du CO₂, ce qui en fait l'un des six gaz visés par le Protocole de Kyoto et la Directive européenne 2003/87 en raison de son impact environnemental. Un compartiment de disjoncteur de charge ou de circuit moyen contient environ 1 kg de SF₆ ; en cas de fuite, cela équivaudrait à conduire une voiture environ 200 000 km en termes de dommages environnementaux.
Compte tenu du fait qu'il y a environ 30 millions d'unités d'appareillage dans le monde, la nécessité de trouver une alternative au SF₆ devient évidente. Avec un PRG de zéro, l'air sec, composé naturellement de 21 % d'oxygène et 79 % d'azote, offre une solution qui élimine les préoccupations concernant les contributions au réchauffement global, le positionnant comme le substitut idéal au SF₆ en raison de sa sécurité environnementale évidente et de ses avantages. Une comparaison entre les propriétés du SF₆ et de l'air sec est résumée dans le Tableau 1.
2.2 L'air sec ne nécessite ni récupération ni élimination
Les équipements de moyenne tension à isolation par gaz respectueux de l'environnement n'utilisent pas de gaz SF₆ lors de la production et du montage, éliminant ainsi la nécessité de systèmes de récupération et de protection du gaz. Il est facile à remplir, et ses produits de décomposition ne contiennent aucune substance nocive, ce qui le rend conforme aux normes environnementales. Ces équipements ne causent aucune pollution environnementale pendant leur fonctionnement à long terme, sont adaptés aux environnements humides et difficiles, et ne nécessitent aucun entretien. En revanche, les équipements de moyenne tension à gaz SF₆ doivent maintenir le gaz SF₆ scellé dans un système fermé tout au long de leur cycle de vie pour minimiser les fuites et réduire l'impact environnemental.
Lorsque l'entretien est nécessaire, des unités de récupération de gaz sont utilisées pour collecter le gaz sur place. Après purification pour éliminer les impuretés, le gaz est réutilisé. Cependant, lors des opérations de commutation, le SF₆ peut produire des sous-produits toxiques, classant le gaz SF₆ utilisé comme déchet dangereux. Le coût de l'élimination du gaz SF₆ est considérable, environ 20 % du prix initial de l'équipement. L'utilisation de l'air sec élimine complètement la nécessité de SF₆, réduisant considérablement l'impact environnemental des équipements de moyenne tension et évitant les coûts et procédures associés à l'élimination et à la récupération.
2.3 L'air sec offre des avantages supplémentaires pour les opérateurs
Le nouvel équipement de moyenne tension sans SF₆ utilisant de l'air sec offre de nombreux avantages pour les opérateurs : ① Il conserve la taille compacte pour laquelle l'équipement traditionnel au SF₆ est apprécié, et la méthode d'exploitation reste inchangée, de sorte que les techniciens n'ont besoin d'aucune formation supplémentaire ; ② Le disjoncteur de charge à trois positions dans les équipements de moyenne tension à isolation par gaz respectueux de l'environnement utilise une technologie d'interruption par vide parallèle, maintenant les habitudes d'exploitation à trois positions tout en permettant des solutions combinées, offrant aux clients une protection économique et fiable des transformateurs.
2.4 L'air sec protège la santé et la sécurité du personnel
Les équipements de moyenne tension sont souvent utilisés dans des zones publiques, donc la santé et la sécurité sont des considérations primordiales lors du choix d'une alternative au SF₆. L'air sec, en tant que substitut sûr, protège le public des risques potentiels pour la santé et la sécurité. Il est complètement non toxique, de sorte qu'en cas de fuite, il ne présente aucun danger pour les personnes ou l'environnement. Il ne présente pas de risques pour la santé du personnel responsable de l'installation et du démantèlement, et il n'est pas nécessaire d'établir des règles strictes de manipulation de l'équipement pour la sécurité du personnel. En revanche, les gaz propriétaires non vérifiés peuvent présenter des risques pour la santé et la sécurité.
2.5 L'air sec atténue les préoccupations réglementaires
De nombreuses entreprises prennent des mesures importantes pour réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre. Ces efforts stratégiques sont motivés non seulement par un souhait de plus grande durabilité, mais aussi par des pressions réglementaires fortes. En Europe, l'utilisation, la manipulation, le démantèlement, la surveillance et la tenue de registres d'inventaire du gaz SF₆ sont strictement réglementés. En Chine, des politiques et mesures pertinentes ont été introduites depuis 2012 pour réglementer l'utilisation et la récupération du gaz SF₆. Selon les normes émises par l'Administration de la Standardisation de Chine, les émissions de gaz SF₆ générées lors de l'entretien et du démantèlement des équipements SF₆ ont été incluses dans le périmètre de comptabilisation et de déclaration des gaz à effet de serre pour les entreprises de réseau électrique chinoises.
Face à l'attente de réglementations futures de plus en plus strictes, l'adoption de produits alternatifs respectueux de l'environnement qui ne sont pas soumis à des contraintes réglementaires futures est un choix prudent pour assurer la continuité des opérations. Les équipements de moyenne tension à isolation par air sec offrent une performance d'isolation et d'interruption fiable sans être affectés par les réglementations environnementales ou les taxes carbone. En tant que deuxième économie mondiale et plus grand consommateur d'énergie, la Chine joue un rôle pivot dans la transition énergétique mondiale. Récemment, la cinquième session plénière du 19e Comité central a proposé des objectifs clés de développement socio-économique pour la période du 14e Plan quinquennal, affirmant explicitement que "la distribution des ressources énergétiques doit devenir plus rationnelle, l'efficacité de l'utilisation doit s'améliorer de manière significative, et les émissions totales des principaux polluants doivent continuer à diminuer."
En résumé, l'air sec en tant que milieu isolant offre les avantages suivants : ① écologique et vert ; ② bonne conductivité thermique ; ③ pas besoin de ventilation ou d'équipement de protection lors de la production et de l'entretien de l'équipement ; ④ les particules métalliques générées lors de la production ou de l'utilisation présentent un risque minimal pour les équipements de moyenne tension à isolation par air sec.
3 Conclusion
Le nouveau type de cellule de jonction utilise de l'air sec comme milieu isolant, remplaçant le gaz SF₆ nuisible à l'environnement, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. À la fin de son cycle de vie, plus de 90 % des matériaux peuvent être recyclés. L'utilisation d'une méthode d'isolation par gaz légèrement sous pression positive réduit la possibilité de fuite de gaz, améliorant la sécurité et la fiabilité. Les composants haute tension sont complètement scellés dans un boîtier métallique, assurant un fonctionnement sûr dans des environnements difficiles tels que les hautes altitudes, le froid intense, l'humidité et la pollution. Les disjoncteurs à vide et les sectionneurs de mise à la terre à trois positions supportent l'opération manuelle et électrique, et l'équipement dispose de capacités intelligentes.
Bien que les cellules de jonction respectueuses de l'environnement aient progressé en matière d'intelligence, de respect de l'environnement et de protection, la performance d'isolation de l'azote et de l'air sec sous la même pression n'est que d'environ un tiers de celle du SF₆, en particulier dans les produits GIS haute tension, où aucune alternative viable au SF₆ n'a encore été trouvée. Par conséquent, des efforts supplémentaires sont nécessaires dans le développement de gaz respectueux de l'environnement.
