Perché l'aria asciutta è la migliore alternativa al gas SF₆ nelle unità a anello principale

1. Unità di anello ad isolamento ad aria e ad isolamento a gas SF₆

Le unità di anello ad isolamento ad aria integrano principalmente interruttori di carico, disgiuntori o una combinazione di entrambi con capacità di messa a terra, operati manualmente o elettricamente. Queste unità possono anche incorporare fusibili per controllare le linee di ingresso e uscita dei cavi. Viceversa, le unità di anello ad isolamento a gas SF₆, comunemente note come apparecchiature di commutazione ad isolamento a gas, utilizzano il gas SF₆ per l'isolamento e la spegnimento dell'arco a causa della sua elevata resistenza dielettrica, potente capacità di spegnimento dell'arco, non tossicità e stabilità chimica, rendendolo un eccellente mezzo per entrambi gli scopi.

2. Motivi per sostituire il gas SF₆ con aria secca

Nonostante i suoi vantaggi, il gas SF₆ ha un potenziale di riscaldamento globale (GWP) estremamente elevato, classificandolo tra i sei gas serra regolamentati dal Protocollo di Kyoto. Come paese firmatario impegnato a ridurre le emissioni, la Cina aveva ridotto l'intensità di carbonio del 48,1% rispetto ai livelli del 2005 entro la fine del 2019, raggiungendo il suo obiettivo del 2020 in anticipo. Con l'obiettivo nazionale di far raggiungere al picco delle emissioni di carbonio prima del 2030 e di conseguire la neutralità del carbonio prima del 2060, la riduzione delle emissioni di carbonio è ora un focus critico nella pianificazione futura del settore energetico. In questo contesto, la sostituzione del gas SF₆ con aria secca nelle apparecchiature di commutazione a media tensione serve cinque motivi chiave:

2.1 GWP zero dell'aria secca

L'indice GWP misura quanto una determinata massa di un gas serra contribuisca al riscaldamento globale rispetto alla stessa massa di anidride carbonica in un periodo specifico. Il GWP del SF₆ è 23.900 volte quello del CO₂, classificandolo come uno dei sei gas bersaglio del Protocollo di Kyoto e della Direttiva europea 2003/87 a causa del suo impatto ambientale. Un compartimento medio di interruttore di carico o interruttore circuito contiene circa 1 kg di SF₆; se fuoriuscisse, questo equivalrebbe a guidare un'auto per circa 200.000 km in termini di danno ambientale.

Considerando che esistono circa 30 milioni di apparecchiature di commutazione a livello globale, diventa evidente la necessità di trovare un'alternativa al SF₆. Con un GWP pari a zero, l'aria secca - composta naturalmente da 21% di ossigeno e 79% di azoto - offre una soluzione che elimina preoccupazioni riguardanti i contributi al riscaldamento globale, posizionandola come il sostituto ideale per il SF₆ a causa della sua sicurezza e benefici ambientali evidenti. Un confronto tra le proprietà del SF₆ e dell'aria secca è riassunto nella Tabella 1.

2.2 L'aria secca non richiede recupero o smaltimento

Le apparecchiature di commutazione metalliche ad isolamento a gas ecologiche non utilizzano gas SF₆ durante la produzione e l'assemblaggio, eliminando la necessità di sistemi di recupero e protezione del gas. È facile da riempire e i prodotti di decomposizione non contengono sostanze nocive, rendendola conforme agli standard ambientali. Tale attrezzatura non causa inquinamento ambientale durante l'operazione a lungo termine, è adatta a ambienti umidi e aspri e non richiede manutenzione. Al contrario, le apparecchiature di commutazione a gas SF₆ devono mantenere il gas SF₆ sigillato in un sistema chiuso durante l'intero ciclo di vita per minimizzare le fuoriuscite e ridurre l'impatto ambientale.

Quando è necessaria la manutenzione, vengono utilizzate unità di recupero del gas per raccogliere il gas sul posto. Dopo la purificazione per rimuovere le impurità, il gas viene riutilizzato. Tuttavia, durante le operazioni di commutazione, il SF₆ può produrre sottoprodotti tossici, classificando il gas SF₆ usato come rifiuto pericoloso. Il costo dello smaltimento del gas SF₆ è significativo, circa il 20% del prezzo originale dell'attrezzatura. L'utilizzo dell'aria secca elimina completamente la necessità del SF₆, riducendo notevolmente l'impatto ambientale delle apparecchiature di commutazione e evitando i costi e le procedure associate allo smaltimento e al recupero.

2.3 L'aria secca offre ulteriori vantaggi per gli operatori

Le nuove apparecchiature di commutazione senza SF₆ che utilizzano aria secca offrono numerosi vantaggi per gli operatori: ① mantiene la dimensione compatta per cui le apparecchiature tradizionali a SF₆ sono apprezzate, e il metodo di funzionamento rimane invariato, quindi i tecnici non richiedono formazione aggiuntiva; ② l'interruttore di carico a tre posizioni nelle apparecchiature di commutazione ad isolamento a gas ecologiche utilizza la tecnologia di interruzione a vuoto parallela, mantenendo le abitudini operative originali a tre posizioni e consentendo soluzioni di dispositivi combinati, offrendo ai clienti una protezione trasformatrice economica e affidabile.

2.4 L'aria secca protegge la salute e la sicurezza del personale

Le apparecchiature di commutazione a media tensione vengono spesso utilizzate in aree pubbliche, quindi salute e sicurezza sono considerazioni primarie nella scelta di un'alternativa al SF₆. L'aria secca, come sostituto sicuro, protegge il pubblico da potenziali rischi per la salute e la sicurezza. È completamente non tossica, quindi anche in caso di fuoriuscita, non rappresenta alcun pericolo per le persone o l'ambiente. Non presenta rischi per la salute del personale responsabile dell'installazione e dello smantellamento, e non è necessario stabilire regolamenti rigorosi per la manutenzione dell'attrezzatura per la sicurezza del personale. In contrasto, i gas proprietari non verificati possono presentare rischi per la salute e la sicurezza.

2.5 L'aria secca allevia le preoccupazioni normative

Molte aziende stanno intraprendendo passi significativi per ridurre drasticamente le emissioni di gas serra. Questi sforzi strategici sono motivati non solo dal desiderio di maggiore sostenibilità, ma anche da forti pressioni normative. In Europa, l'uso, la manutenzione, lo smantellamento, il monitoraggio e la tenuta di registri inventariali del gas SF₆ sono regolamentati in modo rigoroso. In Cina, sono state introdotte politiche e misure pertinenti dal 2012 per regolare l'uso e il recupero del gas SF₆. Secondo gli standard emessi dall'Amministrazione Standardizzazione della Cina, le emissioni di gas SF₆ generate durante la manutenzione e lo smantellamento delle apparecchiature a SF₆ sono state incluse nel campo di contabilizzazione e reporting dei gas serra per le imprese della rete elettrica cinese.

Date le aspettative di regolamentazioni future sempre più stringenti, l'adozione di prodotti alternativi ecologici che non siano soggetti a vincoli normativi futuri è una scelta prudente per assicurare la continuità operativa. Le apparecchiature di commutazione a media tensione ad aria secca offrono prestazioni di isolamento e interruzione affidabili senza essere influenzate da regolamentazioni ambientali o tasse sul carbonio. Come seconda economia mondiale e il più grande consumatore di energia, la Cina svolge un ruolo cruciale nella transizione energetica globale. Recentemente, la Quinta Sessione Plenaria del 19° Comitato Centrale ha proposto obiettivi chiave di sviluppo socio-economico per il periodo del 14° Piano Quinquennale della Cina, affermando esplicitamente che "l'allocazione delle risorse energetiche dovrebbe diventare più razionale, l'efficienza di utilizzo dovrebbe migliorare significativamente e le emissioni totali di principali inquinanti dovrebbero continuare a diminuire."

In sintesi, l'aria secca come mezzo di isolamento offre i seguenti vantaggi: ① ecologica e verde; ② buona conduttività termica; ③ non richiede ventilazione o attrezzature protettive durante la produzione e la manutenzione dell'attrezzatura; ④ le particelle metalliche generate durante la produzione o l'uso rappresentano un minimo pericolo per le apparecchiature di commutazione ad aria secca.

3 Conclusione

Il nuovo tipo di unità di anello utilizza aria secca come mezzo di isolamento, sostituendo il gas SF₆ dannoso per l'ambiente, riducendo così le emissioni di gas serra. Alla fine del suo ciclo di vita, oltre il 90% dei materiali può essere riciclato. L'impiego di un metodo di isolamento a gas a leggera pressione positiva riduce la possibilità di fuoriuscite, migliorando la sicurezza e l'affidabilità. I componenti ad alta tensione sono completamente sigillati all'interno di un involucro metallico, garantendo un funzionamento sicuro in ambienti aspri come quote elevate, freddo intenso, umidità e inquinamento. Gli interruttori a vuoto e gli interruttori di isolamento/messa a terra a tre posizioni supportano sia l'operazione manuale che elettrica, e le apparecchiature di commutazione presentano funzionalità intelligenti.

Sebbene le unità di anello ecologiche abbiano fatto progressi in termini di intelligenza, sostenibilità e protezione ambientale, le prestazioni di isolamento dell'azoto e dell'aria secca alla stessa pressione sono solo circa un terzo di quelle del SF₆, in particolare nei prodotti GIS ad alta tensione, dove non è ancora stato trovato un sostituto fattibile per il SF₆. Pertanto, sono necessari ulteriori sforzi nello sviluppo di gas ecologici.