ドライエアがリングメインユニットにおけるSF₆ガスの最良の代替品である理由

1. 空気絶縁型およびSF₆ガス絶縁型リングメインユニット

空気絶縁型リングメインユニットは主に、接地機能を備えた負荷遮断スイッチや分離器、または両者の組み合わせを手動または電動で操作する。これらのユニットには、ケーブルの入出力線を制御するためのヒューズも含まれることがある。一方、SF₆ガス絶縁型リングメインユニットは一般的にガス絶縁スイッチギアと呼ばれ、その高い誘電強度、強力な消弧能力、無毒性、化学的安定性により、絶縁と消弧の両方のためにSF₆ガスを使用している。

2. SF₆ガスを乾燥空気に置き換える理由

その利点にもかかわらず、SF₆ガスは非常に高い地球温暖化係数（GWP）を持ち、京都議定書で規制されている6つの温室効果ガスの一つである。中国は排出削減に取り組む署名国であり、2019年末までに2005年比で炭素密度を48.1％削減し、2020年の目標を前倒しで達成した。国家目標として2030年までに炭素排出量のピークアウトを達成し、2060年までに炭素中立を目指しており、今後の電力計画において炭素排出量の削減が重要な焦点となっている。この文脈では、中圧スイッチギアでSF₆ガスを乾燥空気に置き換えることが以下の5つの主要な理由から行われている：

2.1 乾燥空気のGWPはゼロ

GWP指数は、特定の期間内における一定質量の温室効果ガスが、同じ質量の二酸化炭素と比較して地球温暖化にどれだけ貢献するかを測定するものである。SF₆のGWPはCO₂の約23,900倍であり、その環境影響により京都議定書と欧州指令2003/87で対象とされている6つのガスの一つである。平均的な負荷スイッチまたは回路遮断器コンパートメントには約1kgのSF₆が含まれており、これが漏れると、環境被害としては車を約20万km運転したのと同じになる。

世界中には約3000万台のスイッチギアユニットがあり、SF₆の代替品を見つける必要性が明らかとなる。GWPがゼロの乾燥空気は、自然に21%の酸素と79%の窒素で構成されており、地球温暖化への貢献に関する懸念を解消し、環境安全と利点からSF₆の理想的な代替品となる。SF₆と乾燥空気の特性の比較は表1にまとめられている。

2.2 乾燥空気は回収や廃棄が不要

環境に優しいガス絶縁金属密閉型スイッチギアは、生産と組立時にSF₆ガスを使用せず、ガス回収と保護システムの必要性がなくなる。充填が容易であり、分解生成物には有害な物質が含まれていないため、環境基準に適合している。このような設備は長期運用中に環境汚染を引き起こさず、湿った環境や厳しい環境でも適応でき、メンテナンスフリーである。一方、SF₆ガススイッチギアは、ライフサイクル全体を通じてSF₆ガスを密閉システムに密封し、漏れを最小限に抑え、環境影響を減らす必要がある。

メンテナンスが必要な場合、ガス回収装置を使用して現場でガスを集める。不純物を取り除くために浄化された後、ガスは再利用される。しかし、切り替え操作中にSF₆は有毒な副生成物を生成し、使用済みのSF₆ガスは有害廃棄物に分類される。SF₆ガスの廃棄コストは、設備の元価格の約20%と高額である。乾燥空気を使用することで、SF₆の必要性が完全に排除され、スイッチギアの環境影響が大幅に減少し、廃棄と回収に関連するコストと手続きを避けることができる。

2.3 乾燥空気はオペレータにとって追加の利点を提供する

新しいSF₆フリーのスイッチギアは、乾燥空気を使用して多くの利点をオペレータに提供する：①従来のSF₆設備が評価されているコンパクトなサイズを維持し、操作方法は変わらないため、技術者には追加の訓練が不要である；②環境に優しいガス絶縁スイッチギアの三位置負荷スイッチは、並列真空遮断技術を使用し、従来の三位置操作習慣を維持しながら、組み合わせた機器ソリューションを可能にし、顧客に経済的かつ信頼性の高い変圧器保護を提供する。

2.4 乾燥空気は人的健康と安全を保護する

中圧スイッチギアは公共エリアでよく使用されるため、SF₆の代替品を選ぶ際には健康と安全が主要な考慮事項となる。乾燥空気は安全な代替品であり、公衆からの潜在的な健康と安全上のリスクを保護する。完全に無毒であるため、漏れても人や環境に危害を及ぼさない。設置と解体を担当する作業員にとって健康上のリスクもなく、人員の安全のための厳格な設備取扱い規則を設ける必要がない。一方、未確認の独自ガスは健康と安全上のリスクをもたらす可能性がある。

2.5 乾燥空気は規制上の懸念を軽減する

多くの企業が温室効果ガス排出を大幅に削減するための重要な措置を講じている。これらの戦略的努力は、より持続可能な社会への希求だけでなく、強い規制圧力によっても駆動されている。ヨーロッパでは、SF₆ガスの使用、取扱い、廃棄、監視、在庫記録について厳格に規制されている。中国でも2012年以降、SF₆ガスの使用と回収に関する関連政策と措置が導入されている。中国標準化管理局が発行した標準によれば、SF₆設備のメンテナンスと廃棄時に発生するSF₆ガス排出は、中国の電力網企業の温室効果ガス会計と報告範囲に含まれている。

将来の規制がますます厳しくなることが予想されるため、将来的な規制制約を受けない環境に優しい代替製品を採用することは、業務継続を確保する賢明な選択である。乾燥空気の中圧スイッチギアは、環境規制や炭素税の影響を受けずに、信頼性のある絶縁と遮断性能を提供する。世界第2位の経済大国であり最大のエネルギー消費国である中国は、世界的エネルギートランスフォーメーションにおいて重要な役割を果たしている。最近の第19期中央委員会第5回全体会議では、中国の14次五カ年計画期間の主要な社会経済発展目標が提案され、「エネルギー資源の配分がより合理的になり、利用効率が大幅に向上し、主要な汚染物質の総排出量が継続的に減少する」と明確に述べられている。

要約すると、乾燥空気を絶縁媒体として使用することの利点は以下の通り：①環境に優しく、グリーンである；②熱伝導性が良い；③設備の生産とメンテナンス時に換気や保護装置が不要である；④生産または使用時に生成される金属粒子が乾燥空気絶縁スイッチギアに対する危険性が少ない。

3 結論

新しいタイプのリングメインユニットは、環境に悪影響を与えるSF₆ガスを乾燥空気で置き換えることで、温室効果ガス排出を削減する。ライフサイクル終了時には90%以上の材料がリサイクル可能である。微小正圧ガス絶縁方式を採用することで、ガス漏れの可能性が低減され、安全性と信頼性が向上する。高電圧部品は金属ケース内で完全に密封され、高地、寒冷地、湿度、汚染などの厳しい環境での安全な動作が保証される。真空スイッチと三位置分離／接地スイッチは、手動と電動の両方の操作に対応し、スイッチギアにはスマート機能が搭載されている。

環境に優しいリングメインユニットは、インテリジェンス、グリーン、環境保護の面で進歩を遂げているが、同じ圧力下での窒素と乾燥空気の絶縁性能はSF₆の約1/3に過ぎず、特に高電圧GIS製品ではまだSF₆の代替品が見つかっていない。したがって、環境に優しいガスの開発にはさらなる努力が必要である。