Tại sao Không khí khô là lựa chọn thay thế tốt nhất cho khí SF₆ trong các tủ phân phối vòng

1. Hộp phân phối vòng không khí và SF₆

Hộp phân phối vòng không khí chủ yếu tích hợp các công tắc cắt tải, công tắc cách ly, hoặc kết hợp cả hai với khả năng nối đất, được vận hành bằng tay hoặc điện. Những đơn vị này cũng có thể bao gồm cầu chì để kiểm soát đường dây cáp vào và ra. Ngược lại, hộp phân phối vòng SF₆, thường được gọi là thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí, sử dụng khí SF₆ để cách điện và dập hồ quang do nó có độ bền điện cao, khả năng dập hồ quang mạnh mẽ, không độc hại và ổn định hóa học, làm cho nó trở thành một phương tiện tuyệt vời cho cả hai mục đích.

2. Lý do thay thế khí SF₆ bằng không khí khô

Mặc dù có nhiều ưu điểm, khí SF₆ có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính cực kỳ cao (GWP), xếp hạng trong số sáu khí gây hiệu ứng nhà kính được quy định bởi Nghị định thư Kyoto. Là một quốc gia cam kết giảm phát thải, Trung Quốc đã giảm cường độ carbon của mình 48,1% so với mức năm 2005 vào cuối năm 2019, đạt mục tiêu năm 2020 trước hạn. Với mục tiêu quốc gia là đạt đỉnh phát thải carbon trước năm 2030 và đạt trung hòa carbon trước năm 2060, việc giảm phát thải carbon hiện là trọng tâm quan trọng trong kế hoạch điện lực tương lai. Trong bối cảnh này, việc thay thế khí SF₆ bằng không khí khô trong thiết bị đóng cắt điện áp trung bình phục vụ năm lý do chính:

2.1 GWP bằng không của không khí khô

Chỉ số GWP đo lường mức độ mà một khối lượng nhất định của khí gây hiệu ứng nhà kính góp phần vào hiệu ứng nhà kính so với cùng khối lượng CO₂ trong một khoảng thời gian cụ thể. GWP của SF₆ là 23.900 lần so với CO₂, đánh dấu nó là một trong sáu khí được nhắm mục tiêu bởi Nghị định thư Kyoto và Chỉ thị châu Âu 2003/87 do tác động môi trường của nó. Một ngăn công tắc tải hoặc cầu chì trung bình chứa khoảng 1 kg SF₆; nếu rò rỉ, điều này sẽ tương đương với việc lái xe khoảng 200.000 km về mặt thiệt hại môi trường.

Có khoảng 30 triệu đơn vị thiết bị đóng cắt trên toàn cầu, nhu cầu tìm kiếm một giải pháp thay thế cho SF₆ trở nên rõ ràng. Với GWP bằng không, không khí khô - bao gồm tự nhiên 21% oxy và 79% nitơ - cung cấp một giải pháp loại bỏ lo ngại về đóng góp vào hiệu ứng nhà kính, đặt nó như là giải pháp thay thế lý tưởng cho SF₆ do sự an toàn và lợi ích môi trường rõ ràng. Sự so sánh giữa các tính chất của SF₆ và không khí khô được tóm tắt trong Bảng 1.

2.2 Không khí khô không cần thu hồi hoặc xử lý

Thiết bị đóng cắt kim loại kín cách điện thân thiện với môi trường không sử dụng khí SF₆ trong quá trình sản xuất và lắp ráp, loại bỏ nhu cầu thu hồi và bảo vệ khí. Nó dễ dàng nạp, và các sản phẩm phân hủy của nó không chứa chất độc hại, làm cho nó tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường. Thiết bị này không gây ô nhiễm môi trường trong quá trình hoạt động lâu dài, phù hợp với môi trường ẩm ướt và khắc nghiệt, và không cần bảo dưỡng. Ngược lại, thiết bị đóng cắt khí SF₆ phải giữ khí SF₆ trong hệ thống kín suốt đời để giảm thiểu rò rỉ và giảm tác động môi trường.

Khi cần bảo dưỡng, các đơn vị thu hồi khí được sử dụng để thu thập khí tại chỗ. Sau khi làm sạch để loại bỏ tạp chất, khí được tái sử dụng. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển mạch, SF₆ có thể tạo ra các sản phẩm phụ độc hại, phân loại khí SF₆ đã sử dụng là chất thải nguy hiểm. Chi phí xử lý khí SF₆ là đáng kể, khoảng 20% giá trị ban đầu của thiết bị. Việc sử dụng không khí khô hoàn toàn loại bỏ nhu cầu sử dụng SF₆, giảm đáng kể tác động môi trường của thiết bị đóng cắt và tránh các chi phí và thủ tục liên quan đến xử lý và thu hồi.

2.3 Không khí khô mang lại lợi ích bổ sung cho người vận hành

Thiết bị đóng cắt mới không sử dụng SF₆ sử dụng không khí khô mang lại nhiều lợi ích cho người vận hành: ① Nó giữ nguyên kích thước nhỏ gọn mà thiết bị SF₆ truyền thống được đánh giá cao, và cách vận hành vẫn không thay đổi, vì vậy kỹ thuật viên không cần đào tạo thêm; ② Công tắc tải ba vị trí trong thiết bị đóng cắt cách điện thân thiện với môi trường sử dụng công nghệ ngắt dòng chân không song song, duy trì thói quen vận hành ba vị trí ban đầu đồng thời cho phép giải pháp kết hợp thiết bị, cung cấp cho khách hàng bảo vệ biến áp kinh tế và tin cậy.

2.4 Không khí khô bảo vệ sức khỏe và an toàn của nhân viên

Thiết bị đóng cắt điện áp trung bình thường được sử dụng trong khu vực công cộng, vì vậy sức khỏe và an toàn là những cân nhắc chính khi chọn một giải pháp thay thế SF₆. Không khí khô, như một giải pháp thay thế an toàn, bảo vệ công chúng khỏi các rủi ro sức khỏe và an toàn tiềm ẩn. Nó hoàn toàn không độc, vì vậy ngay cả khi rò rỉ, nó cũng không gây hại cho con người hoặc môi trường. Nó không gây rủi ro sức khỏe cho nhân viên chịu trách nhiệm lắp đặt và tháo dỡ, và không cần thiết lập các quy định nghiêm ngặt về xử lý thiết bị để đảm bảo an toàn cho nhân viên. Ngược lại, các khí độc quyền chưa được xác minh có thể gây rủi ro sức khỏe và an toàn.

2.5 Không khí khô giảm bớt lo ngại về quy định

Nhiều công ty đang thực hiện các bước lớn để giảm đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Những nỗ lực chiến lược này không chỉ được thúc đẩy bởi mong muốn tăng cường tính bền vững mà còn bởi áp lực quy định mạnh mẽ. Ở châu Âu, việc sử dụng, xử lý, tháo dỡ, theo dõi và lưu trữ hồ sơ kho của khí SF₆ được quản lý chặt chẽ. Ở Trung Quốc, các chính sách và biện pháp liên quan đã được đưa ra từ năm 2012 để quản lý việc sử dụng và thu hồi khí SF₆. Theo các tiêu chuẩn được ban hành bởi Cục Tiêu chuẩn hóa Trung Quốc, các phát thải khí SF₆ được tạo ra trong quá trình bảo dưỡng và tháo dỡ thiết bị SF₆ đã được bao gồm trong phạm vi tính toán và báo cáo khí gây hiệu ứng nhà kính cho các doanh nghiệp lưới điện Trung Quốc.

Trước triển vọng của các quy định ngày càng nghiêm ngặt trong tương lai, việc áp dụng các sản phẩm thay thế thân thiện với môi trường không bị ràng buộc bởi các quy định tương lai là một lựa chọn khôn ngoan để đảm bảo tính liên tục trong hoạt động. Thiết bị đóng cắt điện áp trung bình sử dụng không khí khô cung cấp hiệu suất cách điện và ngắt dòng đáng tin cậy mà không bị ảnh hưởng bởi các quy định môi trường hoặc thuế carbon. Là nền kinh tế lớn thứ hai thế giới và người tiêu thụ năng lượng lớn nhất, Trung Quốc đóng vai trò then chốt trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Gần đây, Hội nghị toàn thể lần thứ Năm của Ban Chấp hành Trung ương khóa XIX đã đề xuất các mục tiêu phát triển kinh tế-xã hội quan trọng cho giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 14, nêu rõ rằng "sự phân bổ nguồn tài nguyên năng lượng cần trở nên hợp lý hơn, hiệu quả sử dụng cần cải thiện đáng kể, và tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm chính cần tiếp tục giảm."

Tóm lại, không khí khô như một phương tiện cách điện mang lại các lợi ích sau: ① thân thiện với môi trường và xanh; ② khả năng dẫn nhiệt tốt; ③ không cần thông gió hoặc thiết bị bảo vệ trong quá trình sản xuất và bảo dưỡng thiết bị; ④ các hạt kim loại được tạo ra trong quá trình sản xuất hoặc sử dụng gây ít nguy hiểm cho thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí khô.

3 Kết luận

Loại hộp phân phối vòng mới sử dụng không khí khô làm phương tiện cách điện, thay thế khí SF₆ gây hại cho môi trường, do đó giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Cuối chu kỳ sống, hơn 90% vật liệu có thể được tái chế. Sử dụng phương pháp cách điện khí áp suất dương nhẹ giảm khả năng rò rỉ khí, tăng cường an toàn và độ tin cậy. Các thành phần điện áp cao được niêm phong hoàn toàn trong vỏ kim loại, đảm bảo hoạt động an toàn trong môi trường khắc nghiệt như độ cao, lạnh sâu, ẩm ướt và ô nhiễm. Các công tắc chân không và công tắc cách ly/ngắt đất ba vị trí hỗ trợ cả vận hành bằng tay và điện, và thiết bị đóng cắt có các tính năng thông minh.

Mặc dù các hộp phân phối vòng thân thiện với môi trường đã tiến bộ trong việc thông minh, xanh và bảo vệ môi trường, nhưng hiệu suất cách điện của nitơ và không khí khô ở cùng áp suất chỉ khoảng một phần ba so với SF₆, đặc biệt là trong các sản phẩm GIS điện áp cao, nơi chưa tìm thấy giải pháp thay thế khả thi cho SF₆. Do đó, cần nỗ lực thêm trong việc phát triển các khí thân thiện với môi trường.