Der Countdown zur Einstellung von SF₆: Wer wird die Stromnetze der Zukunft versorgen?

1. Einführung
Als Reaktion auf den Klimawandel wurden weltweit umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen unternommen, um verschiedene Arten von SF₆-freiem gasisolierten Schaltgeräten als Alternative zu herkömmlichen SF₆-basierten Geräten zu entwickeln. Andererseits sind SF₆-freie gasisolierte Schaltgeräte seit Ende der 1960er Jahre in Betrieb. Durch das integrale Formen lebendiger Komponenten des Schaltgeräts mit festen Isoliermaterialien, wie Epoxidharz, mit einem elektrischen Durchschlagswiderstand, der erheblich höher ist als der von SF₆, erreicht diese Technologie eine bemerkenswerte Kompaktheit.

Japanische Elektrizitätsversorgungsunternehmen haben umweltfreundliche, SF₆-freie feste-isolierte Schaltgeräte (SIS) über 50 Jahre betrieben. Diese Einheiten bieten hervorragende Betriebsleistung, ausgezeichnete Sicherheit, hohe Effizienz bei Wartung und Prüfung sowie bewiesene langfristige Zuverlässigkeit. Aufgrund ihrer kompakten Größe eignen sich SIS-Einheiten besonders gut für die Installation in Gebäuden und unterirdischen Räumen – insbesondere in dicht bebauten städtischen Gebieten, wo Platz begrenzt ist.

Bis heute wurden etwa 6.000 Einheiten von SF₆-freiem gasisoliertem Schaltgerät installiert, hauptsächlich zur Versorgung von Elektrizitätsversorgungsunternehmen, allgemeinen Industrieanlagen und Verkehrsinfrastrukturen. Von den etwa 3.000 in Netzwerken eingesetzten Einheiten lag die Rate schwerwiegender Ausfälle, die zu Stromausfällen führen, in den letzten 50+ Jahren unterhalb der Hälfte derjenigen herkömmlicher gasisolerter Schaltgeräte (GIS), was die hohe Zuverlässigkeit von SF₆-freiem gasisoliertem Schaltgerät demonstriert.

Kürzlich wurden mehrere SF₆-freie gasisolierte Schaltgeräte, die 10 bis 50 Jahre im Feldbetrieb waren, zurück zum Werk gebracht, um deren Isolationsalterung und Lebensdauer zu bewerten. Die Ergebnisse deuten auf eine geschätzte Betriebsdauer von etwa 60 Jahren hin.

Darüber hinaus zeigen Lebenszyklusbewertungen (LCA), dass SF₆-freie gasisolierte Schaltgeräte die gesamten Treibhausgasemissionen (GHG) – ausgedrückt in CO₂-Äquivalenten – auf etwa 65%–70% derjenigen reduzieren können, die mit schrankförmigen gasisolierten Schaltgeräten (C-GIS) verbunden sind. SF₆-freie gasisolierte Schaltgeräte enthalten keine fluorierten Gase oder andere Gase mit einem globalen Erwärmungspotenzial (GWP₁₀₀) von über 100. Im Vergleich zu GIS haben sie eine vergleichbare oder sogar bessere erwartete Lebensdauer und Zuverlässigkeit gezeigt. Zusätzlich zu ihrem kompakten Fußeinsatz erzeugen sie auch signifikant geringere Treibhausgase mit CO₂-Äquivalenten.

Daher stellt SF₆-freies gasisoliertes Schaltgerät eine machbare Lösung unter den SF₆-freien Schalttechnologien dar, und seine Verwendung wird voraussichtlich weiter zunehmen.
— „Langjährige Betriebserfahrungen mit SF₆-freiem gasisoliertem Schaltgerät in japanischen Elektrizitätsversorgungsunternehmen“

2. Interpretation nationaler und internationaler Richtlinien und Vorschriften

2.1 Internationale Richtlinien

Schwefelhexafluorid (SF₆) hat ein globales Erwärmungspotenzial (GWP), das 23.500 Mal höher ist als das von Kohlendioxid, und ist eines der sechs Treibhausgase, die im Kyoto-Protokoll aufgeführt sind. Industrieländer und -regionen, einschließlich der Europäischen Union, der Vereinigten Staaten und Japans, haben strenge Richtlinien zur Einschränkung der Nutzung von SF₆ implementiert:

• Europäische Union: Gemäß der F-Gas-Verordnung verpflichtet die EU zu einer schrittweisen Reduzierung des SF₆-Verbrauchs, mit dem Ziel, seinen Verbrauch bis 2030 auf ein Drittel des Niveaus von 2014 zu senken.

• Vereinigte Staaten: Mehrere Bundesstaaten haben Vorschriften erlassen, um SF₆-Emissionen zu begrenzen und umweltfreundliche alternative Technologien aktiv zu fördern.

• Japan: Das Gesetz zur Förderung von Maßnahmen gegen die globale Erwärmung verlangt ausdrücklich die Reduzierung des SF₆-Verbrauchs und -Emissions.

2.2 Inländische Richtlinien

Als der größte Markt für Stromversorgungsanlagen weltweit hat China in den letzten Jahren aktiv die Substitution von SF₆ gefördert:

• „Dual Carbon“-Strategie: China hat klare nationale Ziele gesetzt, die Kohlendioxidemissionen bis 2030 zu begrenzen und bis 2060 klimaneutral zu werden. Die Reduzierung von SF₆-Emissionen ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Strategie.

• Branchenstandards: Die State Grid Corporation of China und die China Southern Power Grid haben mehrere technische Spezifikationen veröffentlicht, die die Einführung von umweltfreundlichen, SF₆-freien Schaltgeräten fördern.

3. Branchenaussichten für SF₆-freie Lösungen

Mit zunehmend strenger werdenden Umweltvorschriften und technologischen Fortschritten hat sich die Haltung der Energiewirtschaft gegenüber SF₆-haltigen Anlagen erheblich gewandelt:

• Phasenweise Einstellung von SF₆:
  SF₆ ist nicht nur schädlich für die Umwelt, sondern birgt auch das Risiko von Leckagen und erfordert hohe Wartungskosten. Die Branche setzt daher schrittweise herkömmliche SF₆-Schaltgeräte außer Kraft.

• Umarmung umweltfreundlicher Alternativen:
  Umweltfreundliche Schaltgeräte ohne SF₆, die wegen ihrer Umweltfreundlichkeit, Sicherheit und Betriebswirtschaftlichkeit geschätzt werden, treten als neue Entwicklungsrichtung der Branche in Erscheinung.

4. Ansätze und Trends zur SF₆-Ersatz

Nr. 1 Feststoffisolierungstechnologie
Verwendet feste Isoliermaterialien anstelle von SF₆-Gas, um Treibhausgasemissionen am Ursprung zu eliminieren.

Nr. 2 Vakuumschalttechnologie
Erfolgreiches und zuverlässiges Unterbrechen von Strom durch den Einsatz von Vakuumschaltern.

Nr. 3 Umweltfreundliche gasförmige Alternativen
Nutzt umweltfreundliche Isoliermedien wie trockene Luft oder Stickstoff anstelle von SF₆.

5. RockWill Electric – Leistungsvorteile der EcoRing-Serie von Schaltanlagen
Als führender Hersteller von Stromversorgungsgeräten setzt sich RockWill Electric stets für technologische Innovation und Anwendung ein. Mit starken F&E-Fähigkeiten und tiefgreifenden Marktkenntnissen hat das Unternehmen erfolgreich die SF₆-freie Gasisolierschaltanlage der EcoRing-Serie auf den Markt gebracht.

Merkmal

• Wartungsfreier Betrieb auf 35kV-Niveau: Das gasdichte Gehäuse (mit einem Leckraten ≤ 0,1%/Jahr) und die verschleißfesten mechanischen Komponenten eliminieren routinemäßige Wartungsarbeiten wie das Nachfüllen des Gases und den Austausch von Teilen. Dies reduziert die Betriebs- und Wartungskosten (O&M) um mehr als 60% im Vergleich zu herkömmlichen Schaltanlagen.

• Überlegene Stabilität der Energieversorgung: Ausgestattet mit Vakuumschaltern zur Bogenlöschung und hochpräzisen Strom-/Spannungswandlern, widersteht sie effektiv Kurzschlüssen, Überspannungen und Spannungsschwankungen. Selbst unter harschen Umgebungsbedingungen (z.B. hohe Feuchtigkeit, Staub oder extreme Temperaturen) wird eine Versorgungsverlässlichkeit von ≥ 99,98% gewährleistet.

• Umweltfreundliche und sichere Gasisolation: Verwendet ein Low-GWP-Umweltschutzgas (gemäß IEC 61730), um Treibhausgasemissionen zu vermeiden; die vollständig versiegelte Struktur verhindert Gaslecks und gewährleistet die Sicherheit des Personals. Es bietet auch eine starke Korrosions- und Verschmutzungswiderstandsfähigkeit und ist sowohl für Innen- als auch Außenanwendungen geeignet.

• Kompakter Design & intelligente Integration: Die modulare und kompakte Struktur spart 40% der Installationsfläche im Vergleich zu luftisolierten Schaltanlagen, was sie ideal für eng begrenzte Bereiche wie städtische Untergrund-Umspannwerke macht. Sie unterstützt die Integration in intelligente Überwachungssysteme, um den Gasdruck, die Temperatur und den Betriebsstatus in Echtzeit zu überwachen, wodurch eine vorhersagbare Fehlerverwaltung ermöglicht wird.

Die SF₆-freie Gasisolierschaltanlage der EcoRing-Serie ist ein wirklich intrinsisch sicheres Produkt, dank seiner hohen Zuverlässigkeit, vollständigen Anpassungsfähigkeit an verschiedene Betriebsbedingungen und dem wartungsfreien Design. Sie bietet nicht nur herausragende Leistung, sondern stellt auch eine ideale Alternative zu herkömmlichen luftisolierten Schaltanlagen (z.B. KYN61) und SF₆-basierten CGIS-Schaltanlagen dar und bietet eine fortschrittlichere und zuverlässigere Lösung für Stromsysteme.