Какая история у SF6? И почему процессы обращения с отработанным элегазом SF6 имеют значение?
В энергетической промышленности гексафторид серы (SF6) преимущественно используется в качестве изолирующей и дугогасящей среды для распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) среднего напряжения (СН) и высокого напряжения (ВН). Производители ГИС начали использовать SF6 в качестве изолирующей среды в 1930-х годах. Его широкомасштабное применение началось в 1960-х годах, когда он в основном использовался для приложений высокого напряжения. Использование SF6 в сегменте среднего напряжения последовало несколько десятилетий спустя. Сегодня ГИС на основе SF6 можно найти в электрической инфраструктуре как высокого, так и среднего напряжения по всему миру.
Его широкое распространение связано с его фантастическими электрическими свойствами. Кроме того, он негорюч, нетоксичен, термически стабилен (т. е. не разлагается до 500 °C), не вызывает коррозии и естественным образом рекомбинирует после разложения, так что скорость постоянного разложения из-за дугового разряда очень низкая ( Коалиция SF6 и альтернатив, 2020 г.). Эти характеристики дают GIS преимущество перед традиционными конкурентами – распределительными устройствами с воздушной изоляцией (AIS), распределительными устройствами с твердой изоляцией (SIS). Эти преимущества заключаются в том, что ГИС требует минимального обслуживания, имеет компактные физические размеры и высокую надежность.
Однако, несмотря на все свои сильные стороны, дни использования SF6 в энергетике, похоже, сочтены. Из-за того, что он считается самым сильным парниковым газом (ПГ) в мире в соответствии с Киотским протоколом (он в 23 500 раз сильнее, чем CO2), природоохранные органы во всем мире уделяют ему все больше внимания, и весьма вероятно, что в ближайшие годы он будет выведен из употребления.
Это, в сочетании с тем фактом, что ГИС, установленные в 80-х и 90-х годах, подходит к концу их эксплуатационный срок, поднимает несколько вопросов о том, что обычно происходит с использованным SF6. И что произойдет с глобальными запасами SF6 после того, как регулирование прекратит его использование в основном распределительном устройстве? Ниже мы постараемся ответить на такие вопросы в формате вопросов и ответов.
Какие есть варианты для использованного SF6?
Сегодня у пользователей распределительных устройств (энергоэнергетика/промышленность) есть три варианта использования отработанного SF6:
- Выездной ремонт
- Уничтожение за пределами площадки
- Переработка на месте
Рассмотрим каждый способ отдельно.
Выездной ремонт
Что это включает?
Восстановление включает третью сторону, извлекающую газ SF6 и транспортирующий его на специализированное предприятие, где он фильтруется и очищается от загрязняющих веществ, таких как масло, влага или другие побочные продукты, с использованием криогенного процесса. Полученный SF6 имеет более высокий уровень чистоты и может быть снова введен в оборот вместе с первичным SF6.
Криогеника — это процесс сжижения SF6 в трехступенчатой системе:
- Давление в герметичном контейнере с элегазом должно превышать 700 фунтов на квадратный дюйм или 48,3 бар.
- Затем температуру снижают с -20°С до -30°С и до -40°С. Это сжижает SF6, а другие пары остаются во взвешенном состоянии (азот и кислород).
- Наконец, происходит разделение, позволяющее другим парам выбрасываться в атмосферу.
Какие плюсы ремонта?
Восстановление оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем уничтожение, из-за высоких выбросов SF6, происходящих во время уничтожения SF6. Кроме того, владельцам SF6 не нужно вкладывать средства в собственное оборудование и обучение своего персонала, как в случае переработки на месте. Они также снижают свою ответственность за выбросы.
Какие минусы ремонта?
Пользователи полагаются на третьи стороны для удаления газа и проведения криогенного процесса, который может быть дорогостоящим.
Уничтожение за пределами площадки
Что это включает?
Это включает в себя уничтожение газа SF6 на специализированном объекте. Газ, как правило, рекуперируется третьей стороной из ГИС.
В чем плюсы уничтожения?
Это позволяет пользователям сократить свои запасы SF6 и собственные выбросы.
Каковы минусы уничтожения?
При разрушении имеют место высокие уровни выбросов. К сожалению, их трудно определить количественно, поскольку нет надежных исследований, посвященных этому. Уничтожение SF6 также обходится дорого, поскольку в нем участвуют третьи стороны и требуются чрезвычайно высокие температуры (Zeng, F et al. 2014).
Производство и уничтожение SF6 приводит к высоким выбросам
Переработка на месте
Что это включает?
Это традиционно самый популярный вариант среди пользователей. Это похоже на восстановление, поскольку включает фильтрацию и очистку SF6 от загрязняющих веществ и побочных продуктов. Однако это делается на месте самими пользователями с помощью вспомогательных систем фильтрации.
В чем плюсы переработки?
Переработка осуществляется внутри компании и происходит на месте, что позволяет легко контролировать запасы.
Каковы минусы переработки?
Пользователям необходимо инвестировать в правильное оборудование и постоянное обучение своего персонала, что увеличивает эксплуатационные расходы. Кроме того, уровень чистоты SF6 нельзя улучшить.
Что произойдет с запасами SF6 после того, как регулирование постепенно отменит использование SF6 для новых установок?
Этот вопрос должен получить гораздо больше внимания со стороны политиков и промышленности, поскольку в настоящее время нет четких ответов.
Как уже упоминалось, регулирование, вероятно, вскоре прекратит использование SF6 в энергетическом секторе, не оставив реального жизнеспособного варианта того, что делать с глобальным запасом этого сильнодействующего ПГ.
Переработка и восстановление SF6 устарели из-за отсутствия других реальных вариантов использования, а уничтожение является дорогостоящим и - в его нынешнем виде - приводит к высокому (пока не определенному) уровню выбросов.
Если процесс уничтожения не будет усовершенствован и сделан более экономичным, промышленность и политики будут иметь дело с SF6, не имея экологически безопасной и эффективной системы удаления.
Есть еще вопросы?
Почему пользователи часто предпочитают чистый SF6?
Пользователям ГИС требуется высококачественный SF6, чего труднее добиться с помощью восстановленного или переработанного SF6. Кроме того, некоторые пользователи связывают клеймо с восстановленным или переработанным элегазом после того, как в прошлом они имели негативный опыт, т. е. элегаз не был восстановлен или переработан в соответствии с достаточно высокими стандартами.
Кроме того, некоторые OEM-производители распределительных устройств не используют восстановленный элегаз в своих продуктах и не предоставляют гарантию, если используется восстановленный элегаз.
Как производство первичного SF6 ответственно за увеличение выбросов?
Обычно SF6 поставляется производителям распределительных устройств в баллонах по 45,5 кг. Если сравнить выбросы при производстве нового баллона с элегазом и восстановленного баллона с элегазом, то производство нового баллона обычно приводит к выбросам от 1,5 до 3,6 кг SF6, в то время как производство восстановленного баллона обычно приводит к выбросам 0,29 кг SF6.
Кроме того, производство первичного SF6 может привести к избытку SF6, поскольку производители обычно отправляют больше первичного SF6, чем требуется для какого-либо одного распределительного устройства.
Резюме
Поскольку законодательство по-прежнему ограничивает использование SF6, пользователи должны знать о различных доступных им вариантах повторного использования или утилизации своего запаса SF6.
В зависимости от своих потребностей и целей пользователи могут выбирать между восстановлением, уничтожением и переработкой.
Тем не менее, долгосрочное решение по устойчивому и экономичному удалению SF6 из оборота остается иллюзорным, что, вероятно, вскоре будет требоваться в соответствии с законодательством.
Узнайте здесь о том, как nuventura может помочь вам избавиться от SF6.
использованная литература
Содержание этой статьи было основано на подкасте «Что мне делать с использованным SF6?» «Коалиции SF6 и альтернатив».
Дополнительные ссылки
Коалиция SF6 и альтернатив. 2020. «Альтернативные технологии изоляции». Доступно здесь.
Цзэн, Ф. и др. 2014. «Характеристики разложения SF6 при термическом повреждении при температурах ниже 400°C». IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 21(3):995-1004. Доступно здесь.
Источник настоящей статьи: nuventura.com