История SF6 и важность правильного обращения с отработанным газом

Роль SF6 в энергетической промышленности
Гексафторид серы (SF6) широко использовался в качестве изолирующего и дугогасящего газа в распределительных устройствах с газовой изоляцией (GIS) среднего (MV) и высокого (HV) напряжения. Использование SF6 в качестве изолирующей среды восходит к 1930-м годам, но коммерчески значимое значение он приобрел в 1960-х годах, в первую очередь в приложениях высокого напряжения. Со временем его применение распространилось на сектор среднего напряжения, сделав GIS на основе SF6 стандартным компонентом энергетической инфраструктуры во всем мире.

Его популярность обусловлена ​​его превосходными электроизоляционными свойствами, негорючестью, нетоксичностью и термической стабильностью. SF6 остается химически стабильным до 500 °C, не вызывает коррозии оборудования и имеет низкую скорость разложения после дугового разряда, что делает его превосходным выбором по сравнению с альтернативами, такими как распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS) или распределительные устройства с твердой изоляцией (SIS). GIS выигрывают от этих свойств, требуя меньшего обслуживания, имея компактную конструкцию и предлагая высокую надежность.

Однако, несмотря на эти преимущества, SF6 является основным парниковым газом (ПГ), с потенциалом глобального потепления (ПГП) в 23 500 раз больше, чем CO₂, как определено в Киотском протоколе. Растущее нормативное давление во всем мире подталкивает к его поэтапному отказу в ближайшем будущем.

Поскольку блоки GIS, установленные в 1980-х и 1990-х годах, подходят к концу своего срока эксплуатации, возникают опасения относительно того, как управлять использованным SF6. Кроме того, как только вступят в силу нормативные запреты, обращение с существующими запасами SF6 станет насущной проблемой. Ниже мы рассмотрим доступные варианты обращения с использованным SF6.
 

Управление использованным SF6: доступные варианты

В настоящее время пользователи распределительных устройств, включая коммунальные службы и промышленных операторов, имеют три основных варианта обращения с использованным SF6:

Восстановление вне площадки

Уничтожение вне площадки
Переработка на площадке
1. Восстановление вне площадки
Обзор процесса
Восстановление включает извлечение использованного SF6 и транспортировку его на специализированное предприятие для фильтрации и очистки. В ходе процесса удаляются такие загрязняющие вещества, как масло, влага и побочные продукты, посредством криогенного сжижения. Затем очищенный SF6 реинтегрируется с чистым SF6, обеспечивая высокое качество газа для повторного использования.

Криогенный процесс состоит из следующих этапов:

Давление в контейнере SF6 увеличивается до более чем 700 фунтов на кв. дюйм (48,3 бар).
Температура постепенно понижается с -20 °C до -40 °C, сжижая SF6, в то время как другие газы (например, азот, кислород) остаются в форме пара.
Нежелательные газы отделяются и высвобождаются, оставляя очищенный SF6.
Плюсы восстановления
Снижает воздействие на окружающую среду по сравнению с уничтожением, поскольку минимизирует выбросы SF6.
Избегает необходимости в оборудовании для переработки на месте и обучении персонала.
Позволяет пользователям смягчить ответственность за выбросы.
Минусы восстановления
Пользователи зависят от услуг третьих лиц, которые могут быть дорогостоящими.
2. Уничтожение за пределами площадки
Обзор процесса
Этот метод включает сбор SF₆ из распределительного устройства и транспортировку его на объект, где он полностью уничтожается при высоких температурах.

Плюсы уничтожения

Помогает сократить запасы SF₆.
Снижает ответственность за выбросы для пользователей распределительного устройства.
Минусы уничтожения
Выделяет высокие уровни выбросов во время процесса уничтожения.
Никакие надежные исследования не дают точной количественной оценки этих выбросов.
Процесс является дорогостоящим и требует участия третьих лиц.
3. Переработка на месте
Обзор процесса
Этот метод похож на восстановление, но выполняется пользователем на месте с использованием систем фильтрации. Он удаляет загрязняющие вещества, но не повышает чистоту газа в той же степени, что и восстановление.

Плюсы переработки

Пользователи сохраняют полный контроль над своими запасами SF₆.
Устраняет необходимость во внешнем транспорте или зависимости от сторонних услуг.
Минусы переработки
Требует инвестиций в оборудование для фильтрации и обучение персонала.
Незначительно не повышает чистоту SF₆, что ограничивает его потенциал повторного использования.
Будущее запасов SF₆ после поэтапного отказа
По мере ужесточения нормативных ограничений отрасль сталкивается с неопределенностью относительно судьбы существующих запасов SF₆. При отсутствии альтернативных применений для SF₆, помимо распределительных устройств, как восстановление, так и переработка устареют. Между тем, уничтожение остается дорогим и экологически проблематичным из-за его высоких выбросов.

Если не будет разработан более эффективный и экологичный метод уничтожения, отраслям и политикам придется найти жизнеспособное решение для удаления SF₆ из оборота устойчивым образом.

Дополнительные соображения
Почему некоторые пользователи предпочитают чистый SF₆?
Для применения в ГИС требуется высококачественный SF₆, а восстановленный или переработанный SF₆ может не соответствовать строгим стандартам чистоты.
У некоторых пользователей был негативный опыт использования неправильно восстановленного SF₆.
Некоторые производители распределительных устройств запрещают использование восстановленного SF₆ в своих продуктах, что приводит к аннулированию гарантий в случае его использования.
Воздействие на окружающую среду производства чистого SF₆
Производство чистого SF₆ приводит к значительно более высоким выбросам по сравнению с восстановленным газом. Например, при производстве нового баллона SF₆ (45,5 кг) выделяется от 1,5 до 3,6 кг SF₆, тогда как восстановленный баллон выделяет всего 0,29 кг. Более того, избыточное производство часто приводит к ненужному хранению излишков SF₆.

Заключение

Поскольку использование SF₆ сталкивается с растущим нормативным давлением, пользователи должны рассмотреть доступные им варианты обращения с имеющимися запасами SF₆. В зависимости от эксплуатационных потребностей они могут выбрать восстановление, уничтожение или переработку. Однако долгосрочное устойчивое решение для поэтапного отказа от SF₆ без нанесения значительного вреда окружающей среде остается неясным. Нахождение баланса между стоимостью, эффективностью и экологической ответственностью будет иметь решающее значение в ближайшие годы.