Fortschritte in der Ökologie

Apr 30, 2023

9. Juni 2023

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von Tsinghua University Press

Gasisolierte Geräte (GIE), die das stärkste Treibhausgas Schwefelhexafluorid (SF6) als Isolations- und Lichtbogenlöschmedium nutzen, sind in der Energieindustrie weit verbreitet. Die Suche nach umweltfreundlichem Isoliergas mit fortschrittlicher Leistung für SF6-freies GIE der nächsten Generation ist für das „Netto-Null“-Ziel und die nachhaltige Entwicklung von entscheidender Bedeutung.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Xiaoxing Zhang von der Hubei University of Technology in China und Wissenschaftlern der Wuhan University, der Southeast University, der North China Electric Power University, der Université de Toulouse, der Xi'an University of Technology, Schneider Electric und der South China University of Technology hat dies kürzlich zusammengefasst die Fortschritte bei umweltfreundlichen Gasisoliermedien für SF6-freie Geräte der nächsten Generation. Der Review-Bericht wurde am 31. März 2023 in der Zeitschrift iEnergy als Titelartikel veröffentlicht.

Zunächst wurde ein Überblick über das SF6-basierte GIE sowie die Emissions- und Reduktionsrichtlinien von SF6 gegeben, um die Notwendigkeit der Suche nach umweltfreundlichem Isoliergas zu verdeutlichen.

„SF6 ist eines der stärksten Treibhausgase mit einem globalen Erwärmungspotenzial von 25.200 und einer atmosphärischen Lebensdauer von 3.200 Jahren. Die Energieindustrie ist für 80 % des SF6-Verbrauchs verantwortlich, wobei dieser Wert in China über 7.000 Tonnen erreicht. Verschiedene Länder haben sich etabliert Vorschriften zur Verwendung, Rückgewinnung und Behandlung von SF6 einführen und so die Entwicklung umweltfreundlicher Isoliergase fördern“, sagte Prof. Zhang.

Es wurden grundlegende Anforderungen an umweltfreundliche Gase vorgeschlagen, darunter Umwelteigenschaften, Isolations- und Lichtbogenlöschleistung, Stabilität, Materialkompatibilität und biologische Sicherheit. Die Hauptkategorien umfassen herkömmliche Gase (CO2, N2, Luft), Perfluorkohlenwasserstoffe und Trifluoriodmethan sowie fluoriertes Nitril (C4F7N). ), Fluorierte Ketone (C5F10O, C6F12O) und Hydrofluro-Olefine (HFO-1234ze(E), HFO-1336mzz(E)) wurden eingeführt. Die molekulare Designmethode für umweltfreundliches Gas wurde ebenfalls bereitgestellt.

Jüngste Fortschritte verschiedener umweltfreundlicher Isoliergase im Hinblick auf die dielektrische Isolierung (im Hinblick auf AC/DC-Durchbruch, LI-Durchbruch, Teilentladung, Oberflächenüberschlag), Lichtbogenlöschung (im Hinblick auf Partikelzusammensetzungen, thermodynamische Eigenschaften, Transportkoeffizienten, Strahlung). Koeffizienten, dielektrische Durchschlagseigenschaften nach dem Lichtbogen), Stabilität und Zersetzung (in Bezug auf Wärme, Entladungsstabilität, Zersetzungsmechanismus), Materialkompatibilität (in Bezug auf Metall, Epoxidharz, Elastomer, Adsorptionsmittel), biologische Sicherheit (in Bezug auf LC50, Ziel). Organtoxizität, Toxizität von Nebenprodukten) wurden hervorgehoben.

Außerdem wurden die neuesten Anwendungen von umweltfreundlichem Isoliergas in Mittelspannungs- (MV) und Hochspannungsszenarien (HV) sowie relevante wartungsbezogene Technologien zusammengefasst.

„Die auf C4F7N/CO2, C5F10O/Luft basierenden gasisolierten Schaltanlagen, gasisolierten Übertragungsleitungen, Ringleitungen usw. wurden seit 2016 von GE und ABB entwickelt. Die andere Roadmap für fluorfreie Technologien nutzt ebenfalls technische Luft in Kombination mit Vakuumunterbrechung konzentriert", sagte Prof. Zhang.

Obwohl auf diesem Gebiet erhebliche Anstrengungen unternommen wurden, bleiben einige bedeutende Herausforderungen bestehen, die weitere Lösungen erfordern, um in Zukunft das SF6-freie GIE der nächsten Generation zu erreichen. Die Verbesserung der Stabilität, Unterbrechungsfähigkeit und Materialverträglichkeit ist äußerst wünschenswert. Die SF6-Kontrolle und das Recycling, die Isolierungskoordination, das wissenschaftliche Management von PFAS usw. werden hoffentlich die Entwicklung von umweltfreundlichem Isoliergas und GIE vorantreiben.

Mehr Informationen: Yi Li et al., Umweltfreundliches Gasisoliermedium für SF6-freie Geräte der nächsten Generation, iEnergy (2023). DOI: 10.23919/IEN.2023.0001