Dekarbonisierende Verteilung

Jun 23, 2023

Die sommerliche Hitzewelle gab Großbritannien einen Vorgeschmack darauf, was vom Klimawandel zu erwarten ist. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Dekarbonisierung der Infrastruktur von entscheidender Bedeutung ist. Stephen Gibbs erklärt, wie ein neuartiges Isoliergas für Schaltanlagen Abhilfe schaffen kann

EntsprechendOfgem Rund 200.000 Schaltanlagen, die das britische Stromnetz versorgen, enthalten Schwefelhexafluorid (SF6), das Isoliergas, das einen sicheren und vorhersehbaren Betrieb gewährleistet. SF6 eignet sich hervorragend als Isolator und widersteht selbst bei Lichtbögen einem Durchschlag.

Der Nachteil von SF6 besteht darin, dass es ein starkes Treibhausgas ist, dessen Treibhauspotenzial etwa 24.000-mal höher ist als das von CO2. Darüber hinaus kann es 3.200 Jahre lang in der Atmosphäre verbleiben. Aus diesem Grund ist die Verwendung von SF6 im Rahmen der britischen F-Gas-Vorschriften stark eingeschränkt und überwacht und muss von zertifizierten Technikern durchgeführt werden.

Obwohl diese Maßnahmen das Risiko minimieren, können Spuren von Gas durch winzige Unvollkommenheiten in Schaltanlagentanks und kleine Verluste während der Handhabung austreten und werden dies auch tun. Im Jahr 2019-20 wurde dieDie britischen Vertriebsnetzbetreiber(VNB) verzeichneten eine durchschnittliche Leckrate von 0,27 %, was 866 kg Gas entspricht.

Allerdings können Betreiber dank der jüngsten technologischen Entwicklung von Herstellern elektrischer Schaltanlagen, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen in Verteilungsnetzen, jetzt Alternativen zu SF6-gasisolierten Schaltanlagen (GIS) installieren. Dies hat eine neue Chance zur Dekarbonisierung des Netzes geschaffen.

Für Schaltanlagen mit Nennspannungen bis 12 kV eignet sich trockene Luft ideal als Isoliermedium für Schaltanlagen. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um äußerst reine und saubere Luft ohne Feuchtigkeitsgehalt. Es ist kostengünstig, in großen Mengen erhältlich und hat sich seit vielen Jahren bei 12 kV bewährt.

Die Herausforderung besteht darin, dass mit zunehmender Spannung auch das erforderliche Isolationsniveau zunimmt. Hierfür gibt es zwei mögliche Lösungen.

Die erste besteht darin, trockene Luft unter hohem Druck zu verwenden, was ihre Durchschlagsfestigkeit (und damit ihre Wirksamkeit als elektrischer Isolator) erhöht. Dies erfordert jedoch eine Änderung der Denkweise bei der Konstruktion von Schaltanlagen, insbesondere bei Einheiten mit einer Nennspannung von 24 oder 36 kV.

Bei 36 kV müsste trockene Luft auf mehrere Bar unter Druck gesetzt werden. Ein Bar Druck entspricht dem Erlebnis, sich unter einer 10 m hohen Wassersäule zu befinden. Um diesem hohen Innendruck für trockene Luft gerecht zu werden, müssen Schaltanlagenkonstrukteure daher stärkere Tanks mit verstärkten Wänden herstellen. Sie könnten sogar einen ähnlichen Ansatz verfolgen wie die zylindrischen Tanks, die zum Schutz der Kontakte in Hochspannungsschaltanlagen für Übertragungsnetze verwendet werden.

Dies würde zu größeren Schaltanlagen führen, die bei der Installation als Ersatz möglicherweise nicht in die verfügbare Stellfläche passen. Es würde auch ein Betriebsrisiko darstellen, da jeder Druckverlust unmittelbar Auswirkungen auf die Schaltleistung, die Anlagenverfügbarkeit und die Sicherheit hätte. Dem müssten die VNB entgegenwirken, indem sie umfangreiche Drucküberwachungen und Alarme zur Bereitstellung der Daten installieren

Obwohl trockene Luft selbst kostengünstig und bekannt ist, weist die daraus resultierende Schaltanlage Nachteile auf.

Die zweite der beiden Lösungen besteht darin, ein alternatives Isoliergas zu verwenden, das als Ersatz für SF6 für Schaltanlagen mit Nennspannungen über 12 kV entwickelt wurde. Dieses enthält eine Fluorketonverbindung, die mit trockener Luft in einem Verhältnis von 15 % zu 85 % kombiniert wird, um eine Gasmischung namens AirPlus mit ähnlicher Spannungsfestigkeit wie SF6 zu erzeugen.

Es kann erfolgreich für 36-kV-Schaltanlagen bei geringfügig über dem Atmosphärendruck eingesetzt werden. Dadurch können Hersteller das Gas nutzen, ohne ihre Schaltanlagen wesentlich umgestalten zu müssen.

Über die Lebensdauer der Schaltanlage verhält es sich ähnlich wie beim Betrieb einer SF6-isolierten Schaltanlage, jedoch ohne Meldepflicht, da sie nicht den F-Gas-Vorschriften unterliegt. Im Falle eines Druckverlusts wären die Auswirkungen auf die Leistung gering, so dass der Betreiber die Wartung planen kann, anstatt das Gerät im Notfall außer Betrieb nehmen zu müssen. Dies wird als Runflat bezeichnet, ähnlich wie bei einem Auto mit Notlaufreifen.

Wie bei jeder neuen Technologie müssen Betreiber aus den praktischen Erfahrungen mit SF6-freien Schaltanlagen in ihren Netzen lernen, bevor sie eine Strategie für die Einführung festlegen können. Derzeit haben mehrere Versorgungsunternehmen Pilotinstallationen geliefert, die sie derzeit evaluieren.

Ein Beispiel ist Northern Powergrid, das kürzlich zwei Varianten davon installiert hatDie SafePlus-Schaltanlage von ABB in Umspannwerken in der Grafschaft Durham. Dazu gehören Versionen mit einer Nennspannung von 12 kV und 24 kV, die jeweils mit trockener Luft und dem AirPlus-Gasgemisch isoliert sind.

Über das Projekt sagt Joseph Helm, Policy and Standards Manager bei Northern Powergrid: „Bis vor Kurzem gab es nur begrenzte praktikable Alternativen zu SF6. Dieses Pilotprojekt unterstreicht unser Engagement, die Ziele des Geschäftsplans zu übertreffen, die neuesten Innovationen zu nutzen und Emissionen zu senken.“ . Wir haben SF6-Lecks bereits um 23 % reduziert, wollen aber bis 2028 noch weitere 15 % erreichen. Die Umstellung auf ökoeffiziente Schaltanlagen wird uns dabei helfen, diese ehrgeizigen CO2-Verpflichtungen voranzutreiben.“

Unterdessen evaluiert UK Power Networks AirPlus-gefüllte Schaltanlagen an einem Standort in der Nähe von Dartford in Kent im Rahmen eines Projekts, das im Rahmen des Umweltaktionsplans des DNO durchgeführt wurde. Im Rahmen dieses Projekts spezifizierte UK Power Networks eine SF6-freie Version mit DoppelsammelschieneDie ZX2-Schaltanlage von ABB Damit ist der Standort die weltweit erste Installation dieser Art. Durch den Einsatz der Doppelsammelschiene profitiert der Betreiber von größerer Flexibilität und Verfügbarkeit.

Mit Blick auf die Zukunft hat die Europäische Union bereits eine Aktualisierung ihrer F-Gas-Vorschriften vorgeschlagen, die darauf abzielt, die SF6-Emissionen bis 2030 um zwei Drittel gegenüber dem Ausgangswert von 2014 zu senken. Es ist wahrscheinlich, dass das Vereinigte Königreich ähnliche Maßnahmen ergreifen wird.

Dies wird die VNB dazu veranlassen, Maßnahmen zu ergreifen und eine stärkere Einführung umweltfreundlicher alternativer GIS voranzutreiben. Die kommende Gesetzgebung wiederum hat die Hersteller von Schaltanlagen dazu veranlasst, SF6-freie Designs zu entwickeln und zu verfeinern. Dabei spielen sowohl trockene Luft als auch Alternativen wie das Gasgemisch auf Fluorketonbasis eine Rolle. ABB ist sich der Bedeutung dieser Tatsache bewusst und hat die Patente für die grundlegende Verwendung von Fluorketongas eröffnet, damit der Planet davon profitieren kann. Daher ist es wahrscheinlich, dass wir im Laufe der Zeit die Entwicklung einer breiteren Palette SF6-freier Schaltanlagen erleben werden.

Stephen Gibbs ist UK-Produktdirektor für Distribution Solutions beiABB