Spis treści
Kompleksowa transformacja nie może pominąć sieci
Transformacja energetyczna to rozbudowany proces obejmujący działania w wielu sektorach i dziedzinach życia. Jednak elementem, bez którego nawet nie można o niej myśleć, są sieci elektroenergetyczne, ich rozbudowa i cyfryzacja. To właśnie nowoczesne, cyfrowo sterowane sieci umożliwią efektywne korzystanie z rozproszonych, przede wszystkim odnawialnych źródeł energii. Magazyny energii, ładowarki elektrycznych aut, nowe sposoby konsumpcji, dostosowane do produkcji – wszystkie te elementy będą musiały być spięte w sprawnie działającą całość za pomocą sieci.
Z sieciowego punktu widzenia to prawdziwa rewolucja, wymagająca nowych cyfrowych metod zarządzania i rozbudowy infrastruktury do rozdziału energii elektrycznej. Producenci takich urządzeń stanęli jednak niedawno przed olbrzymim wyzwaniem. W ramach dążenia do gospodarki nisko- a potem zeroemisyjnej, UE postanowiła stopniowo eliminować z użycia substancje wywołujące efekt cieplarniany. Wśród nich znajduje się gaz o nazwie sześciofluorek siarki, powszechnie stosowany w elektroenergetyce.
Sześciofluorek siarki – wiele zalet i kardynalna wada
Sześciofluorek siarki (SF6) to gaz, którego zastosowanie w elektroenergetyce umożliwiło między innymi miniaturyzację szeregu urządzeń, niezbędnych w nowoczesnych sieciach, zwiększając też znacząco bezpieczeństwo ich pracy.
Największa zaleta SF6 to bardzo dobre własności izolacyjne, wielokrotnie lepsze od powietrza. Urządzenia pracujące pod wysokim napięciem, w których elementy przewodzące prąd zamknięte są w atmosferze SF6, w pierwszej kolejności mogą być znacznie mniejsze. Cechą tego gazu jest też zdolność gaszenia łuku elektrycznego, który tworzy się w momencie otwierania obwodu pod napięciem. Łuk jest zjawiskiem niebezpiecznym, mającym wręcz niszczący wpływ. W skrajnych warunkach może doprowadzić do tak zwanego zwarcia metalicznego, które prowadzi do zniszczenia urządzeń pracujących w sieci. Zastosowanie sześciofluorku siarki wprost przekłada się więc na wzrost bezpieczeństwa pracy urządzeń sieciowych.
SF6 ma jednak również i swoją złą stronę, właściwość, która nabiera na znaczeniu wraz z tendencją do ograniczania emisji gazów cieplarnianych. Sześciofluorek siarki to bowiem jeden z najsilniejszych znanych nam tego typu gazów. Oczywiście przy ograniczaniu emisji najwięcej uwagi poświęca się dwutlenkowi węgla, bo tego czynnika cieplarnianego ludzkość uwalnia do atmosfery najwięcej. Ale już na przykład metan, uwalniający się do atmosfery przy eksploatacji i przesyle węglowodorów, wywołuje 25 razy większy efekt cieplarniany niż CO2.
Tymczasem efekty SF6 są prawie 25 tysięcy razy silniejsze niż CO2! Oczywiście, tam, gdzie się go stosuje, SF6 jest zamknięty w szczelnych komorach. Niemniej jednak w całym cyklu technologicznym produkcji, eksploatacji i utylizacji dochodzi do pewnych uwolnień. Badania brytyjskie sprzed kilku lat wykazały, że rocznie ucieka prawie 0,5% gazu, zamkniętego w urządzeniach energetycznych. Wcześniejsze badania amerykańskie wskazywały, że może to być nawet 2,5%. Z szacunków unijnych wynika, że SF6 wraz z innymi gazami zawierającymi fluor (zbiorczo zwanymi F-gazami) to 2,5% emisji gazów cieplarnianych UE. a średni efekt cieplarniany F-gazów jest 150 razy silniejszy niż CO2.
W przypadku SF6 emisje pochodzą wyłącznie z elektroenergetyki, ponieważ stosowanie tego gazu w hutnictwie jest od dawna zakazane. Inne F-gazy stosowane są przede wszystkim w pompach ciepła – kolejnym ważnym elemencie transformacji – czyli w obszarze elektryfikacji ogrzewnictwa. UE, realizując swoje ambicje klimatyczne, stanęła więc przed nie lada wyzwaniem: ponieważ F-gazy, w tym SF6, odgrywają dużą rolę w całej transformacji.
Ograniczenia, a potem zakazy są już przesądzone.
Komisja Europejska zaproponowała nowe regulacje ograniczające emisję gazów zawierających fluor w 2022 roku. Parlament Europejski przyjął swoje rozwiązanie wiosną 2023 roku, a na początku października uzgodniono ostateczną wersję.
Całkowite wycofanie F-gazów ma nastąpić do 2050 roku. Ich zastosowanie ma stopniowo maleć, na przykład w latach 2030-2032 będzie można użyć w nowych urządzeniach tylko 20% ilości tych gazów, które wejdą do użytku w latach 2024-2026. Regulacje te dotyczą jednak głównie pomp ciepła.
A co z SF6 i zastosowaniami w elektroenergetyce? Użycie sześciofluorku siarki w nowych urządzeniach pracujących pod średnim napięciem będzie całkowicie zakazane od 2030 roku, a zakazy dotyczące urządzeń do 24kV oraz 36kV wejdą odpowiednio w 2026 i 2028 roku. Dla tych pracujących pod wysokim napięciem zakaz ten będzie obowiązywać od 2032 roku. Tak daleko idące restrykcje w elektroenergetyce miałyby wysoce niekorzystny wpływ na rozbudowę sieci, gdyby nie fakt, że mamy już dojrzałe technologicznie rozwiązania alternatywne.
Alternatywa dla SF6 to powietrze i próżnia
Taką dojrzałą technologią jest użycie, zamiast sześciofluorku siarki, czystego powietrza jako czynnika izolującego i próżni do gaszenia niszczycielskiego łuku elektrycznego. Takie rozwiązanie zaproponowała firma Schneider Electric w swoich rozdzielnicach średniego napięcia GM AirSeT. Rozdzielnice średniego napięcia znajdują szerokie zastosowanie przy farmach wiatrowych i fotowoltaicznych, czyli w instalacjach o zasadniczym znaczeniu dla dekarbonizacji i transformacji.
Dzięki opatentowanym rozwiązaniom Schneider Electric, rozdzielnica GM AirSeT ma niemal takie same parametry techniczne jak porównywalne urządzenie zawierające SF6 oraz zachowaną funkcjonalność bez żadnych kompromisów. Z punktu widzenia użytkownika to łatwość przejścia na nową technologię i brak zmian w obsłudze urządzenia. Co więcej, wykorzystująca czyste powietrze GM AirSeT to dla klienta gwarancja, że nie dotkną go żadne kolejne restrykcje w regulacjach dla elektroenergetyki. Żywotność urządzenia producent szacuje na 40 lat i w tym czasie istnieje ryzyko pojawienia się kolejnych regulacji. Tymczasem GM AirSeT nie zawiera żadnych substancji, które w przyszłości mogłyby być zakazane. Do izolacji pól pod napięciem używa wyłącznie powietrza, a same łączenia i rozłączenia obwodu odbywają się w komorach próżniowych. To właśnie próżnia skutecznie zapobiega powstawaniu łuku.
Cyfrowe środowisko i niezawodność
Rozdzielnica GM AirSeT może być zintegrowana z cyfrową platformą EcoStruxure, częścią systemu o otwartej architekturze, połączonego z Internetem Rzeczy. EcoStruxure spina urządzenia sieciowe, mobilne, czujniki, usługi w chmurze, narzędzia analityczne i cyberbezpieczeństwa.
Najbardziej złożone i zaawansowane zastosowania aplikacji ochrony i sterowania pól średniego napięcia w rozdzielnicach GM AirSet realizowane są dzięki nowej serii wielofunkcyjnych zabezpieczeń PowerLogic P7 stanowiących nowoczesną platformę. Modułowa konstrukcja usprawnia konserwację urządzenia i skraca czas przestojów instalacji, a zgodność z IEC 61850 Ed2.1 zapewnia większą wydajność. Zabezpieczenie wyposażone jest w duży kolorowy ekran dotykowy o przekątnej 7 cali, który łączy intuicyjną nawigację po menu, z elastyczną i konfigurowalną grafiką elementów funkcyjnych. PowerLogic P7, zaprojektowane zgodnie z normą IEC 62443 SL2, pomaga zmniejszyć narażenie instalacji na zagrożenia przed cyberatakami, poprawiając bezpieczeństwo infrastruktury krytycznej. Rozbudowane funkcje rejestracji o dużej częstotliwości próbkowania, programowalna graficzna logika oraz wbudowane narzędzia do testów fizycznych i wirtualnych zapewniają niezawodność podczas testowania pól zasilających w całym okresie eksploatacji.
Rozdzielnica GM AirSeT wraz z rodziną zabezpieczeń PowerLogic P7 ma rozbudowane mechanizmy autodiagnostyczne. Mowa choćby o kontroli temperatury i wilgotności celem zapobieżenia przedwczesnemu starzeniu elementów czy systemie monitoringu zużywania się elementów mechanicznych. Mierzy on na przykład szybkość zamknięcia i otwarcia obwodu, prędkości napędu wyłącznika czy też wykrywa wadliwe połączenia elektryczne poprzez analizę płynących przez nie prądów. Kondycję urządzenia można monitorować zdalnie i odpowiednio zarządzać przeglądami. Właśnie dzięki narzędziom autodiagnostycznym, producent szacuje trwałość urządzenia na 10 tys. operacji łączenia i rozłączenia, co przeciętnie oznacza 40 lat eksploatacji.
Dowiedz się więcej na temat GM AirSeT tutaj – https://www.se.com/pl/pl/product-range/38778935-gm-airset-performance/#overview
