SF6の置き換え

Jun 20, 2023

10 年前、SF6 は地球温暖化係数が最も高いと考えられているにもかかわらず、高圧開閉装置の絶縁ガスとして SF6 を使用する代替手段はありませんでした。 現在では代替ガスが入手可能であり、Fガスの時代は終わりを迎えているようだとマーク・クシェル博士は書いているシーメンスエナジー社の。

300 平方キロメートルの面積をカバーする 100 基を超える巨大なタービンを備えた洋上風力発電所は、まさに目を見張るものがあります。 イングランドのサフォーク沖にあるイースト アングリア ワン風力発電所は、714MW の容量を持ち、63 万世帯以上の家庭に電力を供給するのに十分な再生可能エネルギーを生産しています。

北海南部の容赦ない波の中で発電現場を眺めるのは、非常に印象的です。 しかし、風力発電所を注目に値する隠れた特徴もあります。 各風力タービンでは、高電圧開閉装置に可能な限り環境に優しい断熱材、つまり、かつて標準であった SF6 (六フッ化硫黄) の代わりにきれいな空気が使用されています。

答えは確かに風に吹かれており、時代は変わりつつあります。

この記事は、シーメンス エナジーの専門家が脱炭素化エネルギー システムにどのように移行できるかについての洞察を共有する「将来のエネルギーの展望」シリーズの一部です。

SF6 は人工の無臭ガスで、F ガス (フッ素化ガス) のグループに属します。 人間の活動によって排出される最も有害で長期にわたる温室効果ガスは、CO2 の 25,200 倍強力で、大気中での寿命は最大 3,200 年です。

米国環境保護庁によると、世界中で約 80% が開閉装置業界で使用されています。 したがって、この分野に取り組むことが最重要であることは明らかです。だからこそ、East Anglia One は環境保護に向けた効果的な取り組みを主導すべきなのです。

これは再生可能エネルギーを生成するだけでなく、プロジェクトの送電部分の脱炭素化における新たな基準も設定します。風力発電所はほぼ 3 年間稼働しており、地球温暖化の可能性がある開閉装置を初めて使用した発電所の 1 つです ( GWP) はゼロです。

今日、特に絶縁開閉装置の需要が急増しているため、高電圧絶縁における SF6 やその他のフッ素化ガスの継続的な使用は、クリーンな電力伝送に関して差し迫った懸念となっています。

これは、分散型再生可能エネルギーの生産、世界的な電力消費量の増加、都市化の進行により、小型変電所の需要も増加し、したがってコンパクトで環境に優しい開閉装置の需要も増加しているためです。

規制当局はこれに注目し、フッ素系ガスをますます排除する傾向にあります。 たとえば、SF6 の GWP が高いため、EU は 2014 年に、当時代替品がなかったため、電力部門を除くほとんどの用途で SF6 を禁止しました。

2022 年 4 月、欧州委員会は、グリッド技術における F ガスの使用に対するさらなる制限を求めるこの重要な法律の改正を提案しました。

2050年までにFガスを90%削減し、開閉装置の電圧に応じて2026年から2031年までにGWPが10を超える開閉装置（高電圧）でのFガスの使用を禁止する。

また、F ガスを含まない代替品が利用できない可能性があるニッチな状況でも柔軟に対応できます。

カリフォルニア州では、ガス絶縁開閉装置から F ガスを除去するための規制がすでに導入されています。 そして当然のことながら、最近エジプトで開催された COP27 では、F ガスが世界規模で F ガスを使用しない代替案を探ることを目的としたパネルディスカッションの中心的な議題となった。

ヨーロッパにおける F-ガス規制の最新情報をお読みください:EU国会議員、フッ素ガス排出削減に倍増

そもそもなぜ SF6 が開閉装置用のガスとして人気を博したのでしょうか?

明らかな理由により、これは非常に効果的な消弧および絶縁媒体であり、長期安定性があり、注意を払えば比較的安全に取り扱うことができます。 1960 年代まで、石油は世界中の変電所の高圧遮断器の消弧媒体として使用されていました。

しかし、火災の危険性やメンテナンスの負担など、さまざまな欠点がありました。 SF6 が最初に実装されたとき、SF6 は高電圧アプリケーションの性能と安全性を向上させるための優れた代替手段とみなされていました。

現在、SF6 は今日でも世界中の開閉装置で使用される標準ガスです。 世界中で毎年数千トンの SF6 が開閉装置に設置されており、その耐用年数は 40 ～ 60 年と予想されています。

確かに、メーカーは SF6 によってもたらされるリスクを軽く考えているわけではありません。 現在の最先端技術により、SF6 の漏れ率を年間 0.1% 未満に抑えることができます。

同時に、システム エンジニアは全員、SF6 を含む開閉装置コンポーネントを慎重に取り扱うことに対して敏感であり、その取り扱いについて訓練を受けています。

しかし、気候変動を最小限に抑えるために世界中で採用されているネットゼロ目標を考慮すると、開閉装置機器ではSF6を完全に廃止する必要があるだろう。

SF6 に代わる主な候補は、CO2、O2、N2 などの天然起源のガスと、SF6 の気候への影響の一部を占める他の人工フッ素化ガスを含むガス混合物に基づいています。

フッ素化ガス混合物は SF6 より地球温暖化係数が低いにもかかわらず、GWP は依然として 1 より数百高い値です。さらに、これらのガス混合物は非常に低い温度では効果を失います。

また、開閉装置のコンポーネントの摩耗が早くなり、開閉性能が低下し、メンテナンスコストが高くなるというリスクもあります。

さらに、ガスの取り扱いは天然由来のガスよりもはるかに複雑であり、それに応じてサービスと保管の要件も高くなります。 この場合、開閉装置の気密性は SF6 を超えるため、メンテナンスコストが高くなります。 これらの F ガスは「永遠の化学的」PFAS (パーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル) グループに属しているため、さらなるリスクを伴う可能性があります。

PFAS 化学物質は環境汚染や健康リスクに関連しているため、PFAS を段階的に廃止し、これらの物質に対する規制を制限する世界的な傾向があり、代わりの解決策が利用可能です。

持続可能性を積極的に確保するため、最大の市場プレーヤーの1つである3Mは、2022年末に（PFAS）製造から撤退し、2025年末までに製品ポートフォリオ全体でPFASの使用を中止することに取り組むと発表しました。

SF6 のもう 1 つの代替品は、天然由来のガスを断熱材として使用する F ガスフリーの製品です。 このガス技術は、環境、気候、人間の健康にまったく害を与えません。 しかし、SF6 絶縁開閉装置から天然由来ガスを絶縁材として使用することは、どれほど現実的でしょうか?

現在、ますます多くの開閉装置メーカー、送電・配電事業者、規制当局が、大気、水、土壌の汚染リスクがなく、GWP がゼロまたは 1 未満の F ガスフリーのオプションを支持しています。

これは、世界の一部の地域で SF6 やその他の F-ガスを使用する場合、法律で義務付けられている慎重な取り扱い、リサイクル、報告の必要がないことも意味します。

最後に、SF6 の段階的廃止に向けて提案されているさまざまな移行スケジュールを見ると、今日の F ガスフリー技術がその課題に対処できることは明らかです。

「開閉装置の F ガスの交換: 進行中の革命」のコピーをダウンロードしてください

それはすでに起こっています：それはオフショアだけではありません。 2018年、シーメンス・エナジーは、ベルゲンにあるノルウェーのネットワーク事業者BKKネットの変電所に、同社の「ブルー・ポートフォリオ」のクリーン・エア・スイッチギアを供給した。

きれいな空気は純粋に 80% の窒素と 20% の酸素で構成されており、GWP はゼロです。 同社は現在、世界中で 1,000 台を超える開閉装置ユニットをクリーンな空気で稼働させています。

シーメンス エナジーは、2030 年以降、F ガスフリー製品のみを世界中で販売することを目指しています。 また、他のメーカーも非常に積極的です。ヨーロッパ、日本、韓国、中国の企業は天然ガスベースの開閉装置を提供することができ、例えば、GWP < 1 の CO2/O2 ガス混合物をベースとしたサーキットブレーカーも提供しています。

そして、これらの企業の一部は、開閉装置における F ガスのゼロを求める「ネットゼロのための開閉装置」と呼ばれる提携を結んでいます。

GWP < 1 の天然起源ガスは、新たな排出がなく、取り扱いが簡単かつ安全で、労働者の健康リスクや環境への害がないことを意味します。 天然由来ガス機器の CO2 排出量は SF6 の CO2 排出量よりも大幅に低く、直接排出をゼロにする唯一のソリューションを提供し、完全に脱炭素化されたサプライ チェーンと組み合わせることで二酸化炭素排出量ゼロを達成できます。

天然由来ガスソリューションを使用すると、機器のライフサイクルコストが大幅に削減されます。 この装置は、-50℃までの極低温でも対策なしで使用できます。

将来のエネルギーのさらなる展望破壊的なサービス ソリューションがどのようにして発電所を再活性化するのかネット ゼロに向けてクリーンな燃料をスケールアップするネット ゼロに向けて石炭とグリーン ガスを排除する

今後の道筋は明確に見えるかもしれませんが、この過渡期では、開閉装置メーカーと送電事業者は依然として課題を抱えています。

風力発電所では特にそうです。 風力タービンに F ガスを含まない開閉装置を装備した最初のプロジェクトがありますが、145 kV を超える電圧と電力供給を組み合わせる開閉装置では、依然として SF6 絶縁開閉装置が使用されています (とはいえ、多くの変電所のようにトンではなくわずかキログラム)。

なぜ？ この kV 範囲では、きれいな空気または他の無害なガス混合物を使用した代替製品はまだ入手できません。

しかし、それらが現在進行中であることは秘密ではありません。 たとえば、シーメンス エナジーでは、400kV の開閉装置の検証が進行中ですが、計器用変圧器やガス絶縁バスダクトなどの回路ブレーカー機能のない開閉装置は、すでに最大 420kV まで利用可能です。

他のメーカーも同様の取り組みを進めています。 したがって、これらのより高い電圧範囲でも、Fガスを含まない代替品が間もなく利用可能になるはずです。

著者について

Mark Kuschel 博士は、Siemens Energy の国際標準化責任者であり、同社のグリッド テクノロジー ビジネスの標準化と規制に関するトピックを指揮しています。 20 年以上にわたり、送配電事業でさまざまな役職を歴任し、持続可能な F ガスフリー製品の創始者の 1 人でもありました。