回收再利用 電網(wǎng)控“氟”有方

巴西當(dāng)?shù)貢r間11月15日下午，巴西貝倫《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第三十次締約方大會（COP30）“非二氧化碳溫室氣體協(xié)同治理 構(gòu)筑氣候安全防線”主題邊會在COP30“中國角”成功舉辦。國家電網(wǎng)有限公司在會上展示的六氟化硫管控成果備受關(guān)注。

六氟化硫因其優(yōu)異的絕緣滅弧性能廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備，但因它的溫室效應(yīng)遠超二氧化碳，一直以來都被嚴格管控。國家電網(wǎng)公司開創(chuàng)六氟化硫循環(huán)利用新模式，攻克六氟化硫混合氣體關(guān)鍵技術(shù)，推進六氟化硫新型環(huán)保替代氣體應(yīng)用，為全球電網(wǎng)綠色轉(zhuǎn)型、助力環(huán)境保護提供借鑒。

PART1

六氟化硫凈化循環(huán)，促進電力系統(tǒng)減排

六氟化硫是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的惰性氣體，具有優(yōu)異的絕緣滅弧性能。在六氟化硫氣體中，電力開關(guān)設(shè)備中的帶電部件不容易發(fā)生放電。

憑借得天獨厚的絕緣性和穩(wěn)定度，從20世紀中葉開始，六氟化硫氣體被廣泛用于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)、氣體絕緣金屬封閉輸電線路等設(shè)備。

但六氟化硫氣體也有“天生的缺陷”。六氟化硫是已知溫室效應(yīng)最強的工業(yè)氣體，由于不如二氧化碳為人們所熟知，因此被稱為隱形的“碳”。加強六氟化硫氣體管控，對保護生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。

我國高度重視溫室氣體排放控制，9月24日，我國在聯(lián)合國氣候變化峰會宣布了2035年國家自主貢獻目標，首次提出覆蓋全經(jīng)濟范圍、包括所有溫室氣體的絕對量減排目標，即到2035年，中國全經(jīng)濟范圍溫室氣體凈排放量比峰值下降7%~10%。11月3日，中國向《聯(lián)合國氣候變化框架公約》秘書處正式提交《2035年中國國家自主貢獻報告》。《報告》提出，加強電力系統(tǒng)六氟化硫管控，推進替代技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。

國家電網(wǎng)公司供電范圍占中國國土面積的88%，是世界上輸電能力最強、規(guī)模最大的電網(wǎng)，正在運行中的六氟化硫設(shè)備規(guī)模龐大。在六氟化硫管控領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新突破，是減排降碳的重要舉措。

六氟化硫溫室效應(yīng)強，做好日常監(jiān)測是防止氣體泄漏的重要手段。在湖北省赤壁市，500千伏赤壁變電站運維人員每天通過六氟化硫泄漏在線監(jiān)測裝置實時監(jiān)測六氟化硫逸散波動率，當(dāng)發(fā)現(xiàn)六氟化硫密度曲線出現(xiàn)異常波動時，運維人員立即展開分析，判斷漏氣原因，及時消除安全隱患，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

在正常運行的電氣設(shè)備中，六氟化硫氣體是保障設(shè)備實現(xiàn)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，需要做好氣體壓力監(jiān)測。在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障或退役時，為防止污染大氣，專業(yè)人員需要將設(shè)備中的六氟化硫氣體回收凈化。

自2006年起，國家電網(wǎng)公司主動作為、長期謀劃，布局推動六氟化硫設(shè)備現(xiàn)場回收與凈化處理技術(shù)研發(fā)，搭建六氟化硫管控體系和數(shù)字化管控平臺，不斷推進六氟化硫新型環(huán)保替代氣體應(yīng)用，構(gòu)建覆蓋電網(wǎng)六氟化硫氣體全生命周期的解決方案，助力電網(wǎng)綠色轉(zhuǎn)型。

在經(jīng)營區(qū)內(nèi)，國家電網(wǎng)公司建設(shè)了26個省級處理中心，形成了“分散回收、靈活處置、統(tǒng)一檢測、循環(huán)利用”的六氟化硫循環(huán)再利用減排模式，現(xiàn)場回收率達到97%，氣體凈化率達到98%以上，氣體再生純度達99.9%。

“國網(wǎng)安徽電力六氟化硫氣體回收中心工作人員會根據(jù)省內(nèi)變電站需求，攜帶專業(yè)設(shè)備現(xiàn)場回收故障或退役設(shè)備中的六氟化硫氣體，然后帶回中心開展凈化，凈化好的氣體經(jīng)過檢驗合格后再存入儲氣瓶，等待注入新的電氣設(shè)備循環(huán)利用。”國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院相關(guān)技術(shù)人員杭忱告訴記者。

送往處理中心統(tǒng)一回收凈化是批量凈化六氟化硫的主要方式。除此之外，國家電網(wǎng)公司還立足實際工作需求，自主研發(fā)了六氟化硫現(xiàn)場回收與凈化處理技術(shù)，即在變電站現(xiàn)場回收六氟化硫氣體并實施凈化處理，在凈化后的氣體檢驗合格后，當(dāng)場將六氟化硫氣體注入需要的電氣設(shè)備中。目前，六氟化硫氣體回收與凈化處理技術(shù)入選《國家重點推廣的低碳技術(shù)目錄》，出口至新加坡、印度、俄羅斯等37個國家。

截至2024年年底，國家電網(wǎng)公司累計回收六氟化硫2600余噸，等效二氧化碳減排量6500余萬噸，相當(dāng)于3.5億棵樹一年吸收的二氧化碳量，減排規(guī)模在全球電力行業(yè)居于領(lǐng)先地位。

PART2

數(shù)字化管控平臺，智能管理隱形的“碳”

在綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的共同愿景下，六氟化硫氣體檢測、回收、凈化的管理方式不斷升級，新技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)了對電氣設(shè)備中的六氟化硫氣體的智能管理。

國家電網(wǎng)公司開發(fā)了六氟化硫數(shù)字化管控平臺，利用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)六氟化硫來源可溯、去向明晰、流程可控。

管控從入網(wǎng)開始。進入處理中心后，每瓶六氟化硫氣體都會擁有一個獨一無二的身份信息，通過條形碼識別后被記錄到六氟化硫數(shù)字化管控平臺中。氣體從哪座站來，目前是什么狀態(tài)，內(nèi)部的組分是什么，凈化后被用到哪臺設(shè)備……都能實時查詢。

在國網(wǎng)江蘇省電力有限公司六氟化硫氣體回收處理中心，待流轉(zhuǎn)的氣體鋼瓶放至智能鋼瓶管理柜，等使用時再取出。

智能鋼瓶管理柜由貨架、操作車、鋼瓶立體管理庫操作平臺組成。登錄操作平臺后，工作人員可通過智能鋼瓶管理系統(tǒng)查看當(dāng)前的庫存，并一鍵式操作運輸車把待流轉(zhuǎn)的氣體鋼瓶碼放到特定位置，關(guān)聯(lián)管控平臺，就能快速精準知道庫存量。

氣體詳細狀態(tài)信息則會在信息存儲板中存儲，運維人員可通過顯示屏直接查看氣體的品質(zhì)、質(zhì)量、去向等信息，也可通過移動終端直接掃碼獲取詳細的報告信息。

智能鋼瓶管理系統(tǒng)內(nèi)存儲的氣體鋼瓶，如果超過半年檢測周期未被現(xiàn)場啟動，工作人員就需重新使用六氟化硫氣體現(xiàn)場一體化檢測裝置檢測氣體濕度，并更新氣體狀態(tài)信息，其身份碼會同步編碼體現(xiàn)狀態(tài)變化。

借助數(shù)字化技術(shù)，國家電網(wǎng)公司持續(xù)加強六氟化硫氣體全生命周期數(shù)字化管控，嚴格控制六氟化硫氣體回收、凈化、檢測、配送等環(huán)節(jié)的碳排放。

11月10日，在位于河北省石家莊市欒城區(qū)的國網(wǎng)河北省電力有限公司六氟化硫氣體回收處理中心，技術(shù)人員張立軍和同事掃完氣瓶上的條形碼后，將大約300千克重的六氟化硫氣瓶連接上六氟化硫凈化處理系統(tǒng)。只需8小時，這些處理后的氣體就能被送往各個變電站，在電力系統(tǒng)中繼續(xù)“上崗”。

國網(wǎng)河北電力六氟化硫氣體回收處理中心于2019年成立，2022年實現(xiàn)六氟化硫數(shù)字化管控，在“i國網(wǎng)”APP上上線了六氟化硫全流程數(shù)字化移動應(yīng)用工具。

基于該數(shù)字化移動應(yīng)用工具，張立軍和同事在河北南網(wǎng)的六氟化硫氣體回收作業(yè)現(xiàn)場，只要對準變電站開關(guān)設(shè)備信息銘牌，用手指點觸六氟化硫數(shù)字化移動工具的“掃一掃”功能，回收系統(tǒng)、回收裝置以及待回收設(shè)備數(shù)據(jù)瞬間實現(xiàn)物聯(lián)互通，回收作業(yè)過程數(shù)據(jù)“一鍵式”采集傳輸至后臺回收系統(tǒng)。

數(shù)字化移動工具具備數(shù)據(jù)自動采集、自動處理、自動傳輸?shù)裙δ埽谧鳂I(yè)過程中可實時查看回收過程數(shù)據(jù)，作業(yè)完成后自動上傳至云端存儲，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高效共享。移動信息采集終端應(yīng)用后，可節(jié)省60%回收作業(yè)人力成本。此外，依托數(shù)字化移動工具的數(shù)據(jù)自動處理功能，回收作業(yè)人員還能及時發(fā)現(xiàn)減排低效環(huán)節(jié)，在提高工作效率的同時，進一步管控六氟化硫氣體排放。

PART3

突破關(guān)鍵技術(shù)，加速推廣替代氣體

隨著我國“雙碳”目標的加快推進，更多環(huán)境友好型的電力設(shè)備在工程中得到應(yīng)用。降低六氟化硫氣體的使用和排放，推廣新型環(huán)保絕緣介質(zhì)，不僅可以減少溫室氣體排放，還可以推動電力設(shè)備的更新升級。

今年，國網(wǎng)江蘇電力加大電力設(shè)備更新改造力度，開展大規(guī)模電力設(shè)備氣體更新，助力電力保供和節(jié)能減排。該項更新工作將持續(xù)至2028年，涉及江蘇省內(nèi)大型變電站超400座、相關(guān)電氣設(shè)備約4000臺。

“國家電網(wǎng)公司一直致力于減少六氟化硫等溫室氣體的使用和排放技術(shù)研究，力求在提高電力設(shè)備運行可靠性的同時降低六氟化硫使用量，因此確定了多技術(shù)路線六氟化硫替代應(yīng)用工作，加快推動六氟化硫混合氣體應(yīng)用，創(chuàng)新突破六氟化硫替代技術(shù)難題，推動電氣設(shè)備環(huán)保綠色升級。”國家電網(wǎng)公司設(shè)備部技術(shù)人員葛棟說。

用六氟化硫/氮氣混合氣體替代純六氟化硫氣體，無需對設(shè)備主體結(jié)構(gòu)進行大規(guī)模改造，在保障電網(wǎng)安全的前提下，可以將單臺設(shè)備的六氟化硫使用量降低約50%。

六氟化硫和氮氣的化學(xué)性質(zhì)不同，運維過程中需要精準檢測混合氣體的混合比例是否恰當(dāng)和精準快速補氣，這對日常的檢測和運維提出更高要求。國家電網(wǎng)公司科研人員重點攻關(guān)檢測與運維環(huán)節(jié)，研制檢測運維一體化成套裝置，在保障運行安全的同時實現(xiàn)環(huán)保效益。

自2023年起，國家電網(wǎng)公司按照“增量設(shè)備全面應(yīng)用、存量設(shè)備有序改造”的原則，在110千伏、220千伏全金屬封閉組合電器設(shè)備（除斷路器氣室）中，全面推廣使用六氟化硫/氮氣混合氣體。截至2024年年底，國家電網(wǎng)公司共改造存量氣體絕緣全封閉組合電器設(shè)備2500余間隔，減少使用六氟化硫氣體130余噸，以實際行動為電網(wǎng)降碳提供了可復(fù)制、可推廣的示范。

同時，國家電網(wǎng)公司探索綠色替代方案，突破六氟化硫替代技術(shù)難題，鎖定當(dāng)前國際公認最有潛力的六氟化硫替代氣體——全氟異丁腈（C4）展開科研攻關(guān)。全氟異丁腈是一種新型環(huán)保絕緣氣體，其溫室效應(yīng)約為六氟化硫的十分之一，絕緣強度約為六氟化硫的2.2倍，但是全氟異丁腈的核心技術(shù)曾長期被國外壟斷。

面對國際上的技術(shù)壟斷，國家電網(wǎng)公司從2017年起持續(xù)科研攻關(guān)，首創(chuàng)基于定向加成的全氟異丁腈氣體綠色合成方法，成功建成年產(chǎn)能噸級以上的全氟異丁腈中試生產(chǎn)線，產(chǎn)出氣體純度高達99.99%，達到當(dāng)前國際最高水平。

目前，國家電網(wǎng)公司成功研制了10千伏環(huán)保氣體全氟異丁腈環(huán)網(wǎng)柜，已在安徽、河南地區(qū)推廣應(yīng)用，并打造了環(huán)保絕緣氣體示范區(qū)。

今年6月，全國首臺550千伏全氟異丁腈環(huán)保氣體絕緣金屬封閉輸電管道在安徽安慶500千伏榮升變電站帶電運行。這是我國實現(xiàn)工程應(yīng)用的最高電壓等級環(huán)保氣體絕緣電氣裝備，標志著全氟異丁腈氣體應(yīng)用從低壓領(lǐng)域到超高壓領(lǐng)域的跨越式突破。

隨著低氟及無氟電氣設(shè)備技術(shù)路線逐步明確，未來將有大量的六氟化硫電氣設(shè)備被替代。

六氟化硫氣體可在大氣中存留超過3200年，傳統(tǒng)的六氟化硫熱降解法耗能高、投資大。因此，如何低碳、高效地處置這些退役氣體，已成為行業(yè)需要攻關(guān)的難題。

“安徽電科院擁有國家電網(wǎng)公司電力設(shè)備油氣介質(zhì)狀態(tài)評估與循環(huán)利用技術(shù)實驗室，我們正在探索將六氟化硫轉(zhuǎn)化為高價值產(chǎn)品，真正實現(xiàn)‘變廢為寶’。”杭忱介紹，安徽電科院搭建了電、化學(xué)、光三種活化路徑綜合實驗平臺，已建成六氟化硫資源化連續(xù)流示范裝置，集成光化學(xué)反應(yīng)與物料循環(huán)系統(tǒng)，六氟化硫的轉(zhuǎn)化率可達到90%以上，高價值產(chǎn)物批量分離產(chǎn)率高達60%以上，為實現(xiàn)高附加值含氟化學(xué)品的規(guī)模化、低碳化生產(chǎn)提供了可行的路徑。

目前，國家電網(wǎng)公司在生態(tài)環(huán)境部指導(dǎo)下正積極推動國內(nèi)首個含氟溫室氣體自愿減排方法學(xué)研究，旨在通過溫室氣體自愿減排交易市場激發(fā)市場主體減少溫室氣體排放的主動性和積極性，激勵和帶動更多企業(yè)參與溫室氣體減排行動，進一步提高六氟化硫管控成效，為全球電力設(shè)備低碳化轉(zhuǎn)型提供完整可靠的“中國實踐”。

PART4

國家電網(wǎng)公司管控六氟化硫的三大實踐

開創(chuàng)六氟化硫循環(huán)利用新模式

●建設(shè)了26個省級處理中心，形成了“分散回收、靈活處置、統(tǒng)一檢測、循環(huán)利用”的六氟化硫循環(huán)再利用減排模式。

●實現(xiàn)現(xiàn)場回收率達97%，氣體再生純度達99.99%。

●截至2024年年底，公司已累計回收六氟化硫2600余噸，等效二氧化碳減排量6500萬余噸。

推動六氟化硫/氮氣混合氣體應(yīng)用

●提出六氟化硫/氮氣混合氣體原位替代方案，開發(fā)六氟化硫混合氣體檢測運維系列技術(shù)與成套裝置，在保障設(shè)備安全運行前提下，六氟化硫使用量可減少約50%。

●截至2024年年底，共改造存量氣體絕緣全封閉組合電器設(shè)備2500余間隔，節(jié)省六氟化硫氣體130余噸。

突破技術(shù)難題推動環(huán)保氣體應(yīng)用

●應(yīng)用環(huán)保型電力絕緣氣體——全氟異丁腈（C4），首創(chuàng)連續(xù)氣相催化生產(chǎn)工藝，建成年產(chǎn)能噸級以上的全氟異丁腈中試生產(chǎn)線，氣體純度達99.99%，達到國內(nèi)外最高水平。

●成功研制10千伏環(huán)網(wǎng)柜，在安徽、河南地區(qū)推廣應(yīng)用并打造環(huán)保絕緣氣體示范區(qū)；研制的500千伏環(huán)保氣體絕緣金屬封閉輸電管道于2025年6月在安徽安慶成功帶電運行。