전력망은 다양한 고전압 장비를 절연하는 데 사용되는 단일 가스로 뒷받침됩니다. 문제는 그것이 또한 기후 변화에 악몽인 초강력 온실 가스라는 것입니다.
육불화황(또는 SF6)은 지구를 따뜻하게 하는 가장 흔한 가스와는 거리가 멀며, 지금까지 온난화의 약 1%를 기여했습니다. 이산화탄소와 메탄은 훨씬 더 잘 알려져 있고 풍부합니다. 그러나 다른 많은 불화 가스와 마찬가지로 SF6는 특히 강력합니다. 20,000배 더 많은 에너지 이산화탄소가 1세기 동안 지속되는 것보다 더 오래 지속되고, 대기 중에 1,000년 이상 지속될 수 있습니다.
지금까지 그들의 기여가 비교적 작았음에도 불구하고 가스 배출량은 증가하고 있으며 성장률은 매년 증가하고 있습니다. 중국의 SF6 배출량은 거의 2011년과 2021년 사이에 두 배로 증가이는 전 세계 가스 배출량의 절반 이상을 차지합니다.
이제 기업들은 가스에 의존하는 장비를 없애고 그 성능에 맞는 대체품을 찾고 있습니다. 지난주, 히타치 에너지 발표하다 SF6를 다른 재료로 대체하는 새로운 장비를 생산하고 있습니다. 그리고 전력 산업에서 SF6를 금지하려는 추진력이 형성되고 있으며, 여기에는 최근 유럽 연합에서 통과된 계획이 포함됩니다. 가스 사용을 단계적으로 폐지하다 2032년까지 고전압 장비에 적용.
장비 제조업체들이 대체 제품을 생산하기 위해 노력하는 가운데, 일부 연구자들은 우리가 한 걸음 더 나아가 불소 함유 물질을 전혀 사용하지 않는 솔루션을 찾기 위해 노력하고 있다고 말합니다.
고전압, 고위험
집에는 아마도 회로 차단기 상자가 있을 겁니다. 회로에 과부하가 걸리면 차단기가 뒤집혀 전기 흐름이 멈춥니다. 전력망에는 스위치기어라고 하는 비슷한 것이 있습니다.
히타치 에너지의 고전압 제품 사업부 부사장 겸 상무이사인 마르쿠스 하임바흐는 차이점은 종종 가정의 장비보다 백만 배 더 많은 에너지를 처리해야 한다는 점이라고 말합니다. 그 이유는 전력망의 일부가 고전압에서 작동하여 에너지를 가능한 한 적게 손실하면서 이동할 수 있기 때문입니다. 이러한 고전압은 항상 주의 깊은 절연과 문제가 발생할 경우를 대비한 안전 조치가 필요합니다.
일부 스위치기어는 가정용 회로 차단기 상자와 동일한 재료를 사용합니다. 즉, 절연을 위해 주변에 공기가 있습니다. 하지만 고전압을 처리하도록 확장하면 거대해지고 넓은 면적을 차지하게 되어 더 크고 밀도가 높은 도시에는 불편합니다.
오늘날의 해결책은 SF6입니다. “기술적인 관점에서 보면 슈퍼 가스”라고 하임바흐는 말합니다. 이것은 정상 작동 중에 장비를 절연하고 필요할 때 전류를 차단하는 데 도움이 됩니다. 그리고 전체적인 것은 공기 절연 장비보다 훨씬 작은 면적을 차지합니다.
문제는, 정상 작동 중에 소량의 SF6가 장비에서 누출되고, 고장이 나거나 오래된 장비를 제대로 처리하지 않으면 더 많은 SF6가 방출될 수 있다는 것입니다. 가스가 누출되면 열을 가두는 강력한 능력과 수명이 매우 길다는 사실 때문에 대기 중에 위협이 됩니다.
일부 정부는 곧 전력 산업에 대한 가스 사용을 금지할 예정이며, 이는 배출량의 대부분을 차지합니다. 유럽 연합 SF6 금지에 동의– 2030년까지 중전압 개폐장치를 포함하고, 2032년까지 가스를 사용하는 고전압 개폐장치를 포함할 것입니다. 미국 내 여러 주 제한과 단계적 폐지를 제안하거나 채택했습니다.
변경 사항 만들기
히타치 에너지는 최근 최대 550킬로볼트(kV)를 처리할 수 있는 고전압 스위치기어를 생산한다고 발표했습니다. 이 모델은 회사가 2023년에 설치를 시작한 420kV 정격 제품을 따릅니다. 오늘날 고객이 250개 이상을 예약했다고 하임바흐는 말합니다.
히타치 에너지의 새로운 스위치기어는 SF6를 대부분 이산화탄소와 산소를 포함하는 가스 혼합물로 대체합니다. SF6만큼 잘 작동하며 안전하고 신뢰할 수 있지만 훨씬 낮습니다. 지구 온난화 잠재력하임바흐는 대기 중에 99% 적은 에너지를 가두게 된다고 말했습니다.
하지만 히타치 에너지는 일부 신규 장비에 여전히 일부 C4-플루오로니트릴을 사용하는데, 이는 단열에 도움이 된다고 하임바흐는 말한다. 이 가스는 혼합물의 5% 미만으로 낮은 비율로 존재하며 SF6보다 덜 강력하다고 하임바흐는 말한다. 하지만 C4-플루오로니트릴은 여전히 강력한 온실 가스로 이산화탄소보다 최대 수천 배 더 강력하다. 이러한 물질과 기타 불소화 물질도 곧 위기에 처할 수 있다. 화학 거대 기업 3M 2022년 후반에 발표 이 회사는 2025년까지 모든 불소 중합체, 불소화 유체, PFAS 첨가제 제품 생산을 중단할 것이라고 밝혔습니다.
불소 함유 가스의 필요성을 없애기 위해 일부 연구자들은 대체 가스를 찾기 위해 그리드의 과거를 조사하고 있습니다. 조지아 공과대학 전기공학과 준교수인 루카스 그래버는 “SF6의 특성을 가진 일대일 대체 가스는 없다는 것을 알고 있습니다.”라고 말합니다.
SF6는 매우 안정적이고 극도로 전자음성적이어서 자유 전자를 잡는 경향이 있고, 다른 어떤 것도 SF6에 필적할 수 없다고 Graber는 말합니다. 그래서 그는 SF6 가스를 초임계 이산화탄소로 대체하는 것을 목표로 하는 연구 프로젝트를 진행하고 있습니다. (초임계 유체는 온도와 압력이 너무 높아서 액체와 기체 상이 정확히 존재하지 않는 유체입니다.) 영감은 예전에 석유 기반 재료를 사용하던 장비에서 나왔습니다. SF6처럼 전자를 잡으려고 하는 대신, 초임계 이산화탄소는 기본적으로 전자를 느리게 할 수 있습니다.
그래버와 그의 연구팀 프로젝트 자금을 받았습니다 미국 에너지부 산하 에너지 고등 연구 프로젝트 기관에서. 그는 첫 번째 소규모 프로토타입이 거의 완성되었으며, 2025년에 본격적인 프로토타입을 테스트할 계획이라고 덧붙였다.
히타치 에너지의 하임바흐는 전력망의 안전성과 신뢰성이 큰 위험을 안고 있기 때문에 공익사업은 보수적인 것으로 알려져 있다고 말합니다. 하지만 SF6 금지가 더 많아지면서 가스에 의존하지 않는 솔루션을 찾아 채택해야 할 것입니다.