นักวิจัยจาก Georgia Tech ได้พัฒนาต้นแบบเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ใช้ CO2 ภายใต้สภาวะวิกฤตเพื่อทดแทนแก๊ส SF6 แต่ชุมชนเทคโนโลยีกำลังตั้งคำถามสำคัญเกี่ยวกับทั้งประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมและความพร้อมทางเทคนิคของนวัตกรรมนี้
งานวิจัยที่นำโดย Lillian Gabler จากห้องปฏิบัติการพลาสมาและไดอิเล็กทริกของ Georgia Tech มีเป้าหมายเพื่อแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ แก๊ส SF6 ที่ใช้กันทั่วไปในเซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันสูงมีศักยภาพในการสร้างภาวะโลกร้อนสูงกว่า CO2 ถึง 25,000 เท่า แม้การรั่วไหลเพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศอย่างมหาศาลตลอดอายุการคงอยู่ในชั้นบรรยากาศ 3,200 ปีของแก๊สนี้
การเปรียบเทียบผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมระหว่าง SF6 และ CO2:
- ศักยภาพในการทำให้โลกร้อนของ SF6: มากกว่า CO2 ถึง 25,000 เท่า
- อายุการคงอยู่ในชั้นบรรยากาศของ SF6: ประมาณ 3,200 ปี
- การปล่อย SF6 ต่อปีจากอุปกรณ์ไฟฟ้า: 8,200 ตันทั่วโลก
- ผลกระทบเทียบเท่า CO2: 205 ล้านตัน CO2e ต่อปี
- เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก: 0.39%
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมถูกตั้งคำถาม
แม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะสัญญาว่าจะขจัดการปล่อย SF6 แต่การอภิปรายในชุมชนเผยให้เห็นความกังวลที่ซับซ้อนเกี่ยวกับการอ้างสิทธิ์ด้านสิ่งแวดล้อม นักวิจารณ์ชี้ให้เห็นว่า CO2 ยังคงเป็นแก๊สเรือนกระจกอยู่ แม้จะมีความรุนแรงน้อยกว่า SF6 อย่างมาก การตลาดที่อ้างว่าปราศจากแก๊สเรือนกระจกดูเหมือนจะเป็นการเข้าใจผิด แม้ว่าความแตกต่างของผลกระทบในทางปฏิบัติจะมีขนาดใหญ่มาก
การวิเคราะห์ของชุมชนแสดงให้เห็นว่าการปล่อย SF6 จากอุปกรณ์ไฟฟ้าคิดเป็นประมาณ 0.39% ของการปล่อยแก๊สเรือนกระจกทั่วโลก ซึ่งเป็นตัวเลขที่ดูเหมือนเล็กแต่มีนัยสำคัญ ดังที่ผู้สังเกตการณ์คนหนึ่งกล่าวไว้ว่า นี่แสดงถึงผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศที่เทียบเท่ากับพื้นที่มหานครใหญ่ที่มีผู้อยู่อาศัยหลายล้านคน
ความท้าทายทางเทคนิคและความเป็นจริงของอุตสาหกรรม
แนวทาง CO2 ภายใต้สภาวะวิกฤตเผชิญกับอุปสรรคทางวิศวกรรมที่สำคัญ ระบบต้องการการรักษา CO2 ที่ความดันเกิน 1,200 บรรยากาศ ซึ่งเป็นสภาวะที่พบได้ทั่วไปในโรงกลั่นปิโตรเลียมแต่ไม่เคยมีมาก่อนในสถานีไฟฟ้าย่อย Georgia Tech ต้องพัฒนาบูชชิ่งแบบกำหนดเองโดยใช้อีพ็อกซีที่เติมแร่ธาตุและพอลิเมอร์พิเศษ เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่มีอยู่ใดที่สามารถรับมือกับความดันสุดขั้วเหล่านี้ได้
ชุมชนยังตั้งคำถามเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของโครงการ แม้จะมีหัวข้อข่าวที่บอกเป็นนัยว่าเป็นการเปิดตัว แต่เทคโนโลยีนี้ยังคงอยู่ในระยะต้นแบบ เงินทุน ARPA-E มูลค่า 3.9 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ สิ้นสุดลงในเดือนพฤษภาคม 2024 และการทดสอบยังจำกัดอยู่ในสภาพห้องปฏิบัติการเท่านั้น
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค:
- ความต้องการความดันของ CO2 ในสถานะ supercritical: มากกว่า 1,200 บรรยากาศ
- อุณหภูมิของ CO2 ในสถานะ supercritical: ประมาณ 90°F (32°C)
- การทดสอบต้นแบบ: วงจร 17 kW ที่ University of Minnesota
- การพัฒนาที่วางแผนไว้: อุปกรณ์ 100-kV
- วัสดุ bushing แบบกำหนดเอง: epoxy ที่เติมแร่ธาตุ, ตัวนำทองแดง, โพลิเมอร์
 |
|---|
| การออกแบบที่ซับซ้อนของต้นแบบเซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันสูงที่พัฒนาโดย Georgia Tech แสดงให้เห็นความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องในเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อมใหม่ |
ทางเลือกอื่นเริ่มปรากฏขึ้น
การอภิปรายในอุตสาหกรรมเผยให้เห็นว่า Georgia Tech ไม่ได้เป็นหน่วยงานเดียวที่แสวงหาทางเลือกแทน SF6 Hitachi Energy ได้นำส่วนผสมแก๊สที่แตกต่างกันไปใช้ในการประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์แล้ว ในขณะที่บริษัทอื่นๆ กำลังสำรวจสารประกอบอย่าง trifluoroiodomethane (CF3I) สำหรับการดับอาร์กในเบรกเกอร์แรงดันสูง
แนวทาง CO2 ภายใต้สภาวะวิกฤตเป็นเพียงหนทางหนึ่งในอุตสาหกรรมที่กำลังแสวงหาทางออกอย่างแข็งขัน แม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะแสดงให้เห็นความหวัง แต่การนำไปใช้ในทางปฏิบัติจะต้องมีโครงสร้างพื้นฐานเพิ่มเติม รวมถึงปั๊มความร้อนและระบบจัดการความดันที่ไม่มีอยู่ในสถานีไฟฟ้าย่อยปัจจุบัน
สถานะโครงการ:
- สถาบันวิจัย: Georgia Tech ( Lillian Gabler , ห้องปฏิบัติการพลาสมาและไดอิเล็กทริก)
- แหล่งทุน: 3.9 ล้านดอลลาร์สหรัฐจาก ARPA-E (สิ้นสุดเดือนพฤษภาคม 2024)
- ชื่อโครงการ: TESLA (Tough and Ecological Supercritical Line Breaker for AC)
- ระยะปัจจุบัน: การทดสอบต้นแบบในห้องปฏิบัติการ
- การทดสอบที่วางแผนไว้: EPRI Laboratories ใน Charlotte
มุมมองอนาคต
การเปลี่ยนผ่านจาก SF6 ดูเหมือนจะหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมเข้มงวดขึ้นทั่วโลก อย่างไรก็ตาม เส้นทางข้างหน้าอาจเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีที่แข่งขันกันหลายตัวมากกว่าทางออกเดียว งานวิจัยของ Georgia Tech มีส่วนช่วยเพิ่มความรู้ที่มีค่าให้กับการเปลี่ยนผ่านนี้ แม้ว่าการนำไปใช้เชิงพาณิชย์จะยังคงห่างไกลออกไปอีกหลายปี
ฉันทามติของชุมชนชี้ให้เห็นว่าแม้การขจัด SF6 จะมีความสำคัญต่อเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศ แต่เทคโนโลยีทดแทนต้องพิสูจน์ตัวเองผ่านการทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงอย่างเข้มงวดก่อนที่การนำไปใช้อย่างแพร่หลายจะเป็นไปได้