Alternativen für SF6 dringend gesucht

Schwefelhexafluorid ist in den meisten Umspannanlagen der Welt das Isoliergas der Wahl. Doch aufgrund seiner potentiellen Klimawirksamkeit entwickelt die Industrie umweltfreundlichere Lösungen – mit Erfolg.

 

Von Hubertus Breuer

In der Küstenstadt Bergen steht das Gebäude einer Umspannstation, die Norwegens größten Hafen für Kreuzfahrtschiffe mit Strom versorgt. Da die Zahl der dort anlegenden Schiffe über die letzten Jahre stark angestiegen ist, entschied der regionale Stromnetzbetreiber BKK Nett vor zwei Jahren, die Station aufzurüsten – von 45 kV auf 132 kV. Dabei hat die erneuerte Station eine Besonderheit: Sie setzt für ihre Hochspannungsschalter Reinluft als Isolationsmedium ein – statt Schwefelhexafluorid (SF6), das seit mehr als fünfzig Jahren Standard zur Vermeidung von Kurzschlüssen und Lichtbögen in Umspannwerken ist. 

Umspannwerke mit gasisolierten Schaltanlagen verbinden im Stromnetz an Knotenpunkten auf kleinstem Raum Höchst-, Mittel- und Niederspannung miteinander, von der Stromerzeugung bis hin zum Endverbraucher. In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach solchen Anlagen stark gestiegen – verantwortlich dafür sind die dezentrale Stromproduktion erneuerbarer Energiequellen, der global steigende Stromverbrauch und die zunehmende Urbanisierung, die nach kompakten Schaltanlagen verlangt. Hand in Hand damit gewachsen ist der Bedarf an SF6, das in den Schaltanlagen meist eingesetzt wird, da es weitgehend gefahrlos zu handhaben ist und eine platzsparende Bauweise ermöglicht. 

Doch in jüngster Zeit ist SF6 oftmals nicht mehr das Gas der Wahl. Der Grund: Tritt das Gas aus, trägt es zum Klimawandel bei. Es ist rund 23.500-mal so schädlich wie das Treibhausgas CO2 und hat in der Erdatmosphäre eine Lebensdauer von 3.200 Jahren. Nach Ansicht des Weltklimarates könnte eine komplette Einsparung von SF6 1,5 Prozent beitragen, um das 2013 im Pariser Klimaabkommen festgelegte Ziel einer Erderwärmung von nicht mehr als 2 Grad Celsius bis 2100 zu erreichen. 

Die potenzielle Klimawirksamkeit von SF6 hat in den letzten Jahren dazu geführt, dass die Nachfrage nach SF6-Alternativen kontinuierlich steigt. Im Angebot sind so genannten „Clean Air“-Lösungen, gereinigte Luft also, und Gasgemische, die nur über einen Bruchteil der Klimawirksamkeit von SF6 verfügen. 

 

Gekapselte Anlagen mit Reinluft als Isolationsgas nehmen zwar mehr Platz als SF6 ein, doch kombiniert mit digitalisierten Strom- und Spannungswandlern lassen sich diese Anlagen ebenso klein bauen wie SF6-Anlagen. Zudem sind sie langlebig und können bei niedrigsten Temperaturen – bis -50 Grad Celsius – problemlos eingesetzt werden. Und entweicht die Luft, ist das für die Umwelt völlig gefahrlos. Durch den Einsatz der Vakuumschalttechnik ergibt sich darüber hinaus eine Performancesteigerung. Eine kürzere Lichtbogenzeit als bei SF6 führt zu weniger Verschleiß der Anlage. 

 

 

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Clean-Air Lösungen sind nicht nur umweltfreundlich, sie sind für die Anwender auch zukunftssicher.
sagt Ulf Katschinski

 

Kein Wunder also, dass viele Neubauprojekte auf die Isolierung mit technisch gereinigter Luft und Vakuumschalttechnik setzen – sie werden für den Mittel- und Hochspannungsbereich vor allem von Siemens angeboten, das die Umspannstation in Bergen ausgerüstet hat.  "Clean-Air Lösungen sind nicht nur umweltfreundlich, sie sind für die Anwender auch zukunftssicher, da hierfür keine Restriktionen zu erwarten sind“, sagt Ulf Katschinski, Geschäftsführer für Hochspannungsschalttechnik bei Siemens Energy. „Im Vergleich zu SF6 und anderen Mischgasen ist das Medium Luft ein Gas, das im Überfluss vorhanden und völlig problemlos zu handhaben ist.“ 

 

Eine weitere Option sind bestimmte fluorierte Gasgemische, die weniger Treibhausgaspotenzial als SF6 haben. Der Zürcher Energieversorger ewz setzte seit 2015 eine solche Lösung ein, 2019 wurde eine 380 kV-Anlage in Obermooweiler im Allgäu errichtet. Die eingesetzten Gasmischungen verlieren allerdings ihre Wirksamkeit bei besonders niedrigen Temperaturen. Auch besteht die Gefahr, dass Teile schneller verschleißen und das die Schaltfähigkeit verringert. Darüber hinaus sind diese Gase so neu, dass es noch keine umfassende Klarheit über ihre Gesundheitsrisiken gibt. In jedem Falle ist ihre Handhabung aber aufwendiger als die von Clean Air, und entsprechend größer sind Ansprüche an den Service. 

Was all diesen Lösungen noch im Weg steht, ist indes der im Vergleich zu SF6 vorerst noch höhere Herstellungsaufwand. Deshalb sind es heute gerade die Energieversorger in reichen Ländern wie Norwegen oder Deutschland, die diese zukunftsgewandte, das heißt vor allem umweltfreundlichere Technik wählen. Doch je mehr SF6-Alternativen eingesetzt werden, desto niedriger sollte dieser Aufwand dank Skaleneffekten ausfallen. Und schließlich könnten auch staatliche und internationale Regulierungen den Prozess beschleunigen. Für eine nachhaltige Energieversorgung führt an diesen Innovationen jedenfalls langfristig kein Weg vorbei.

17. April 2020

Hubertus Breuer ist freier Journalist, spezialisiert auf Technologie Reportagen. Er lebt und arbeitet in München, Deutschland. 

Bild: independent medien-design

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