“双碳”目标下，我国风电、太阳能发电装机快速增长。中电联近日发布的报告显示，截至今年3月底，我国并网风电装机达3.76亿千瓦，并网太阳能发电装机达4.3亿千瓦，二者占全国全口径发电装机容量的30.76%。
“在可再生能源发电装机和发电量保持高速增长的情况下，未来风电、太阳能发电大比例接入将使电网复杂性加剧，构建坚韧的电网系统是保障能源转型的关键。而作为电力系统中联结发电侧和电网侧的桥梁，电力装备在平滑电网运行、负荷调节、满足输电需求等方面发挥着重要作用。”西门子能源有限公司电网科技集团总经理王肩雷日前在接受《中国能源报》记者采访时指出，利用创新减排技术加快推进新型环保电力装备研究与应用，将对提升电力系统现代化水平、促进电力基础设施全生命周期减排产生积极影响。
装备减排任务艰巨
行业咨询公司麦肯锡曾在分析报告中指出，电力行业是碳减排的关键所在。在成本最优情境下，到2050年，中国总输电容量将从2019年的约150吉瓦升至600吉瓦，预计新增输电容量主要应用于连接华北与华东、华南与华东的跨区供电，以满足沿海地区电力需求。
基于“双碳”目标和输电需求快速飙升的背景，市场对电力装备的需求同步激增，电力装备制造企业也加快了推动绿色低碳发展的步伐。
王肩雷举例称，目前高压开关装备使用的绝缘气体为六氟化硫（SF6），该气体是一种优异的绝缘气体，是最常应用于高压输配电装备的电绝缘体。“但要注意到的是，SF6还是一种温室气体且捕获热量的能力极强，同等排放量下，SF6全球变暖潜能是二氧化碳的2.5万倍。”
今年全国两会期间，作为全国人大代表的中国电气装备平高集团首席工匠胡中辉曾提出，电力装备绝缘介质温室效应问题凸显。目前电力系统广泛使用的中高压气体绝缘开关设备，绝大多数仍采用SF6作为绝缘介质，SF6是六大温室气体之一，化学性质极为稳定，在大气中的存在时间可长达3200年之久。大力推进电力装备无氟环保替代，是当前电力行业实现碳达峰亟需解决的关键问题，逐步减少SF6使用和排放已迫在眉睫。
据王肩雷透露，上述问题已得到行业重点关注。“在近日举行的中国电机工程学会2023年工作会议上，‘如何实现环保绝缘气体等压替代SF6气体并实现工程应用’被审定为‘2023年度电力领域重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题’。”
技术攻关已见实效
上述背景下，在输变电及用电领域具有明显节能减排效果的电力装备，以及推进电气化技术装备攻关将成为电力行业降碳减排的重要途径。
据业内专家介绍，现阶段电力装备降碳减排主要有两个技术方向。其一，是通过创新技术提升装备可靠性，减少温室气体消耗，比如利用新型难熔金属技术修复高压输配电装备漏气问题。一般情况下，高压输配电装备出现气体泄漏时，需断开开关，先放气，修复后再注入新气体后运行。新技术支撑下，维修无需断开开关，还能保持电源侧继续向电网输电，装备可靠性明显提升，气体消耗大大减少。
其二，是替换装备所需的温室气体或化石燃料。王肩雷透露，西门子能源在环保型产品组合中采用真空断路器实现电路开合功能，并应用“洁净空气”作为绝缘介质。“该技术可用于气体绝缘开关设备、断路器和互感器，在设备整个生命周期内实现二氧化碳当量排放均为零。”
据了解，上述技术已应用于国家电投神泉二海上风电项目电气装备中。按照国家标准的正常泄漏率算，36台设备全生命周期总共可以减少7303吨二氧化碳排放。此外，位于无锡的国内首座110千伏零碳变电站也采用了该技术，预计全生命周期内将减少碳排放1.8万吨。
值得注意的是，除了上述技术路线，我国正不断开发电力装备新型节能减排技术。今年3月，工信部发布《全国工业领域电力需求侧管理第五批参考产品（技术）目录》，其中有源电力滤波器入选能效电厂类技术，该产品可降低变压器及线路发热量，提高电能使用效率，保护电气设备，同时延长设备使用寿命，节省电气设备二次投资费用。
替代水平仍待提升
据《中国能源报》记者了解，虽然企业已开展一系列替代SF6气体的研究和产业化探索，并在真空灭弧室、混合气体技术等方面取得一系列突破，一些产品实现示范工程应用，但我国真空断路器、环保气体高压开关等绿色低碳电力装备在新建电力工程项目中的应用率仍然偏低。
对此，上海西门子高压开关有限公司总经理郑峰表示，高损耗、高排放以及SF6气体绝缘电力装备的消减替代进展缓慢，成本是一个关键因素。“如果要实现气体等压替代，目前需要将壳体做得很大，但这样就会增加材料消耗，而且实际上也会产生更多碳。要真正实现等压替代，在技术和商用之间取得平衡，是未来产业需要共同推进解决的重点课题。”
王肩雷表示，“双碳”目标下，电气装备产业迎来发展新机遇，要认清其背后的实际需求，同时结合电力系统的实际情况选择最适合的方案。“在这个过程中，我们需要不断协调可持续性、可靠性和经济性三者之间的平衡。能源转型的复杂性决定了这项工作不是单独一个国家、企业、组织所能实现的，需要汇集全球合作伙伴的力量，才能在全球各地以及各行各业中减缓甚至逆转气候变化带来的负面影响。”
