Tout d’abord des débuts de disjoncteur de CO2 supercritiques
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Noesis News- 0
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Les chercheurs ce mois-ci commenceront à tester un disjoncteur à haute tension qui peut éteindre un arc et effacer un défaut avec dioxyde de carbone supercritique fluide. Le premier dispositif en son genre pourrait remplacer les disjoncteurs à haute tension conventionnels, qui utilisent le puissant gaz à effet de serre soufre hexafluoride ou sf6. Un tel équipement est largement dispersé tout au long réseaux électriques Pour arrêter le flux de courant électrique en cas d’urgence.
«SF6 est un isolant fantastique, mais c’est très mauvais pour l’environnement – probablement le pire gaz à effet de serre auquel vous pouvez penser », dit Johan EnslinDirecteur de programme chez US Advanced Research Projects Agency – Energy (Arpa-e), qui a financé la recherche. Le potentiel de réchauffement de la serre de SF6 est près de 25 000 fois plus élevé que celui de dioxyde de carbonenote-t-il.
En cas de succès, l’invention, développée par des chercheurs Georgia Institute of Technologypourrait avoir un grand impact sur émissions de gaz à effet de serre. Des centaines de milliers de disjoncteurs grilles de puissance à point dans le monde entier, et presque tous les haute tension ceux sont isolés avec SF6.
https://www.youtube.com/watch?v=u4isn6f-b8yUn interrupteur de disjoncteur à haute tension, comme celui fabriqué par Ge Vernova, arrête le courant en créant mécaniquement un écart et un arc, puis en explosant du gaz à haute pression à travers l’écart. Cela arrête le courant en absorbant libre électrons et éteindre l’arc comme le diélectrique La résistance du gaz est augmentée.GE Vernova
En plus de cela, SF6 Les sous-produits sont toxique pour les humains. Une fois que le gaz éteint un arc, il peut se décomposer en substances qui peuvent irriter le système respiratoire. Les gens qui travaillent sur SF6-Les équipements isolés doivent porter des respirateurs complets et des vêtements de protection. Le Union européenne et Californie suppriment l’utilisation de SF6 et d’autres gaz fluorés (F-Gases) dans l’équipement électrique, et plusieurs autres régulateurs embargent.
En réponse, les chercheurs à l’échelle mondiale se précipitent vers développer des alternatives. Au cours des cinq dernières années, Arpa-e a financé 15 projets de disjoncteurs en début de stade différents. Et GE Vernova a développé des produits pour le marché européen qui utilisent un mélange de gaz qui comprend un Gas F, mais à une fraction de la concentration de SF conventionnel6 Breakers.
Réinventer les disjoncteurs avec supercritique CO2
Le travail d’un disjoncteur à l’échelle de la grille consiste à interrompre le flux de courant électrique lorsque quelque chose ne va pas, comme un défaut causé par un foudre grève. Ces appareils sont placés dans des sous-stations, production d’électricité plantes, transmission et distribution réseaux et installations industrielles où l’équipement opère en dizaines à des centaines de kilovolts.
Contrairement aux disjoncteurs à domicile, qui peuvent isoler une faille avec un petit espace d’air, les disjoncteurs à l’échelle de la grille ont besoin de quelque chose de plus substantiel. Le plus élevédisjoncteurs Comptez sur un interrupteur mécanique logé dans une enceinte contenant SF6qui est un gaz isolant non conducteur. Lorsqu’un défaut se produit, le dispositif casse le circuit en créant mécaniquement un écart et un arc, puis fait exploser le gaz à haute pression à travers l’écart, l’absorption d’électrons libres et l’éteigne de l’arc à mesure que la résistance diélectrique du gaz augmente.
Dans la conception de Georgia Tech, le dioxyde de carbone supercritique éteint l’arc. Le liquide est créé en mettant CO2 Sous une pression et une température très élevées, la transformant en une substance qui se trouve entre un gaz et un liquide. Parce que supercritical co2 est assez dense, il peut éteindre un arc et éviter la règne d’un nouvel arc en réduisant l’élan des électrons – ou du moins c’est la théorie.
Conduit par Lukas Graberchef de Georgia Tech plasma et Dielectrics Lab, le groupe de recherche exécutera son disjoncteur AC de 72 kV à travers un circuit de test synthétique à l’Université du Wisconsin-Milwaukee à partir de fin avril. Leur groupe construit également une version de 245 kv.
L’utilisation de CO supercritique2 n’est pas nouveaumais concevant un disjoncteur autour de lui. Le défi était de construire le disjoncteur avec des composants qui peuvent résister à la haute pression nécessaire pour soutenir le CO supercritique2dit Graber.
L’équipe s’est tournée vers le pétrole industrie pour trouver les pièces et trouver tous sauf un: la bague. Ce composant crucial sert de nourriture pour transporter le courant à travers des enclos d’équipement. Mais une bague qui peut résister à 120 atmosphères de pression n’existait pas. Donc Georgia Tech fait le sien en utilisant des minéraux époxy Résines, conducteurs de cuivre, tuyaux en acier et brides vides.
«Ils ont dû retourner aux principes fondamentaux de la conception de la bague pour faire fonctionner tout le disjoncteur», explique Enslin. «C’est là qu’ils apportent la plus grande contribution, à mes yeux.» La conception compacte du disjoncteur de Georgia Tech lui permettra également de s’insérer dans des espaces plus serrés sans sacrifier densité de puissancedit-il.
Le remplacement des disjoncteurs existants d’une sous-station par cette conception nécessitera quelques ajustements, y compris l’ajout d’un pompe à chaleur à proximité gestion thermique du disjoncteur.
Si les tests sur le circuit synthétique se déroulent bien, Graber prévoit de faire passer le disjoncteur à travers une batterie de simulations du monde réel à Laboratoires KEMA«Chalfont, Penn. Emplacement – un Certification des normes en or.
L’équipe de Georgia Tech a construit son disjoncteur avec des pièces qui peuvent résister aux très fortes pressions du CO2 supercritique.Alfonso Jose Cruz
Marchés GE Vernova
Si le disjoncteur de Georgia Tech se rend sur le marché, il devra rivaliser avec GE Vernova, qui a eu une longueur d’avance sur 20 ans sur le développement de SF6-Mér Breakers de circuit. En 2018, la société a installé son premier SF6-Les sous-station isolées en Europe sans gaz, qui comprenait un Disjoncteur CA de 145 kV de classe qui est isolé avec un mélange de gaz qu’il appelle g3. Il est composé de CO2oxygène et une petite quantité de c4F7N, ou heptafluoroisobutyronitrile.
Ce gaz à effet de serre fluoré n’est pas non plus bon pour l’environnement. Mais il représente moins de 5% du mélange de gaz, il abaisse donc le potentiel de réchauffement de la serre jusqu’à 99% par rapport à SF6. Cela rend le potentiel de réchauffement encore bien plus grand que CO2 et méthanemais c’est un début.
«L’une des raisons pour lesquelles nous utilisons cette technologie est que nous pouvons faire un SF6– Disjoncteur de circuit libre qui se verra en fait sur le fondement exact de notre SF équivalent6 Breaker », dit Todd Irwinun spécialiste des produits senior de disjoncteur à haute tension chez GE Vernova. C’est un remplacement sans rendez-vous qui «glissera directement dans une sous-station», dit-il. Les travailleurs doivent toujours porter un équipement de protection complet lorsqu’ils maintiennent ou réparent la machine comme ils le font pour SF6 Équipement, dit Irwin. L’entreprise fait également un type particulier de disjoncteur appelé disjoncteur de chars en directsans Composant fluoré, dit-il.
Toutes ces approches, y compris le CO supercritique de Georgia Tech2, Dépensez à l’action mécanique pour ouvrir et fermer le circuit. Cela prend un temps précieux en cas de faute. C’est inspiré de nombreux chercheurs pour se tourner vers semi-conducteursqui peut faire la commutation beaucoup plus rapidement, et n’a pas besoin d’un gaz pour désactiver le courant.
«Avec mécanique, cela peut prendre jusqu’à quatre ou cinq cycles pour dégager la faute et c’est tellement d’énergie que vous devez absorber», explique Enslin à Arpa-E. Un semi-conducteur peut potentiellement le faire en une milliseconde ou moins, dit-il. Mais le développement commercial de ces disjoncteurs à semi-conducteurs est encore en début de stades et se concentre sur des tensions moyennes. «Il faudra un certain temps pour les amener aux hautes tensions requises», explique Enslin.
Le travail peut être de niche, mais l’impact pourrait être élevé. À propos 1% de SF6 fuites de l’équipement électrique. En 2018, cela s’est traduit par 9 040 tonnes (8 200 tonnes) de SF6 émis à l’échelle mondiale, représentant environ 1% réchauffement climatique valeur cette année-là.
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