电网温室气体减排能力提升的研究与应用

国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 罗超 朱峰 董王朝 赵跃

1 引言

随着2020 年9月中国首次提出碳达峰、碳中和目标，全社会正加速朝向绿色低碳、高质量转型和发展。作为关系国计民生的骨干企业，电网公司低碳减排行动刻不容缓。SF6气体因具有优良的绝缘和灭弧特质，被广泛应用于电气设备中，随着国家电网尤其是高电压等级输配电线路的飞速发展[1]，特别是GIS等组合电器的不断增多，电力系统的SF6气体用量也大量增加。然而，作为《京都协议书》中限制排放的六种温室气体之一，SF6具有极强的温室效应，生态环境部在《中央企业负责人任期经营业绩责任书》 中明确要求“2021年，SF6气体回收率达到96.5%，比2018年上升1.5%”。

因此，控制SF6气体的排放、提高其回收利用效率是提高电网温室气体减排能力的重中之重。同时，随着国家政策的转变，SF6由自主减排快速切换到强制性减排阶段，其减排潜力以及管控也面临更为严峻的挑战，主要体现在以下两个方面。

一是目前部分现场回收装置存在极限真空度不达标的问题，回收后的GIS 设备无法满足真空保压的要求；SF6开关大修时采用德国DILO 移动式SF6气体回收装置，只能对设备中SF6气体进行简单的干燥处理，无法净化，剩余废气被直接排入大气。这些SF6气体若不回收及再生处理，将对环境产生极大危害。

二是电网公司各种电气设备繁多，导致SF6气体来源多，且大部分在运设备铭牌缺少用气量和设备容积标注，无法对设备的充气量进行准确判断；部分新投运的设备铭牌标注的SF6气体充气量存在误差，实际运行压力普遍高于额定压力值；另外，设备在检修、退役时的气体回收率无法管控。因此，难以掌握新电气设备SF6用气量的准确数据，存在废弃气体量无法预估的情况，最终导致气体回收率不达标，严重影响SF6气体减排效率和质量。

针对上述问题，本文借助数字化、智能化手段赋能电网温室气体减排工作，通过搭建气体处理中心、装置智能化改造、建设全生命周期管控平台，综合硬件装置、管理组织以及数字管控的优势，构建电网温室气体减排能力提升体系，有效提升减排效能，推动电网绿色低碳发展，助力实现“双碳”目标。

2 建立SF6气体处理中心

为了解决因电气设备众多、气体无法集中管控、气体回收困难的问题，实现对SF6气体的统一系统化管理，公司建立SF6气体处理中心，对SF6气体的监督管理以及回收净化工作进行统一管控。

2.1 配备先进基础设备

气体处理中心采用达到了国际先进水平的SF6小型集中处理回用净化系统，模块化设计，组合式流程，根据SF6源气质量相应调整流程，以最经济的方式处理旧气，组合使用变压吸附、空气分离、机械制冷式深冷分离等三种处理方法，达到处理流程全过程“零污染”排放。将其建设成为气体采购、净化、发放和存储的中心环节，将回收工作纳入处理中心的业务范畴，统一负责基建、检修、运维、退役过程中的气体使用与回收，由处理中心运维单位负责气体的全过程、全局管控。

2.2 逐步完善管理职能

按照“分散回收、集中处理、统一检测、循环利用”的原则，强化以处理中心为核心单位的统一管控，逐步完善管理职能。一是完善制度规范，气体处理中心坚决落实国家电网公司《SF6气体回收处理和循环再利用监督管理办法》，建立覆盖SF6气体流转全过程的监督和管理的制度体系；二是强化技术支撑，处理中心建立SF6监督所必需的检测手段、SF6回收和处理的基本条件，承担基层单位不能完成的测试项目和气体回收处理工作，并指导、培训各市供电公司的技术和分析化验人员；三是加强经验总结，分析、整理、上报因气体质量引起的事故中的技术问题，并不断总结、完善监督管理经验，创新监督方式，全面提升SF6回收净化效能。

3 回收净化装置智能化改造

为提高气体处理中心管理质量和效率、提高SF6减排能力，解决现有净化处理装置陈旧、难以满足GB/T 12022—2014 和实际生产需求的问题，公司将“大云物移智链”等现代信息网络技术与减排工作深度融合，进行装置智能化改造，通过全景可视化和远程智能控制呈现方式，实现人与设备的智能交互，以信息全流程贯通升级SF6管控模式，全面提升SF6净化装置智慧化管理水平。

3.1 改进待处理气、尾气净化处理系统

待处理气、尾气净化处理系统如图1所示。

图1 待处理气、尾气净化处理系统

通过处理单元、动力单元、深冷容器、低温液体泵等设备，构建气体系统处理流程，使源气钢瓶中的气体经过系统处理后成为合格气[2]。气体经过处理单元成为湿度合格气，湿度合格气在进入动力单元后，通过压缩或自然进气的方式进行循环抽气，随后进入深冷容器，成为纯度合格气，经过低温液体泵后的纯度合格气成为合格气，将其放置到真空钢瓶中，即完成待处理气、尾气净化处理。

3.2 升级充氮再生系统

升级后的充氮再生系统需要工作人员连接氮气钢瓶，打开手动阀V25/V28/V24，通过减压阀与流量计控制氮气充入速度。铂电阻装入底部探测氮气出口实时温度，通过温度巡检仪控温控制。两只吸附塔长度为1300mm，加热丝插入吸附塔内1100mm 位置。通过边加热边充氮方式，将吸附饱和的吸附剂进行再生。

充氮再生系统如图2所示。

图2 充氮再生系统

3.3 改进系统气路

深冷单元进气、抽气、抽真空及回气接口合为深冷容器净化接口，各功能采用耐低温电动球阀进行转换。系统各单元阀门采用电动球阀与部门手动阀控制方式，提高了系统气路的可操作性，降低了气体泄漏的可能性，保障了SF6回收净化过程的安全性。

3.4 改造电气控制

系统电气控制采用触摸屏+PLC控制方式，自动进行一次、二次处理，操作简单方便。工作人员通过触摸屏一键式操作系统（换SF6钢瓶、灌瓶除外），流程动态显示系统运行状况。保留深冷单元手动按钮控制，低温液体泵控制采用手动控制，进行手动灌瓶。冷水塔改为冷水机组，防止寒冷天气水上冻。

通过对SF6气体净化处理装置的待处理气/尾气净化处理系统、充氮再生系统、系统气路和电气控制的改造，净化处理速率达到150kg/h 以上，大幅提升气体处理水平和净化效率，实现回收过程智能化处理。

4 开展SF6碳资产数字化管控技术研究

为实现SF6气体碳资可视化管理和SF6气体碳资产全过程监督执行，搭建SF6碳资产数字化管控平台，对SF6采购、出入库、使用以及回收和净化的全生命碳资产周期进行数字化管理，推动SF6气体的循环利用和减排工作精细化，提高SF6气体减排工作的智能化水平，将减排成本转化为减排效益，既承担社会责任，又获得经济收益。

4.1 采集多源气体碳资产数据

基于省市二级建立统一SF6碳资产台账管理[3]，通过智能化手段和人工方式相结合的方式，完成SF6气体出入库、充补气、回收及净化处理等碳资产多维数据录入收集。同时，各单位及时更新完善本单位气体设备台账及检测、监测仪器台账信息，并及时录入检修设备的基础信息，包括净化气回用和检修剩余回用气体出入库重量碳转换信息。

4.2 搭建SF6碳资产数字化管控平台

为了更好地实现温室气体SF6的碳资产管理，通过SF6碳资产数字化管控平台的搭建，从SF6气体采购、运输、出入库、使用、回收、净化、提纯、检测和退役等环节来确定SF6碳资产来源；通过对各环节数据信息采集、上传、汇总分析，根据各环节数据流转特点建立电网企业SF6碳排放核算指标清单，实现对碳资产信息采集和SF6碳资产全流程数据的统一管理，为减排能力提升提供数据基础和保障，实现SF6碳资产流转信息快速识别，促进SF6碳资产管控工作的开展。

5 应用成果

针对回收、净化装置存在的问题，通过对现有技术的革新，实现装置智能化改造升级，提升了SF6气体回收净化技术水平，提高了净化处理装置的处理水平，实现气体减排的基础设施配备，减少废气排放、提高气体利用率。响应国家“双碳”目标，达到减少温室气体排放的目的，为国家电网公司“致力环境保护、建设绿色电网”的优秀企业做出自己应尽的责任和贡献[4]。

通过建设SF6气体处理中心和SF6气体碳资产数字化管控平台，对气体流转进行全过程管理，并建立台账模式，保障气体流转过程中的信息完整性，推动SF6气体过程管理规范化，实现SF6气体的多级场景统一管控，确保循环利用过程数据的真实性、可靠性，提升SF6气体再利用全过程的数据管理及可视化、智能化水平，提高了气体管理效率，节省人工数据收集和统计时间，极大提高了经济效益。

通过处理中心统一部署调配、装置智能化改造，将SF6碳资产数字化管控平台系统应用到各地市公司，满足不同业务场景便捷化使用。统一管理各单位气体信息，规范各单位SF6气体管理过程，提升SF6整体减排能力提升，可在各网省公司推广使用，提升设备、气体供应商、回收服务公司等主体工作效率以及SF6气体净化率，具备良好的环保效益。

6 结语

本文总结了电网温室气体减排综合能力提升的研究与实践，将人、物通过数据管控平台连接起来，建立气体处理中心统一管理模式，在装置智能化的基础上，构建SF6碳资产数字化管控平台以及从上至下的数字化SF6减排框架，从而达到公司减排综合能力提升的目的。本文通过综合考量SF6电气设备的应用和管理两个层面，为进一步提升温室气体减排能力提供了系统的实践路径，为电网温室气体减排数字化、智能化、系统化管理提供了借鉴思路，其构建的减排升级管理模式不局限于电网内部，具有实用及推广价值。