SF6 (Schwefelhexafluorid)-freie Betriebsmittel in Mittel- und Hochspannungsnetzen in der Praxis

Interview zum Thema SF6 (Schwefelhexafluorid)-freie Betriebsmittel in Hochspannungsnetzen mit Seminarleiter Dr. Ing. Laurentiu-Viorel Badicu (LVB)

1. Können Sie uns einen kurzen Überblick darüber geben, was SF6 ist und warum es als Betriebsmittel in Hochspannungsnetzen verwendet wurde?

LVB: SF6 – Schwefelhexafluorid – ist ein ungiftiges, nicht brennbares Gas mit sehr hohem Treibhauspotenzial. Es wird derzeit noch in der Elektroindustrie für elektrische Hochspannungs- und Mittelspannungsschaltanlagen als Isolationsmedium und Lichtbogenlöschmittel eingesetzt. Es steht zurzeit keine Alternative auf dem Markt zur Verfügung, die diese Funktionen vergleichbar mit SF6 erfüllen kann.

2. Welche Herausforderungen und Probleme sind mit der Verwendung von SF6 verbunden?

LVB: SF6 ist das potenteste Treibhausgas mit einem Treibhauspotential (GWP – Global Warming Potential) von ca. 25.200 CO2-Äq (Kohlendioxid-Äquivalenten). Darüber hinaus hat SF6 eine Lebensdauer von ca. 3200 Jahre in der Atmosphäre. Praktisch bleiben die SF6-Moleküle ewig in der Atmosphäre und tragen somit signifikant bei deren Erwärmung bei.

3. Wie sieht der aktuelle Stand der SF6-Emissionen in der Energieversorgungsbranche aus?

LVB: Die vom Umweltbundesamt gesammelten Daten zeigen, dass der Anteil (berechnet in CO2-Äq) von SF6 aller Emittenten an den gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland etwa 0,5 % beträgt. Weniger als ein Zehntel davon entfällt auf die Elektroindustrie.

4. Welche alternativen, SF6-freien Betriebsmittel werden derzeit entwickelt und eingesetzt?

LVB: Die Technologien für den Ersatz von SF6 basieren entweder auf halogenhaltigen oder halogenfreien Gasmischungen.

• Die halogenhaltigen Alternativen sind Gasmischungen auf Basis eines patentierten Fluornitril-Moleküls (C4), die ein GWP von ca. 500 aufweisen. Mehrere Hersteller entwickeln SF6-freie Betriebsmittel mit C4-Anteilen, die untereinander jedoch nicht kompatibel sind. Diese besitzen zwar sehr gute Isolationseigenschaften, gehören allerdings zu den sogenannten „Ewigkeitschemikalien“ aus der PFAS-Gruppe (Per- und Polyfluoralkylsubstanzen). Daher sind Schaltanlagen, in denen halogenhaltige Alternativgase zum Einsatz kommen, potenziell von zukünftiger Regulierung bzw. Restriktionen betroffen.
• Die halogenfreien SF6-Alternativen sind Gasmischungen, die ausschließlich Gase natürlichen Ursprungs enthalten. Sie sind nicht patentiert und sind klimaneutral (GWP<1). Diese Eigenschaften sind vorteilhaft insbesondere bezüglich Personensicherheit und Gashandhabung für den Anlagenbetrieb. Die im Vergleich zu SF6 geringere elektrische Festigkeit der halogenfreien Alternativen wird durch die Erhöhung von Gasdruck und Produktabmessungen kompensiert. Dennoch bleiben die gesamten CO2-Fußabdrücke der Schaltanlagen mit halogenhaltigen und halogenfreien SF6-Alternativen gemäß Herstellerangaben insgesamt nahezu identisch.

5. Wie unterscheiden sich diese SF6-freien Betriebsmittel von SF6 in Bezug auf Leistungsfähigkeit und Umweltauswirkungen?

LVB: Unabhängig von der eingesetzten Technologie sind die SF6-freien Produktportfolios aus heutiger Sicht noch nicht vollständig. SF6-freie Betriebsmittel für Sonderanwendungen stehen den Betreibern noch nicht zur Verfügung. Da die ersten Produkte vor weniger Jahren eingesetzt worden sind, fehlt den Betreibern ausreichende Betriebserfahrungen mit SF6-freien Betriebsmitteln, um deren Performance objektiv bewerten zu können.

Die Abmessungen der SF6-freien Betriebsmittel die C4-Anteile enthalten sind vergleichbar mit den Abmessungen der SF6-Betriebsmittel, währenddessen die Betriebsmittel mit Gasen natürlichen Ursprungs sind etwas größer. Allein durch den Verzicht auf SF6 wird in beiden Fällen hinsichtlich Umweltauswirkungen eine wichtige Verbesserung der CO2-Bilanz erreicht.

6. Gibt es bereits Erfahrungen mit dem Einsatz von SF6-freien Betriebsmitteln in der Praxis? Wenn ja, welche?

LVB: Tatsächlich gibt es erste Erfahrungen mit SF6-freien Betriebsmitteln. Tabelle 1 stellt den aktuellen Stand der Entwicklungen und Erprobung dar. Es werden zurzeit erste SF6-freie Betriebsmittel pilotiert. Auf 420 kV-Ebene wird die Entwicklung noch einige Zeit in Anspruch nehmen.

Tabelle 1: Aktueller Stand der Entwicklung von SF6-freien Betriebsmitteln

7. Welche Vorteile bietet der Umstieg auf SF6-freie Betriebsmittel sowohl für die Betreiber von Hochspannungsnetzen als auch für die Umwelt?

LVB: Durch den Umstieg auf SF6-freie Betriebsmittel tragen alle Netzbetreiber aktiv bei der Erreichung der Klimaziele Deutschlands bei. Darüber hinaus ist es bereits akzeptiert, dass durch den für die Energiewende erforderlichen Netzausbau die eingesetzte SF6-Menge weiterhin zunehmen wird. Der Umstieg auf SF6-freie Technologien stellt also die einzige Möglichkeit dar, die bereits im Einsatz befindliche SF6-Menge und somit die SF6-Emissionen zu begrenzen und künftig zu reduzieren.

8. Welche Hindernisse und Herausforderungen müssen überwunden werden, um den Übergang zu SF6-freien Betriebsmitteln zu beschleunigen?

LVB: Die Entwicklung von einer einzigen SF6-Alternativlösung würde den Ausstieg aus SF6-Technologie beschleunigen. Die SF6-freien Betriebsmittel müssen für alle Spannungsebenen durch die Hersteller schnellstmöglich auf den Markt gebracht werden. Im Anschluss müssen diese Produkte von Betreibern im Rahmen von Pilotprojekten erprobt. Die Betreiber sollen sich ständig austauschen, um die Pilotierung der gleichen Produkte zu vermeiden und schnellstmöglich in die Roll-out-Phase zu kommen. Somit wird Zeit gespart, zahlreiche Produkte getestet und die Einführung von SF6-freien Betriebsmitteln beschleunigt.

9. Gibt es bereits gesetzliche Vorschriften oder Normen, die den Einsatz von SF6-freien Betriebsmitteln fördern?

LVB: Das wichtigste Instrument zur Förderung von SF6-freien Technologien ist die F-Gase-Verordnung. Diese Verordnung wird z. Z. unter der Führung der EU-Kommission revidiert und vsl. ab 1.Januar 2024 in Kraft treten.

10. Welche Rolle spielt die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Forschungseinrichtungen und Behörden bei der Förderung von SF6-freien Betriebsmitteln?

LVB: Die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Forschungseinrichtungen, Behörden und Hersteller ist ein unverzichtbares Instrument, den Umstieg auf SF6-freien Betriebsmitteln zu ermöglichen. Die Hersteller verpflichten sich passende Produkte zu entwickeln und auf den Markt einzuführen, Produkte, die durch die Betreiber getestet werden müssen. Gleichzeitig muss die Politik die Mehrkosten zur Installation und Betrieb von SF6-freien Betriebsmitteln anerkennen.

11. Welche weiteren Schritte sind erforderlich, um den Übergang zu SF6-freien Betriebsmitteln in Hochspannungsnetzen erfolgreich umzusetzen?

LVB: Die Politik soll:

• angemessene Übergangszeiten einführen, die den Betreibern die Sammlung von einschlägigen Erfahrungen ermöglichen.
• sicherstellen, dass die bereits beauftragten Projekte in den vertraglich vereinbarten Technologien ausgeführt werden dürfen, um den Netzausbau nicht auszubremsen.
• die Mehrkosten zur Installation und Betrieb von SF6-freien Betriebsmitteln anerkennen.