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六氟化硫回收前景与发展策略
姚唯建
（广东电网公司电力科学研究院，广州 510600）
摘要：六氟化硫气体作为绝缘介质广泛应用于电气设备中，联合国《京都条约》中六氟化硫作为影响全球环境的温室气体之一。世界各国以积极推行六氟化硫回收重复应用的工作。我国也开始进行回收和处理，针对实施六氟化硫回收的程序，建立先进的管理模式，规范回收处理的流程，提高检测技术，提出一系列的有关六氟化硫的回收处理方式。
关键词： 六氟化硫；回收；应用
六氟化硫气体是一个理想的绝缘介质，广泛地应用于电气设备上。也逐渐代替绝缘油（变压器除外）作为主要的绝缘介质。近年来随着六氟化硫设备进入检修周期，作为绝缘和灭弧作用的六氟化硫气体将被更换。更换的六氟化硫可能含有一些酸性分解产物，对周围的环境和人类会产生不良的影响。六氟化硫作为人工合成产物，其自然寿命可以高达3200年以上，等效二氧化碳的温室效为23900倍。因此，1998年的联合国制定的《联合国气候变化框架公约》（简称京都条约）中把六氟化硫作为影响全球环境的温室气体之一⑴。
进入20世纪世界各国努力开展六氟化硫的回收和重复使用的工作，是清洁生产体制(Clean Development Mechanism简称CDM )的其中一个环节，电力公司已将六氟化硫的回收再生纳入节能减排的重要项目之一，积极推行重复使用六氟化硫的技术研究，建立六氟化硫气体再循环使用体系，将最大限度地减少使用和排放六氟化硫气体。
1 世界各大电力公司有关减少六氟化硫排放的措施
美国，欧盟、英国和日本政府均将与电力公司合作，提出一系列减少排放温室效应气体的节能减排环保措施。
1.1 美国政府与电力公司的六氟化硫合作伙伴计划
根据美国环保总署(EPA)2001年的全球温室报告⑵中指出，六氟化硫气体在全球温室效应中的各种气体的权重中最高，主要在电力行业、冶炼行业和半导体制造业；显示在美国不同气体对大气的温室效应；见图1。
预测全球在2010年，六氟化硫排放占温室气体的10.6%，1970年至1995年全球含有F离子的气体排放分量中，电力行业六氟化硫气体排放逐年增加⑶；见图2：

图1 美国不同温室气体产生比例
据EPA的统计，全球不同行业的温室气体排放呈上升趋势，其中六氟化硫的排放尤为严重；见图2 。在2000年开始，美国各电力公司与美国环保总署合作，实行”SF6 Emissions Reduction Partnership for Electric Power Systems”，开展有关六氟化硫气体的回收和再生使用，并通过消除设备中六氟化硫的泄漏，以减少六氟化硫排放对大气的影响。为了减少六氟化硫的排放，减少温室效应，EPA进行许多减少排放研究和积极推行合作计划，致使全美六氟化硫的排放从1999年的15.2%降至2006年的5.6%⑷；见图3。

图2 全球不同行业温室气体的排放趋势分析⑵ 图3 全美1999年~2006年SF6的排放率⑶
合作伙伴计划是通过大家技术合作和共享，以达到最大限度减少六氟化硫的排放和设备的泄漏。其合作方式是：
（1）制定六氟化硫净化回收循环使用实施办法；实行六氟化硫气体的循环使用体系。
（2）提高六氟化硫现场检漏技术，降低设备的年泄漏率；
（3）通过设备改造，使用气室体积较小的六氟化硫设备。
通过合作计划电力公司可以大大减少六氟化硫气体方面的开支；同时减少环境污染，是一个典型的多赢计划。目前参加的电力公司约60多家，包括美国大多数大型电力公司。国外电力公司也可以参加，通过合作计划，每年进行技术交流，研究提高六氟化硫的回收和处理能力，同时各大电网公司制定相应的六氟化硫管理程序，完善六氟化硫的使用，回收，再生等各环节的条例；如北美电网公司的“六氟化硫管理程序”⑸中详细描述在电网内使用六氟化硫的方法和处理程序。
1.2 欧共体的实施计划
欧共体各国均实施六氟化硫的回收计划，英国在减排温室效应气体的措施制定UK-ETS计划⑹，该计划是英国政府控制气候变化战略的一部分，涉及众多的部门，在世界同类计划中为首例。UK-ETS计划启动了英国的减排贸易进程。该计划中，政府和企业形成伙伴关系，并有多个组织参与。该计划包括排放交易的具体措施和目标，其中将在中国进行六氟化硫的排放指标交易。
目前英国氟氯烃类（HFCS）、全氟化烃类（PFCS）和六氟化硫（SF6）在温室气体总排放量中所占比例较低。1995年，以上三种气体总的排放为480万吨标准碳，占英国温室气体总排放量的2.5%。但是以上三种气体具有较高的全球温室效应潜能，对气候变化影响重大，且在不远的将来，在某些行业他们的排放极有可能增加。
对于电力行业使用六氟化硫不断增加，要求将提高六氟化硫的回收率，从5%提高到95%，设备泄漏率从1%/年提高到0.1%/年。
欧洲的电力部门和设备制造商，根据京都条约的要求，减少全球温室效应，进行了一项研究，主要目的是研究对比使用六氟化硫和使用空气作为绝缘气体对环境的影响⑹。六氟化硫生厂商SOLVAY、六氟化硫开关设备生产商ABB、SIEMENS和电力公司RWE等参与了这项研究，通过在能源、使用场地、温室气体效应、酸雨和富营养化五个方面对比，得出使用六氟化硫实际上有助于减少全球温室效应，尽管由于六氟化硫是一种具有很强温室效应的气体，但是使用六氟化硫可以减少设备体积，提高电力输送效率，因此可以减少人类对环境的负面影响。
1.3 日本有关减少六氟化硫排放的计划
在1998年4月, 日本电力公司联邦(FEPC) 和日本电力厂商协会(JEMA) 实施一项无偿六氟化硫回收合作计划⑺，该计划目的是共同合作，减少六氟化硫气体从电力装备中泄漏，减少六氟化硫的排放以及研究减少使用六氟化硫。该计划的实施得到了电力公司和电器制造厂商的支持，共同努力使到尽量减少排放六氟化硫气体，减少对大气层的破坏。计划主要有下列各项内容：
(1)减少六氟化硫气体运行期间的维护工作，避免气体泄漏。
(2) 六氟化硫气体的再生利用系统
(3)统一管理六氟化硫气体存货清单系统
(4)应用新的技术，发展最小化使用六氟化硫气体的电气装备
同时, 制定六氟化硫气体再生恢复指导方针，实现减少六氟化硫气体排放目标。
日本每年在电力部门增加使用六氟化硫约400-500吨，其他行业约100~150吨。至1995年使用六氟化硫总数量估计有大约 8,000吨。全年生产六氟化硫约1500吨，电力行业排放约50吨。
1.4. 我国电力行业回收六氟化硫的状况
我国早期投产的SF6设备已开始进入大修期，使用多年的SF6气体在高压电场下，特别是用于绝缘灭弧的介质，可能会有分解具有毒性和腐蚀性的低氟化合物，气体中的湿度也可能会增大，这些SF6气体的品质通常会受到损坏，在大修中必须进行更换。目前使用的SF6气体基本是一次性的，在设备大修中没有进行回收重复使用，造成大量贵重的六氟化硫气体直接排放进入大气。
国家电网公司在2007年发布的“2006年社会责任报告”中承诺“减少污染物和废弃物排放⑻，回收再利用SF6气体”的节能减排的措施。并在4个省市推行六氟化硫回收再生的试点工作。
广东电网在2005年提出六氟化硫的回收工作，但由于缺乏统一的管理和实施办法。六氟化硫的回收仍处于无组织的松散状况。目前广东电网的不同类型的电气设备占用SF6的比例是：GIS45%、GCB40%和GIT15%；见图4。估计今后三年广东省需要更换的SF6气体约40吨；见图5。按检修周期按15年计算，今后十年平均每年需要更换SF6气体25吨，每吨约12万元计算，平均每年耗资300多万元。
实行六氟化气体回收，循环应用的政策，不单减少电网对气候温室效应的影响，同时达到减排增效的积极效果，是一项符合节能减排，环保增效的双赢措施。

图4 各类SF6电气设备使用气体分量 图5 预计今后10年广东电网排放SF6的数量
2．六氟化硫气体的回收管理
建立区域的六氟化硫回收再生处理中心作为减少排放六氟化硫气体，实行节能减排的关键措施。通过统一管理使废弃的六氟化硫气体经过科学的程序和系统的流程，使六氟化硫气体可以重复循环使用。
统一管理六氟化硫气体不但提高电网的整体管理水平，同时获得较高的社会声誉。也可取得一定的经济效益；一是通过减少设备泄漏和应用气体再生技术，减少六氟化硫气体支出；二是通过统一购置回收设备，统一提供服务，减少设备开支和维护；三是可减少各供电部门的部分维护检修人员。
六氟化硫回收再生处理运作模式；包括回收、净化、检验、存储和发送等环节。见图6；
回收气体
检测中心检测
净化处理
供电局使用气体部门
可重复使用
储备待用

图6 六氟化硫回收应用流程
2.1建立区域的六氟化硫回收处理中心
建立区域的六氟化硫气体回收处理中心，处理不同电气设备检修中回收的六氟化硫气体。采用分散回收、集中处理、统一检测和合理利用的模式。
2.2完善六氟化硫气体监督管理模式
制定全电网的六氟化硫气体回收管理办法，明确检修、试验、监督管理等部门的岗位责任，保证在六氟化硫气体从发放、安装、投产、运行、试验、检修各个环节到受到监管，保证六氟化硫在生命的各个时期都能满足质量指标的要求，减少由于人为原因造成不良因素，导致气体品质下降。确保在任何阶段都不能排放气体，回收处理品质应符合国家和行业的标准要求。
2.3提高六氟化硫气体分析能力
回收六氟化硫气体的质量控制是保证设备安全的重要措施，提高检测能力和集中质量控制将大大提高六氟化硫设备的安全运行的能力。测试包括六氟化硫气体的分解产物如氟化亚硫酰，氟化硫酰、十氟化硫酰、二氧化硫、氟化氢等。保障气体符合GB/T12022工业六氟化硫的指标要求。开发现场气体回收净化处理设备，提高检修现场气体检测能力，减少回收处理的环节。
2.4 六氟化硫回收循环再用的实施方案
作为电力行业应积极推行六氟化硫气体回收循环使用，包括以下内容：
建立区域六氟化硫气体回收处理中心，供电局分散回收处理的模式；
设备检修中最大限度减少排放，保证气体回收达到95％以上；
运行期间，设备泄漏率从目前的1％提高到0.1％/年；
回收气体经再生处理后气体应满足GB/T12022工业六氟化硫的要求；
在用的气体应记录所有操作的变化，包括使用重量、补充量和处理量；
2.5 六氟化硫气体回收的处理程序
SF6电气设备检修
干燥净化处理
无发生故障的正常检修
是
分解产物分析
含有分解
产物？
否
否
气体净化处理
气体重复使用
品质检测
合格？
SF6断路器
是
返回气体制造商
否
是
是
否

图7 SF6电气设备气体回收工作程序

3．六氟化硫气体回收的经济和社会效益
3.1 经济效益分析
截至2007年底，广东电网共有500 kV变电站21座， 220 kV变电站162座，110 kV变电站796座。500kV 组合电器（HGIS）66间隔；六氟化硫断路器112台，六氟化硫互感器132台；220kV组合电器264间隔；六氟化硫断路器1143台，六氟化硫互感器856台；110kV组合电器843间隔，六氟化硫断路器4283台，六氟化硫互感器965台。估算在用六氟化硫气体420吨，按照六氟化硫设备大修期为10～15年计算，每年将需要更换六氟化硫气体20吨~25吨，补充六氟化硫气体约2吨，每吨按12万元计算，每年节约费用250万～350万元。建立区域回收中心投资约500万元，运行费用40～50万元/年。若全国电力行业全部采用六氟化硫回收气体，每年可以节约1000万元～2500万元，经济效益是十分可观的。
3.2 社会效益分析
世界各国都在为减少温室气体的排放，由于六氟化硫具有较高的经济性，同时也具有高效的温室效应，所以各国首先将六氟化硫的回收作为减排温室气体的首项任务。据研究表明，排放到大气中的温室气体，使大气中的二氧化碳浓度增高，从而强化温室效应，促使全球增温变暖。图8描述了温室气体排放量、大气二氧化碳浓度和温室变化的关联情况。即使我们在未来300年保持当前的排放水平，大气中的二氧化碳浓度将会由目前的380×10-6增加到2300年的800×10-6以上。气温将可能增加2.79℃；尽管这种超长时段的气候拟存在很大的不确定性，但这种全球温度的升高趋势是较为明确的⑼。

图8 温室气体浓度与大气温度的相关曲线
因此，减少温室气体的排放将对人类的生存有重要的意义。虽然六氟化硫气体占全球温室气体的比例不大，但由于六氟化硫是人工合成物质，对人类生存的环境影响是必定的。采取各种措施，减少六氟化硫的泄漏和回收再生使用，是电力行业对改善人类生存环境的义务，同时也使电力成为更加环保的能源。
引用文献：
⑴《联合国气候变化框架公约》日本京都 1998
⑵ Estimates of U.S Emissions of High-Global Warming Gases and the Costs of Reduction；U.S Environmental Protection Agency March 2000
⑶ SF6Emissions Reduction Partnership for Electric Power System Annual Report-2006；U.S Environmental Protection Agency
⑷ EPRI’s SF6 Management Program；Ben Damsky EPRI USA
⑸ 英国及欧盟对应气候变化的政策；英国AEA科技集团环境公司2002年11月
⑹《The SF6 reuse progam》 Solvay fluorides Inc Germany
⑺ SF6 Gas Emission Redution from Gas-Insulated Electrical Equipment in JAPAN；Mr.Shigeru Maruyama,(FEPC) Mr.Masanari Meguro,(JEMA)
⑻ 2006年社会责任报告；国家电网公司 2007年
⑼《应对气候变化－省级决策者能力建设培训教材》；中国人民大学环境学院2002年12月