EU har allerede lovpålagt både rapportering og utfasing av drivhusgassen SF₆. Årsaken er at selv små lekkasjer gir store utslipp.
SF₆-gassen er strengt regulert og håndtert allerede, men enn så lenge har strømbrytere hatt et unntak fra forbudet. Men fra januar i år må nye brytere i mellomspenningsanlegg (til og med 24 kV) være SF₆ -frie, mens fristen for de høyeste spenningene er 2032.
Norge forventes å innføre tilsvarende regelverk snart, og bransjen ønsker å ligge i forkant.
Hvordan må bryterne se ut og fungere, uten bruk av SF₆?
De 11 største nettselskapene i Norge har allerede signert en felles avtale om å slutte å kjøpe nye nettanlegg som inneholder SF₆ -gass.
Men intensjoner holder jo ikke alene. Så hvordan må bryterne se ut og fungere, uten bruk av SF₆? Og hvordan kommer vi dit?
Det jobber forskere med nå. SINTEF, NTNU og ABB-gruppen utvikler sammen brytere som kan erstatte noen av disse «klimabombene» i kraftnettet.
– Å erstatte SF₆ i strømbrytere er teknisk krevende, og innebærer en rekke kompromisser, sier Nina Sasaki Støa-Aanensen som er seniorforsker ved SINTEF Energi.
Mer om det straks.
Å erstatte SF₆ i strømbrytere er teknisk krevende, og innebærer en rekke kompromisser. Men norske forskere har en løsning. Foto: Tony Bridges/Unsplash
Hvorfor har vi brytere i nettet?
Har du noen gang soset rundt med støvsugeren, og så bare dratt ut støpselet fra veggen – istedenfor å bruke knappen på støvsugeren?
La du merke til et bittelite lysglimt inni kontakten? Du så en lysbue.
Strømbrytere er helt avgjørende for å kontrollere energiflyten i kraftnettet. For nettet hjemme, så vil den lille lysbuen bare dø ut av seg selv, fordi det er såpass lav spenning.
Men hver gang strømmen må kobles ut i det mye mer høyspente kraftnettet, så oppstår det lysbuer som kan bli over 10.000 grader varme.
Å koble ut strømmen kan bli nødvendig i situasjoner med ekstremvær, trefall og strømbrudd – eller sabotasje i verste fall.
– Brytere er nærmest små brannstasjoner i nettet vårt – de både slukker flammene, og hindrer at brannen blusser opp igjen.
Da må bryteren kunne slukke disse på en trygg måte.
Essensielle for sikkerheten
Samtidig må disse bryterne isolere de høye spenningene slik at strømmen ikke finner uønskede veier, forklarer Støa-Aanensen.
– Brytere er nærmest små brannstasjoner i nettet vårt – de både slukker flammene, og hindrer at brannen blusser opp igjen, sier forskeren.
Luft har et globalt oppvarmingspotensial lik 0, og tilfredsstiller både EUs krav og løser strømbryternes klimagassproblem, forklarer Støa-Aanensen (bildet). Foto: Edvin Wiggen Dahl/Smidesang
Bryterne må også tåle ekstreme klimaforhold, fra bitende kulde til varme, fukt og salt luft, legger hun til.
– Og de skal være driftssikre i flere tiår, type 40–50 år. SF₆ har vært en «magisk gass» for alle disse behovene. Derfor har det vært krevende å finne alternativer som både er miljøvennlige og teknisk på høyde med SF₆, sier hun.
Dette krever ekspertise innenfor elektrisk, mekanisk og termisk design, samt mange beregninger og fysiske tester.
Kan luft løse klimaproblemet?
Det er helt avgjørende at forskere og industri får til et godt og tett samarbeid for å finne løsninger som egner seg.
Forskerne har blant annet testet bruk av såkalt teknisk luft som brytermedium, altså den gassen som er inni bryterne.
– SF₆ har vært en «magisk gass» for alle disse behovene.
– I akkurat dette prosjektet går vi for en løsning med trykksatt luft. Vi bruker dobbelt så høyt trykk som i atmosfæren, og den brukes både til strømbrytning og til elektrisk isolering, sier Støa-Aanensen.
Luft har et globalt oppvarmingspotensial lik 0, og tilfredsstiller både EUs krav og løser strømbryternes klimagassproblem.
– For å oppnå samme ytelse ved hjelp av trykksatt luft i stedet for SF₆, må vi øke fyllingstrykket i bryteren. Samtidig må vi forbedre designet av innmaten, fra selve strømbryteren eller “brannslukkeren”, til alle avrundinger og overganger mellom forskjellige materialer, sier hun.
– Vi har funnet ut at det fungerer godt over tid i møte med lysbuer, sier forskeren.
Så da skulle kanskje problemet vært løst, eller? Så enkelt er det ikke.
Evige utfordringer: PFAS
For selv om de har funnet løsninger som gjør at SF₆ kan fases ut, så står utfordringene i kø. Og det gjelder ikke bare gassen inni bryterne, men selve bryterhuset.
– Alle brytere som finnes inneholder PFAS – de såkalte evighetskjemikaliene, sier Støa-Aanensen.
Det finnes mange forskjellige PFAS, men de kjennetegnes gjerne ved disse viktige tekniske egenskapene: De tåler høye temperaturer, har lav friksjon og god elektrisk isolasjonsevne, utdyper hun.
Men på samme måte som SF₆ så har PFAS noen vanskelige sider også: PFAS brytes nesten ikke ned i naturen, og kan hope seg opp i miljø og kropp.
De første prototypene er testet, med lovende resultater
Så selv om vi har løst et stort problem ved å gå SF₆-fritt, er det mulig vi blir nødt til å også erstatte andre materialer som blir brukt i dagens brytere, forklarer forskeren.
PFAS er ikke forbudt i EU ennå, men fem lands miljødirektorater, inkludert Norges Miljødirektorat, har gått ut med et bredt forslag om restriksjoner for PFAS.
– Det skal til politisk behandling i EU i årene som kommer, sier Støa-Aanensen.
Vi må hele tiden være i forkant av utviklingen, forteller forskeren.
– I samarbeidsprosjektet med ABB og NTNU prøver vi derfor å finne løsninger som ikke bare er SF₆-frie, men også frie for PFAS i selve bryter-kammeret. De første prototypene er testet i lab, med lovende resultater, sier hun.
ABB har hatt fabrikk i Skien i over 100 år, har 850 ansatte og er Skiens største arbeidsplass. Foto: ABB
Forskning og industri hånd i hånd
Det er prosjektet FreeSwitch forskeren refererer til.
Dette prosjektet bygger på mer enn 20 års samarbeid om forskning og industriell utvikling, og er støttet av Forskningsrådets ordning for innovasjonsprosjekter i næringslivet (IPN).
– Dette er et typisk eksempel på hvordan forskning og industri sammen kan drive frem grønn omstilling, sier Martin Kristoffersen, gruppeleder ved ABBs teknologisenter i Skien.
ABB har hatt fabrikk i Skien i over 100 år, har nesten 1000 ansatte og er Skiens største arbeidsplass. ABB har flere avdelinger fordelt på ni steder i Norge.
De har hovedkontor på Fornebu, og sysselsetter totalt 2200 ansatte nasjonalt.
– Det blir det jo arbeidsplasser av
At ABB fortsatt har en fabrikk i Skien henger også sammen med det tette samarbeidet med SINTEF og NTNU, forteller Kristoffersen.
Martin Kristoffersen, gruppeleder ved ABBs teknologisenter i Skien. Foto: ABB
– Når forskningsmiljøene kobles direkte på oss i industrien, får vi både teknologiske løsninger og konkurransekraft. Det sikrer høy kvalitet og pålitelighet når vi utvikler produkter for fremtidens distribusjon av elektrisk energi – og det blir det jo arbeidsplasser av, sier han.
Slik blir forskningssamarbeidet ikke bare et klimatiltak, men også en styrking av norsk industri.
