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¿Cómo reducir los gases fluorados en las redes eléctricas?

Desde mediados del siglo XX, el hexafluoruro de azufre (gas SF6) ha sido ampliamente utilizado para sustituir el petróleo como aislante en equipos eléctricos, y uno de sus usos más grandes actualmente se encuentra en aparamenta eléctrica. El SF6 ha demostrado ser fiable y altamente eficaz en aplicaciones en las que se puede esperar el arco eléctrico y su uso ha permitido diseños más pequeños y más limpios, así como mayor durabilidad de los equipos a lo largo del tiempo.

En la mayoría de los casos, el SF6 ha tenido un fuerte desempeño en equipos eléctricos.

La preocupación por el calentamiento global

Sin embargo, el hexafluoruro de azufre también es un «gas de efecto invernadero» (GEI). Como uno de los grupos de compuestos conocidos como gases fluorados, el gas SF6 resulta ser el GEI más potente en términos de su potencial de calentamiento global (GWP).

Con este reconocimiento se han adoptado medidas estrictas para ayudar a limitar la liberación del SF6 en la atmósfera. Estas incluyen una cuidadosa contabilidad de la producción y distribución del gas, así como límites en su uso.

En Estados Unidos, la EPA comenzó a investigar el gas SF6 en 1997. En 2012 exigió la presentación de informes para equipos con capacidades nominales de 17.820 lb o más. Esto ha dado lugar a una marcada disminución de las emisiones.
Muchos estados -especialmente California, pero también Washington, Oregón, Massachusetts y Nueva Jersey- han seguido el ejemplo al instituir regulaciones de información del SF6 y reduciendo las emisiones permisibles.

Ya a mediados de 2000, el Programa Europeo para el Cambio Climático (ECCP) identificó la reducción del hexafluoruro de azufre como un componente clave en sus iniciativas de reducción de los GH para cumplir los compromisos del Protocolo de Kyoto asumidos por la UE. Los planes incluían la eventual prohibición de algunos gases F en aplicaciones específicas, así como el fortalecimiento de los controles operativos de los sistemas que utilizan estos gases y la limitación de sus actividades de producción e importación/exportación.

Dichos esfuerzos han continuado en el marco del Acuerdo Climático de París de 2015. Con la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático ocurrida en noviembre de 2020, muchos países participantes prepararon actualizaciones para sus planes climáticos, o Contribuciones Determinadas a Nivel Nacional (NDC).

Los ecologistas anticipaban que 2020 podía marcar un punto de inflexión en la reducción de los gases de efecto invernadero, dando lugar a una regulación aún más rápida.

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Registro de éxitos, aún quedan desafíos

Se han realizado grandes avances en la reducción de GH en aplicaciones como propulsores de aerosol y aire acondicionado. Por ejemplo, el sector de la automoción y los fabricantes de HVAC en general han eliminado durante varios años el uso de refrigerantes basados en HFC. Algunos usos del gas SF6, como en la producción de magnesio, también se han reducido drásticamente. Sin embargo, se sigue utilizando en varias aplicaciones.

El 85% de dicho gas producido actualmente se utiliza en aparamenta eléctrica de alta y media tensión junto con otros equipos eléctricos aislados en gas. El registro de los sistemas sellados, como los utilizados en MT, refleja tasas de pérdidas muy bajas del 0,1% durante todo el ciclo de vida. Otros usos del hexafluoruro de azufre en los que el gas no es un sistema sellado incluyen aplicaciones médicas, metalúrgicas y electrónicas (como las placas de circuitos impresos).

Aunque estas aplicaciones representan una porción menor del uso del SF6, contribuyen en una proporción similar al gas SF6 que la industria eléctrica libera en la atmósfera.

¿Cuáles son las regulaciones actuales del gas SF6 y hacia dónde van?

En la UE

La Unión Europea se ha fijado el objetivo de reducir sus emisiones de gases F en dos tercios para 2030. Aunque gran parte de esto procederá del uso de menos de los gases cubiertos por el Protocolo de Montreal, el hexafluoruro de azufre es una parte integral del mix.

Entre las medidas específicas que se están aplicando se incluye la limitación de la cantidad total de hidrofluorocarburos que pueden venderse en la UE; Prohibir el uso de algunos gases F en muchos tipos nuevos de equipos; y evitar emisiones de gas SF6 mediante la supervisión, el mantenimiento y la recuperación de gas al final de la vida útil (EoL) en aparamenta eléctrica.

La recuperación de hexafluoruro de azufre es especialmente importante. El factor más dañino para el clima de los impactos del gas SF6 implica las posibles emisiones de EoL de los equipos. Este proceso para una unidad de aparamenta de MT abarca el recorrido final desde su extracción desde la aparamenta hasta su transporte hasta su reciclaje o destrucción. Aunque existen regulaciones europeas para el tratamiento y la recuperación del gas SF6, la aplicación de estas normas es incierta.

El Fraunhofer Institute for Energy Economics estima que diferentes usuarios muestran una amplia gama de calidad en su comportamiento en SF6 EoL – desde una buena manipulación hasta la negligencia – dependiendo de si el propietario de la aparamenta es una gran compañía eléctrica o un miembro del mercado privado más fracturado.

Fraunhofer estima las siguientes fugas de hexafluoruro de azufre durante esa etapa de ciclo de vida:

  • Buenas prácticas de grandes empresas 1,5%
  • Estimación aproximada de fugas reales 10 %
  • Peor caso 40 %

Solo una regulación más estricta del desmantelamiento del equipo SF6 y/o la aplicación de la política existente puede resolver este problema.

En EE. UU.

En California, estos tipos de regulaciones se promulgan a través de la Junta de Recursos Aéreos (ARB) del estado. Actualmente existe un calendario para la eliminación gradual, que incluye límites cada vez más estrictos a las tasas permisibles de emisiones de gas SF6, que en 2020 tocó fondo a apenas el 1%. Los planes actuales incluyen una eliminación escalonada del uso del gas SF6, comenzando con equipos con una especificación de 72 kV o menos a finales de 2024.

Su uso en equipos de mayor tensión se producirá a finales de 2026 y 2028, con los equipos con la tensión nominal más alta (550 kV) ya no podrán utilizar SF6 a partir del 31 de diciembre de 2030.

Límites futuros para la producción de hexafluoruro de azufre

La mayoría de las regulaciones que afectarán en última instancia al uso del gas SF6 abordarán la familia de gases fluorados que, por lo general, se denominan «gases F». Esto incluye los hidrofluorocarburos (HFC), de corta duración, y los perfluorocarburos (PFC), que pueden permanecer en la atmósfera durante muchos años.

Tanto los HFC como los PFC se han sustituido en gran medida por alternativas más ecológicas. Por lo tanto, a medida que las regulaciones de gas F se vuelven más estrictas, cada vez afectarán más al gas SF6.

Las tecnologías alternativas cambian el juego

Las actividades reguladoras relativas al uso del hexafluoruro de azufre han seguido creciendo en los últimos años, centradas principalmente en California y la Unión Europea (UE). Estas normas han concedido en su mayoría exenciones para el uso continuado del SF6 en aparamenta de alta y media tensión por la razón de que no existían tecnologías alternativas.

Sin embargo, los fabricantes que están pensando a largo plazo han estado trabajando para desarrollar alternativas más sostenibles a la tecnología basada en gas SF6 y varios ahora ofrecen nuevos enfoques creativos para el diseño, el funcionamiento y el mantenimiento de los cuadros eléctricos.

Como estas nuevas tecnologías han sido probadas en los ensayos de campo, tanto la UE como California están mostrando una mayor voluntad de avanzar hacia una reducción aún mayor de la producción y el uso del SF6. Por ejemplo, en lo que respecta al SF6 en aplicaciones de aparamenta de media tensión, la Comisión Europea está evaluando actualmente la viabilidad de las tecnologías alternativas del SF6 que permiten sustituir este efecto.

Las nuevas tecnologías difieren de un fabricante a otro, y algunos eligen centrarse en la reducción del GWP con la ayuda de gases alternativos.

Algunos fabricantes de equipos, incluido Schneider Electric, han elegido evitar las incertidumbres relacionadas con gases alternativos nuevos y no comprobados y en su lugar utilizar aire puro para esta transición ecológica.

Además de ser seguro para las personas y el planeta, este enfoque basado en el aire reduce el riesgo regulatorio futuro. La nueva gama de equipos de conmutación verdes y digitales, SM AirSeT, ya ganó el premio a la eficiencia industrial en la Feria de Hannover 2020 y recibió el prestigioso premio iF Design a principios de este año.

Para obtener más información sobre lo que está haciendo Schneider Electric para ayudar a la industria de la distribución eléctrica y a los consumidores de energía a pasar a una energía más sostenible, visite nuestra página de tecnología de aparamenta de media tensión sin gas SF6.

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