成果報告書詳細
管理番号20120000000194
タイトル*平成22年度中間年報 イットリウム系超電導電力機器技術開発 SMES技術開発
公開日2012/6/9
報告書年度2010 - 2010
委託先名中部電力株式会社
プロジェクト番号P08016
部署名省エネルギー部
和文要約「和文要約等以下本編抜粋」
1. 研究開発の内容及び成果等
1-1「超電導電力貯蔵システム(SMES)の研究開発」
(1) 2 GJ 級高磁界・大電流コンパクトコイル構成技術開発
高磁界化による高エネルギー密度化コンパクトコイルを目指し、IBAD/ CVD-YBCO コイル(外径250 mm)を製作し、フープ応力試験により、従来の金属系SMES コイルの2 倍を超えるフープ応力耐性(一体変形で約850 MPa)を実証した。また、2 GJ 級SMES コイルの技術的見通しを得るために必要な20MJ 級SMES 規模の要素コイル開発を目指し、高強度・低損失が実現可能となる集合化導体構造を採用して要素コイル(外径650 mm 級)を製作し、通電基礎検証試験により、2.6 kA を超える大電流容量を実証した。
本開発においては、電気機器や超電導技術に関する学識経験者、重電メーカ各社、および各電力会社等からなる超電導電力貯蔵システム研究開発委員会の元、「SMES コイル検討小委員会」を開催し、コイル構造等を十分に議論した上で開発を進めた。
(2) 高効率コイル伝導冷却技術開発
ガス冷媒配管を組み込んだシングルパンケーキ型コイルを製作し、実証試験として試験電圧13kV の耐電圧性能を確認し、コイル通電時に20K 温度領域の伝導冷却下での大電流通電性能も確認できたことで、高効率なコイル伝導冷却技術を確立した。
(3) SMES 対応線材安定製造技術開発
酸化物超電導体の気相成長プロセスを用いた線材作製では、膜厚方向の結晶成長の制御と、成膜面方向の連続した結晶成長の制御が必要である。これまで温度や組成などの膜厚方向の結晶成長を適正化し、今回、面方向の結晶成長の制御に向けて、気化器の温度分布制御による原料ガス流の連続性の改善と、中間層の薄化による欠陥の抑制を実施した。これらにより、安定線材作製に必要な連続結晶成長が可能となり、歩留の良い線材製造技術を実現した。
(4) 高信頼性・高耐久性SMESコイル要素技術開発
2 GJ級SMESのトロイド型コイルのクエンチ保護方法について検討し、コイルを構成する絶縁素線集合化導体でクエンチが発生した場合、素線間で転流が発生することをシミュレーションおよび実験により検証し、クエンチ検出法への素線間転流現象の適用が可能であることなどを確認した。
本開発においては、(2)と同様に、「SMES 試験法検討小委員会」を開催し、試験法等を十分に議論した上で開発を進めた。
英文要約Title:“Technological Development of Yttrium-based Superconducting Electric Power Equipment” (FY2008 - FY2011) FY2010 Annual Report

1 “Contents and Results of Research Development” 1-1 “Research Development of the Superconducting Magnetic Energy Storage System (SMES)” (1) “Development of the technique for 2 GJ class high magnetic field/high-current compact coils” Aiming at the manufacturing of compact coil with higher energy density through the creation of higher magnetic field, we produced IBAD/CVD-YBCO coil (outside diameter 250mm), and by carrying out hoop stress tests, proved that it was tolerant to hoop stress more than twice as much (approx. 850 MPa for combined deformation), compared to the existing metal-based SMES coils. Also, aiming at the development of 20 MJ class SMES component coils, we manufactured component coils (outer diameter 650 mm), adopting the bundled conductor that would enable the realization of high strength and low loss, proving that its current capacity was large enough to exceed 2.6 kA, through basic verification test for energization. (2) “Development of high efficiency coil conduction cooling technology” We manufactured a single pancake coil with built-in refrigerant gas tubing, performed verification test and proved that it could withstand test voltage of 13kV, and by confirming that it is capable of high current performance upon coil energization in 20K temperature range created by conduction cooling. (3) “Development of stable manufacturing technology of coated conductors for SMES” The controls of film growths the both vertical and parallel to the tape surface are necessary for the coated conductor process using gas phase. We already investigated proper conditions for vertical growth, such as temperature and composition, and then we improved the continuity of source gas flow by appropriate temperature control in the vaporizers and suppressed the defects in buffer layers in order to control the parallel growth of the superconducting film. These developments made the continuous crystal growth, so that the manufacturing process with high yield ratio was realized. (4) “Development of highly reliable/highly durable SMES coil component technology” After going over quench protection techniques for toroid coils of 2 GJ class SMES, we verified that current commutation is generated between the wires when quench is generated at the bundled conductor of insulation wires making up the coil through simulations and experiments, and confirmed the facts such as that the current commutation phenomena between the wires can be applied to quench detection techniques. 1-2 “Technological Development of Coated Conductors for Superconducting Equipments” (1) “Development of the manufacturing technology for coated conductors that enable high critical current (Ic) in magnetic field” We performed characterization of coated conductors whose elements were partially replaced, or whose elements were added in magnetic field, and contributed to developing coated conductors with high Ic in magnetic field by quick feedback to manufacturing process of coated conductors.
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