成果報告書詳細
管理番号20130000000857
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 イットリウム系超電導電力機器技術開発プロジェクト
公開日2013/11/30
報告書年度2008 - 2012
委託先名公益財団法人国際超電導産業技術研究センター 中部電力株式会社 九州電力株式会社 古河電気工業株式会社 住友電気工業株式会社 株式会社フジクラ 昭和電線ケーブルシステム株式会社 大陽日酸株式会社 株式会社前川製作所 一般財団法人ファインセラミックスセンター 富士電機株式会社
プロジェクト番号P08016
部署名省エネルギー部
和文要約「イットリウム系超電導電力機器技術開発」プロジェクト(H20~H24)は、新エネルギー技術開発機構(NEDO)からの委託研究開発で、(公財)国際超電導産業技術研究センターを代表委託先として、11企業、23大学等が共同研究体を構成して研究開発を進めた。本プロジェクトは、Y系超電導線材の高特性を活用した電力機器として、超電導電力貯蔵システム(SMES)、超電導電力ケーブル、超電導変圧器を対象に、Y系超電導線材の高特性化とともに将来の実用化、導入・普及に目途をつける重要な基盤要素技術開発を行うことを目的とした。SMESに関しては、系統安定化用及び負荷変動補償・周波数調整用途に適用できる規模の2 GJ級大容量Y系線材SMESコイルを可能とする高磁界・コンパクトコイルの要素技術や20K 以上の高温運転を想定した伝導冷却構造を開発した。また、2 GJ級SMESシステムのトロイドコイル配置や運転条件等の最適化を行い、コイルを試作し、性能を検証した。Y系線材を用いた超電導電力ケーブルは、低損失・コンパクトで大容量送電を可能とし、既存管路を活用して送電容量の増大が期待されることから、66 kV/5 kA大電流ケーブルと275 kV/3 kA高電圧ケーブルを開発した。ケーブル開発で重要な要素技術となる低交流損失化・大電流導体化・大容量接続・三心一括・コンパクト化・高電圧絶縁(高電圧絶縁材料選定・絶縁設計・ブッシング)・高電圧接続・低誘電体損失化等の技術を開発した。スラッシュ窒素冷媒を用いたケーブル冷却の検討を行うとともに、要素技術を組み合わせた大電流及び高電圧ケーブルシステムを開発し、性能を検証した。Y系超電導変圧器は、高効率化やコンパクト化・軽量化が期待できる。また、冷媒の液体窒素が不燃で絶縁性能が高く、保守性にも優れている。これらの特長から、Y系線材による低交流損失で大電流容量の巻線技術、冷却システム技術、限流機能付加変圧器技術を開発し、2 MVA級超電導変圧器モデルの検証等を行い、コンパクトで高効率な配電用超電導変圧器の実現に資する重要な基盤技術を開発した。Y系超電導線材の実用化にはさらなる特性向上と各機器の仕様に対応した線材開発が必要であった。IBAD-PLD及びIBAD-MOD線材に加え、結晶粒配向金属基板-PLD線材、IBAD-MOCVD線材も含めて、磁場中臨界電流特性、機械強度、工業的臨界電流密度の向上、交流損失低減技術開発と密接に関係する線材特性の均一性向上、低技術コスト化等の研究開発を進め、今後の長期信頼性試験等の実用化技術開発の際に必要な性能及び製造速度等を満足させる線材作製技術及びその安定製造技術を開発した。さらには、2020年頃を想定した電力機器の導入・普及開始の際のコストを含めた必要条件を満たす線材作製技術を開発した。超電導標準化事業に関しては、電力・エネルギー、産業・輸送、診断・医療等の分野における標準化の一環として、不可欠な要素となる超電導線材やこれを適用した超電導電力ケーブル等超電導電力機器に関する標準化に必要な技術や標準化ニーズ動向を調査し、国際標準化合意醸成を図りつつ、国際規格提案を目的として事業を進め、国際的な規範文書のベースとなる規格素案を作成した。
英文要約Title: Final Report of “Materials & Power Application of Coated Conductors” Project (FY2007-FY2012)
The project of “Materials and Power Applications of Coated Conductors” (2007~2012) was the entrusted research by NEDO. The research and development were pushed forward with the collaborative investigation body of ISTEC and 11 companies together with 23 universities. The project was intended to perform an important elemental technology development aiming at higher performance of the superconducting magnetic energy storage (SMES), power transmission cables and transformers, utilizing YBCO superconducting coated conductors, forseeing the future practical usage, introduction and market penetration. Regarding the R&D of the SMES system, compact coil component technology for high magnetic fields and conduction cooling technology, toroid coil placement design were developed and operating conditions were investigated with inspecting the test coils, foreseeing the 2 GJ-class SMES. Two different types of superconducting transmission cables of a 66 kV, 5 kA large-current and a 275 kV, 3 kA high voltage cables were investigated. The following technologies were successfully developed; reduction of both AC and dielectric losses, cabling, junctions, 3-core in one pipe technology and high voltage insulation. The cable cooling technology utilizing slush nitrogen was also investigated. The cable systems of the two kinds of cables were developed and verified. Superconducting transformers could be expected to have merits of higher efficiency, light weight and compactness. The following technologies were developed; low-loss and high current tape winding, cooling system, fault current limiting function. A 2 MVA-class superconducting transformer was constructed and verified, forseeing a 20MVA-class superconducting transformer applied for a distribution system. Further investigation was needed for improving the characteristics of YBCO coated conductors, satisfying the specifications peculiar to respective devices. Processes of IBAD-PLD, IBAD-MOD, Clad-RABiTS-PLD and IBAD-MOCVD were developed aiming at improvement of the followings; in-field critical currents, mechanical strength, engineering current density, low cost, and spatial homogeneity of the characteristics, which satisfy the C.C. fabrication technologies and its stable production required at the stage for the long-term reliability examination. The fabrication technology was further developed satisfying the requirements at the stage of the introduction and market penetration of superconducting power devices, expected to be in around t 2020’s. The required technology for standardization and its need trend were investigated as a part of the standardization of the superconductivity technology in the fields of electricity, energy, industry, transportation, diagnosis and medical treatment etc. A standard draft was made to become the base of the international model document expecting international standardization agreement for the purpose of proposal of international standard.
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