成果報告書詳細
管理番号20140000000314
タイトル*平成25年度中間年報 風力等自然エネルギー技術研究開発 風力発電高度実用化研究開発 10MW超級風車の調査研究(発電機)(1)
公開日2014/7/5
報告書年度2013 - 2013
委託先名古河電気工業株式会社
プロジェクト番号P13010
部署名新エネルギー部
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)研究開発の目的
本調査研究は、10 MW 超級風車のキーコンポーネントと考えられる鉄心利用超電導発電機用コイルモジュールの研究開発を行い、その成果を基に発電機全体の評価を行って、10MW 超級風車に用いる超電導発電機の実現可能性を実証することを目的とする。
(2)研究開発の概要
大型風車用超電導発電機の電磁設計を行ったところ、空心コイル方式で発電機の超小型軽量化が可能であるが、高価な高温超電導線材を大量に使用するため、3〜4 億円というコスト制約のある 10 MW 級発電機の実現は困難であることが分かった。そこで、回転子に鉄心利用超電導コイルを用いても従来型発電機の半分程度に軽量化できるため、現状の高温超電導線材を前提に開発する観点から、鉄心利用方式を採用する。
以下に本研究のキーコンポーネントである鉄心利用超電導発電機用コイルモジュールの研究概要を示す。
(a) 鉄心利用超電導発電機用コイルモジュールの開発
図1に超電導回転子と超電導コイルモジュールの概念図を示す。レーストラック型の超電導コイルをコンパクトなドーナツ型真空容器に格納したものであり、鉄心の各突極の回りに配置される。本研究開発では、超電導発電機の電磁設計から、インナーヨークに収納可能な超電導コイルモジュールの大きさを先ず決定する。熱シミュレーションにより最適化した後、超電導コイルモジュールを1 極分試作し、鉄心の周りに配置して性能を検証する。
英文要約Title : Research on Over 10 MW Class Wind Turbine-Generator 
 
 Research and development of superconducting generator coil module with an iron core which is a key component of over 10MW Class Wind Turbine Generator has been conducted. Also, its feasibility will be demonstrated as a purpose.
 A coil module shape has been designed that can secure 1.0T of gap flux density of the stator and the rotor (superconducting module side) on the basis of electromagnetic field simulation of the coil module of assuming a 10MW generator. The electromagnetic force applied to the coil has been obtained using the magnetic flux density in the above analysis model. The sum of the electromagnetic force applied to the coil depth of 1m is 0.8KN on the radial direction, 7.4KN on the axial direction, respectively.
 The weight of the 48-pole coil module including the iron core is 150Ton which is below the target value of 160Ton. Total length of the used superconducting wire is 26Km which is far below the target value of 46Km, so that the expected cost targets should be achieved.
 It is a problem to prevent the coil damage due to quenching in ensuring the reliability in operation of the coil module. As the method for detecting quenching, the co-winding method has been adopted because of its high sensitivity more than the bridge balanced method. For the quench protection, the active quench protection method is superior to the No-Insulation method (NI), such as control characteristics of the magnetic field. The wire structure has been determined by the relationship between the hot-spot temperature and the length of the resistance region or the thickness of the copper stabilization layer of superconducting wire. As a standard for evaluating the quenching damage of the coil module, the minimum allowable resistive zone (MARZ) is adopted. Based on the described above, it is suggested that a safe coil system can be designed.
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