成果報告書詳細
管理番号20140000000491
タイトル平成25年度成果報告書 電力機器の省エネルギー化に関する調査
公開日2014/8/5
報告書年度2013 - 2013
委託先名株式会社三菱総合研究所
プロジェクト番号P09018
部署名省エネルギー部
和文要約 本調査では、日本の大学が持つ機能性コンポジット材料の研究シーズを抽出し、電力機器の絶縁材料にかかる開発ニーズとのマッチングを行い、研究成果の適用先を拡げることで早期実用化を加速するとともに、対象機器別に求められる材料特性、達成が期待される機器性能、省エネ・エミッション効果を明確化することを目的とした。
 大学発の研究シーズについては、大学連合委員より、代表的な5事例が提案された。また電機メーカの開発ニーズとして、メーカ委員より適用の効果が特に大きいと期待される「発電機」「開閉装置」「電力ケーブル」の3機器が提案された。そこで当該3機種について、電力システム、機能性コンポジット材料、電力機器開発の専門家から構成される分科会をそれぞれ設置し、検討を進めた。3分科会の検討結果を議論し、助言を与える組織として、専門家から構成される親委員会を設置した。また分科会活動の一環として、電力機器ユーザのニーズヒアリングを実施した。
 発電機分科会については、2020年に向けてタービン発電機の効率改善0.25ポイントを達成するために、固定子コイル絶縁の課電寿命1000倍、熱伝導率4倍の材料目標達成が必要である旨、およびその達成のための研究開発スケジュール案と概算経費案が示された。
 開閉装置分科会については、2020年に向けて外形寸法の30%縮小を達成するために、スペーサの構成材料について、沿面の耐電圧30%向上を実現する傾斜機能材料の開発が必要である旨、およびその製造法の確立、1次元誘電率、導電率の非破壊評価技術、及び3次元誘電率、導電率の非破壊評価技術の確立が必要である旨が示され、その達成のための研究開発スケジュール案と概算経費案が示された。
 ケーブル分科会については、2020年に向けて次世代送電システム(AC/DC、HVDC等)への適用を進めるため、AC/DC両用ケーブルないし、同一絶縁厚さでの電圧階級向上、絶縁寿命の延長(30年→60年)、総コストの50%削減の実現が必要である旨、そのためにケーブル絶縁部の電気トリー開始電界、課電寿命の2倍化、耐熱105℃、新たな接続部(ジョイント)の開発が必要である旨が示され、その達成のための研究開発スケジュール案と概算経費案が示された。
 またそれぞれの機器について、単機あたり、および2020年以降の本格普及による世界規模での省エネルギー効果とエミッションを推定した上、取組の意図と社会的意義を普及するためのシンポジウムを開催した。シンポジウムでは、日本の機能性コンポジット材料の研究開発ポテンシャル、上記3機種の研究開発意義およびスケジュール案、電力機器ユーザのニーズ、省エネ効果・エミッション・市場規模に関する講演を行った。
 上記取組を経て、機能性コンポジット材料の電力機器適用にかかる共通課題を整理し、今後必要となる技術開発内容を整理した。
英文要約 This research has set as its aims, on the one hand, earlier introduction of practical use and, on the other hand, clarification of material characteristics, expected equipment performance, and energy saving/emission impact, by extracting research seeds of functional composite materials at Japanese universities, matching development needs of insulating materials for electric equipment, and extending the application of research results.
Research seeds have been proposed by university association committee with 5 representative cases. Development needs of electric manufacturers have been proposed by manufacturers committee with 3 kinds of equipment for their application effect being most expected: power generator, switching gear, power cables. Accordingly, subcommittees have been established with experts in power system, functional composite material, and electric equipment development to study each case, with an encompassing parent committee composed by experts to discuss subcommittees’ study results and to provide them with advice. In addition, as part of subcommittees’ activities, hearings on needs were conducted to power equipment users.
The subcommittee on power generator presented the needs for materials that extend the voltage life of stator coil by 1,000 and thermal conductivity by 4, in order to achieve the efficiency improvement by 0.25 points for turbine generators by 2020, with tentative R&D schedule and approximate budget.
The subcommittee on switching gear presented the needs for the development of functionally gradient materials and establishment of their manufacturing methods to improve the surface withstanding voltage by 30%, and the establishment of one- and three-dimensional permittivity and their respective non-destructive evaluation techniques, in order to achieve the reduction of external dimension by 30% by 2020, with tentative R&D schedule and approximate budget.
The subcommittee on power cable presented the needs for the development of electric field of electrical tree in cable insulation, duplication of the voltage life, resistance to heat up to 105 degrees Celsius, and new joints for AC/DC dual-purpose cables or improvement in voltage class with the same insulating thickness, extension of insulation life (from 30 years to 60 years), and reduction of total cost by 50%, in order to advance the application of next-generation transmission system (AC/DC, HVDC etc.), with tentative R&D schedule and approximate budget.
In addition, upon estimating energy saving/emission impact for each kind and by unit on a global scale from 2020 onward with full penetration, a symposium was held to disseminate the intention of this project and its social significance. Lectures delivered were on Japan’s R&D potential for functional composite materials, significance of R&D for said 3 kinds and their respective tentative schedules, needs of power equipment users, energy saving/emission impact, and market size.
Through this project, common issues of power equipment application of functional composite materials, and necessary technology development for the future, were organized.
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