成果報告書詳細
管理番号20140000000844
タイトル平成19年度-平成25年度成果報告書 高温超電導ケーブル実証プロジェクト
公開日2015/1/31
報告書年度2007 - 2013
委託先名住友電気工業株式会社 東京電力株式会社 株式会社前川製作所
プロジェクト番号P07014
部署名省エネルギー部
和文要約本プロジェクトでは、高温超電導ケーブルや冷却技術などを統合する高温超電導ケーブルシステムを構築し、線路建設、運転、保守を含めたトータルシステムの信頼性を実証するために、実系統に連系した実証試験を実施することで、超電導ケーブルのトータルシステムとしての総合的な信頼性を実証するとともに、革新的な高効率送電技術の開発・検証を行うことを目的とした研究開発を行った。
 高温超電導ケーブルの総合的な信頼性研究に関しては、高温超電導ケーブルの重要要素技術の検証、トータルシステムの開発、送電システム運転技術の開発、実系統における総合的な信頼性の実証の研究開発を実施した。
 高温超電導ケーブルの重要要素技術の検証については、高温超電導ケーブルを実線路に適用するための各部の単体試験にて、超電導性能、電気絶縁性能、熱機械的性能が所定の機能をもつことを検証すると共に、30 mケーブル、中間接続部、終端接続部を組み合わせた検証システムを住友電工・熊取試験場に構築し、66 kV/200 MVAの電力の送電が可能であることを確認した。
 トータルシステムの開発については、高温超電導ケーブルの実証試験場所として、東京電力管内の旭変電所(横浜市)を選択し、超電導ケーブルシステムの構成を検討し、付帯設備として必要な変電設備、監視・計測システム、冷却システムの設計検討を行った。また、冷却システムについては、前川製作所・守谷工場にて実証試験用の冷却システム構築し、その機能の確認を行った。さらに、冷却システムの大容量・高性能化を目指して、ブレイトン冷却システムを開発し、冷却容量5 kW、COP=0.1の目標性能を達成した。ケーブル高性能化の研究については、22 kV/12 kA級の単心型大電流ケーブルの開発を行い、ケーブル、端末の基本設計を完了させた。
 送電システム運転技術の開発については、高温超電導ケーブルを実系統で運転するための常時運転方法の検討、トラブル事項の抽出、対応方法の策定等を行い、運転時の手順書(マニュアル)として取りまとめた。
 実系統における総合的な信頼性の検証については、旭変電所にて実証する高温超電導ケーブル、ジョイント、端末、冷却システムを製造し、所定の検査を経て、現地に布設、建設を行った。系統接続前の検証試験として、臨界電流値測定、直流耐電圧試験、冷却性能試験等を実施し、各機器が所定の性能を有することを確認した。上記試験を経て、平成24年10月29日に超電導ケーブルを実系統に接続した実証試験を開始した。運転期間中のケーブル部の温度、圧力は冷却システムにより制御されており、良好であることを確認した。ケーブル部の点検、冷凍機、ポンプ等のメンテナンスについては、予め作成したマニュアルに沿って実施し、特に支障なく保守ができることを確認した。また、異常発生に備え、監視盤による常時監視を行ったが、重大な異常、故障は発生しなかった。平成25年12月25日に実系統から超電導ケーブルを切り離し、1年以上にわたる送電において支障なく運転が行えることを実証した。系統への連系運転の終了後、臨界電流値等のケーブル性能の評価を行ったが、1年以上の実系統上での運転を行っても性能に影響がないことを確認した。
 超電導ケーブルの適用技術標準化の研究に関しては、本プロジェクトでの検討内容や試験結果について、CIGRE B1.31WGへ提供し、同WGの「超電導ケーブルの試験法に関してのガイドライン」作成に貢献した。
英文要約In this project, Sumitomo Electric Industries, Ltd. (SEI), Tokyo Electric Power Company (TEPCO) and MAYEKAWA MFG. CO., LTD (MAYEKAWA) had been jointly conducted the in-grid demonstration test of HTS cable system, in order to evaluate the comprehensive performance, safety, reliability and other characteristics of the entire system.
At first, key technologies for HTS cable system were developed and verified. It was confirmed that the component devices of the HTS cable system had the required specifications such as superconducting characteristic, dielectric characteristic and thermal mechanical characteristic. A performance verification system including 30 m HTS cable, cable-to-cable joint and terminations was constructed and confirmed its characteristics as 66 kV/200 MVA power equipments at the factory of SEI.
With regard to the development of a total system, the Asahi substation of TEPCO was selected as a demonstration test site. The design of the HTS cable system including such as monitoring system and cooling system were conducted. Turbo-Brayton cooling system with large capacity and high efficiency was developed at MAEKAWA factory and the target value of COP=0.1 with the capacity of 5 kW was achieved. Regarding to the study of high performance HTS cable, fundamental designs of 22 kV/ 12 kA class HTS cable and its termination were finished.
 As the development of operation technology, operation manuals of the HTS cable system considering both the normal case and the failure case were summarized for its in-grid demonstration.
As the demonstration of its reliability in a real grid, a 240 m long HTS cable system was constructed at Asahi substation successfully. After several completion tests and performance tests of the system, the HTS cable was connected to a real grid from October 29, 2012 to December 25, 2013. The in-grid operation had continued for more than one year without any accidental interruption of the operation or troubles of the system. After the in-grid operation, residual performance tests such as the critical current of the HTS cable were measured and confirmed no degradation compared to the initial one. It was confirmed that the HTS cable system has good performance and stability for the long term in-grid operation.
With regard to the study on normalization of operation technology for HTS cable system, some data in terms of testing results and studies on testing method were reported at the CIGRE B1.31 WG. It contributed to draw the guideline of test method about HTS cable.
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