成果報告書詳細
管理番号100012438
タイトル平成16年度-平成19年度成果報告書 超電導電力ネットワーク制御技術開発
公開日2009/4/3
報告書年度2004 - 2007
委託先名中部電力株式会社 九州電力株式会社 財団法人国際超電導産業技術研究センター
プロジェクト番号P04017
部署名新エネルギー技術開発部
和文要約SMESを用いた100MW級電力ネットワーク制御システム技術を確立することを目標に、以下の研究開発を実施した。研究開発項目1「SMESシステムの開発」SMESシステムの開発に必要な各種システム構成技術、実系統連系運転試験によるシステム性能検証、システムコーディネーション技術の設計・製作・検討・性能評価を行った。システム構成技術開発の内、低コスト大容量電力変換システムの開発は、目標性能を満足しかつコストミニマムとなる候補4方式の中から「電圧型大容量変換素子直並列方式」を決定し、10MVA級システムを開発し実系統連系試験に使用した。高磁場酸化物系SMESコイルの開発については、外径Φ420mmのイットリウム系コイルを製作し、20K領域での伝導冷却特性評価を行うとともに、トロイド型コイルを試作し、SMES充放電基本特性検証を実施した。高信頼性極低温冷凍機の開発について、80K無摺動冷凍機および20Kオイルレス冷凍機において20,000時間以上の耐久性能の検証を実施した。また、無摺動冷凍機において、低温化にむけた改良を行い、20K以下の温度到達を確認し、高効率化にむけた蓄冷部構造の最適化を図った。高耐電圧伝導冷却電流リードシステムの開発は、冷凍機と電流リードが同軸一体型の冷却構成、熱侵入量低減のための酸化物超電導などの構成、および高耐電圧構成の要素技術開発を行い、その結果を基に、1kA級の同軸一体型電流リードシステムの耐電圧試験、通電試験から真空度によらない耐電圧DC15kV以上、かつ熱侵入量0.3W/kA・対以下を達成した。これらの技術成果を基に100MW級系統安定化用の同軸一体型電流リードのシステム設計を行った。システムコーディネーション技術開発では、SMES出力の位相補正を考慮した系統安定化制御ロジックを開発し、Y法によるディジタル解析を行うとともに、SMESアナログモデルと系統解析シミュレータを組み合わせたアナログ解析を行い、その妥当性を検証した。また、100MW級SMESシステムの設計およびライフサイクルコストの算定を行った。実系統連系試験の実施に関しては、要素機器(設備容量10MVA変換器、貯蔵容量20MJ超電導コイル等)をシステムとして組合せ、実際の負荷変動を入力としてシステム補償動作を確認し、当初目的である繰り返し補償動作の2万回以上に対して5万回以上の動作実績により、耐久性・安定性を確認した。系統安定化用SMESの性能については、実系統において負荷遮断などによる電力変動抑制効果の検証を行った。研究開発項目2「SMESシステムの適用技術標準化研究」SMESの市場規模想定を行い、適用SMESと競合技術の比較を検討した。また、ライフサイクルコスト算定が可能な手法を構築し、経済性評価を行った。併せて、競合技術(SVC、蓄電池、キャパシタなど)の解析モデルの調査、作成を行い、適用効果のシミュレーション解析を行い、SMESシステムの適用効果の比較・評価を実施した。それらを踏まえ、今後導入が見込まれる用途別SMESシステムと競合技術の取りまとめを実施した。さらに、実用化促進や産業競争力向上にも寄与するため、SMESデバイス試験法及びSMESシステム試験法を策定した。
英文要約We undertook this research to develop 100MW-class electric power network control system technology using SMES. R&D Item (1):“Development of an SMES system”We tested each type of system composition technology and verified system performance through actual system connection tests, and designed, manufactured, investigated and evaluated the performance of system coordination technology. Regarding system composition technology, to produce a low-cost high-capacity power conversion system, we decided on the“voltage-type high-capacity conversion element series parallel system”from among 4 potential systems, so as to achieve a satisfactory target performance and cost minimization. This was used to develop a 10MVA-class system for which we performed actual system connection tests. Regarding the high-magnetic field oxide-type SMES coil, we manufactured a yttrium-type coil of external diameter Φ420mm, and as well as assessing the conduction cooling properties, we also produced a toroid-shape coil as a trial, and performed verification of basic properties of SMES charge-discharge. Regarding the high-reliability ultra-low temperature refrigerating equipment, we tested endurance performance for over 20,000 hours for an 80K non-slide refrigerator and a 20K oil-less refrigerator. For the non-slide refrigerator, after confirming that it had reached a temperature of below 20K, we optimized the structure of the cooling storage part to improve efficiency. For the high voltage resistant conduction cooling current lead system, we developed elemental technology for a cooling construction with coaxial integration of the refrigerator and current lead, a structure for oxide superconductivity etc. to decrease the amount of heat invasion, and a high voltage-resistant structure. Further, we designed a coaxially-integrated current lead system for 100MW-class system stabilization. Regarding system coordination technology, we developed system stabilization control logic taking into account phase correction of SMES output, and verified its appropriateness. We also calculated various costs involved in the system design and lifecycle. Regarding actual system connection tests, we combined the elemental devices to form the system and confirmed the system's compensatory operations as the actual load variation input. We confirmed the durability and safety from over 50,000 operation results. Regarding the performance of the SMES for system stabilization, we verified the effectiveness in controlling power fluctuation due to load rejection, etc. in the actual system. R&D Item (2):“Research into SMES system applicable technology standardization”We estimated the size of the SMES market and compared the applicable SMES with competing technologies. We also summarized the use-specific SMES systems that are likely to be adopted in the future and contending technologies. We also formulated SMES device and system test methods to promote practical utilization and industrial competitiveness.
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