SuperSuper-GM GM ｢超電導発電機基盤技術研究開発｣ （事後評価）分科会 資料 6-3 2.3 2.3 設計技術の研究開発 2.3.1 超電導発電機に対する 2.3.1 超電導発電機に対する 電力系統からの要求仕様 2.3.2 高密度 2.3.2 高密度20 高密度20万 20万kW級超電導発電機の設計技術 kW級超電導発電機の設計技術 2.3.3 大容量 2.3.3 大容量60 大容量60万 60万kW級超電導発電機の設計技術 kW級超電導発電機の設計技術 2.3.4 超電導発電機の導入シナリオ 2.3.4 超電導発電機の導入シナリオ 2.3.5 設計技術のまとめと波及効果 2.3.5 設計技術のまとめと波及効果 設-1 SuperSuper-GM GM 2.3 2.3 設計技術の研究開発 2.3.1 超電導発電機に対する 2.3.1 超電導発電機に対する 電力系統からの要求仕様 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.1参照 2.3.1参照 設-2 SuperSuper-GM 超電導発電機への電力系統からの要求仕様 都市近郊発電所 （導入対象個所） BP/S 40 1001 1G j0.453 〔重＿1.0083〕 • 超電導発電機の導入 を想定する都市近郊 発電所を調査 • 要求仕様 ☆運転中の最過酷事象 に耐えること 設計へ反映 ☆電力系統の特性を改 善すること IS/S 60 10 20 1002 1004 1005 1007 0.01+j0.081 (j0.00) 0.014+j0.148 (j0.0033) 0.01+j0.065 (j0.0005) 1006 1008 0.014+j0.148 (j0.0014) 0.004+j0.05 (j0.0012) j0.453 〔重＿1.0083〕 30 1003 230 1022 j0.644 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 0.0022+j0.04091 (j0.013) 250 240 1030 j0.167 〔重＿0.9500〕 〔軽＿1.0500〕 260 1033 1032 j0.04925 j0.00125 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 1031 j0.169 〔重＿0.9500〕 〔軽＿1.0500〕 140 主系統 主系統 1015 1009 1010 0.01+j0.086 (j0.00) 0.02+j0.21 (j0.0037) 1023 1012 0.01+j0.155 (j0.0021) 110 150 GS/S 130 1014 100 90 80 2G 120 50 1011 1013 0.01+j0.08 (j0.0017) 0.01+j0.1 (j0.001) 160 1016 0.0022+j0.04091 (j0.031) j0.641 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 HS/S 1018 190 0.01+j0.09(j0.007) 3G j0.643 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 1017 j0.453 0.01+j0.09(j0.012) 1019 170 180 j0.644 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 1020 1024 0.026+j0.353 (j0.01) j0.642 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 1021 1025 CP/S 200 1026 220 1028 1G 0.026+j0.353 (j0.01) j0.644 〔重＿1.000〕 〔軽＿1.000〕 R+jX(Y/2)[p.u] [ ]内はタップ値 0.0037+j0.079(j0.046) j0.278 〔重＿1.0513〕 210 1027 1029 2G 0.0037+j0.079(j0.046) j0.278 〔重＿1.0646〕 〔軽＿1.0780〕 モデル系統 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.1(1)（ 2.3.1(1)（188頁） 188頁）参照 頁）参照 設-3 SuperSuper-GM 電力系統からの要求仕様 超電導発電機が電力系統で運転中に遭遇する可能性のある最過酷事象と 超電導発電機による電力系統特性の改善を要求 項目 過 渡 電 磁 トル ク 最過 界 磁 巻 線 電流 酷事 変化 象 短 時 間 電 圧上 昇（過励磁） 系 統 過渡安定度 特性 改善 短絡容量 要求 発 電 所 高 圧 母 線 至 近 端 で の 三相 短絡 故障 、二 相短 絡故障の最大トルクに耐えること 定 格 出 力 ・ 遅 相 定 格 力 率 運転 で、 最過 酷故 障＊ 1 発 生による界磁電流変化でも超電導を維持すること 定 格 出 力 ・ 遅 相 定 格 力 率 運 転時 に負 荷遮 断さ れた 場合の過渡的な電圧上昇に耐えること ど の よ う な 発 電 機 の 出 力 で最 過酷 故障＊ 1 が 発 生し ても安定運転できること 現用発電機の場合の短絡容量を上回らないこと ＊1；最過酷故障；発電所高圧母線至近端の2回線送電線での１回線三相地絡故障‐開放（開放までの時間； 154kV系で0.1秒、77kV系で0.13秒）という、発生が想定しうる発電機にとって最も過酷な故障 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.1(2) （190190-197頁） 197頁）参照 頁）参照 設-4 SuperSuper-GM 電力系統からの要求仕様の検討結果 項目 検討結果 電 磁 過 渡 ト 発 電 機 高 圧 母 線 至 近 端 で の 二相 短 絡 故 障 が 最 大トルク⇒設計へ反映 ルク 最 過 界 磁 巻 線 電 定 格 出 力 ・ 遅 相 定 格 力 率 運 転で の 三 相 短 絡 故 障が最大界磁電流変化⇒設計へ反映 酷 事 流変化 象 短 時 間 電 圧 定 格 出 力 ・ 遅 相 定 格 力 率 運 転で の 負 荷 遮 断 が 上 昇 （ 過 励 最 大 電 圧 上 昇 ⇒ 低 速 応 励 磁 で過 励 磁 （ 端 子 電 圧V/周波数F)を120％以内に抑制可能 磁） 過渡安定度 すべての運転出力範囲で安定運転可能⇔現用 系統 機は進相運転で不安定となる 特性 短絡容量 遮断器動作時間には現用発電機の場合の短絡 改善 容量以下に抑制できる 過渡安定度はXdが小さいほど安定となり、短絡容量は が大きいほど抑制できる 過渡安定度は が小さいほど安定となり、短絡容量はXd’が大きいほど抑制できる が小さいほど安定となり、短絡容量は 超電導発電機は過渡安定度（Xdが現用機より小）、短絡容量（ 超電導発電機は過渡安定度（ が現用機より小）、短絡容量（Xd’ が現用機より小）、短絡容量（ ’が現用機と同等） の要求を同時に満足することが可能 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.1 (2) （190190-197頁） 197頁）参照 頁）参照 設-5 SuperSuper-GM 電力系統からの要求仕様の検討例 過渡電磁トルクの検討 （二相短絡時） 負荷遮断後の短時間電圧上昇（過励磁）の検討 1.40 V V/f 1.5 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -0.5 -1 電圧 -1.5 時間[秒] 電磁トルク[pu] 高圧側相電圧[pu] 0.5 6 5 4 3 2 1 0 -1 0 -2 -3 -4 -5 短絡事故発生 最大値 端子電圧(V)，過励磁(V/f)の最高 [p.u.] 1.35 1 1.30 過励磁（V/F)の許容値 の許容値 過励磁（ 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 超電導発電機はこれ以上の励磁で許容範囲に抑制できる 1.00 0.05 0.1 0.15 0.2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 シーリング電圧 [p.u.] 低速応励磁 電磁トルク 超速応励磁 時間[秒] 事故発生直後に電磁トルクが最大 結果は電機子支持部設計などに反映 結果は電機子巻線絶縁設計などに反映 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.1 (2) （192,194頁） 192,194頁）参照 頁）参照 設-6 SuperSuper-GM 2.3 設計技術の研究開発 設計技術の研究開発 2.3.2 高密度20 高密度20万 kW級超電導発電機の設計技術 20万kW級超電導発電機の設計技術 2.3.3 大容量60 大容量60万 60万kW級超電導発電機の設計技術 kW級超電導発電機の設計技術 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.2&3参照 2.3.2&3参照 設-7 SuperSuper-GM 設計技術の確立、超電導機の設計、オプション提案 1. 超電導発電機の設計技術を確立 フェーズⅠ技術を基礎として、高密度化基盤技術、大容量化基盤技術での要素モ デル・部分モデルの製作・試験や各種解析技術等を組み合わせることにより超電 導発電機の基本設計技術を確立 2.設計技術で高密度20万kW、大容量60万kW超電導発電機を設計 得られた技術で超電導発電機の設計し、基本目標値、自主目標値、要求仕様を 満足する設計であることを確認 基本計画目標値 20万 万kW機；界磁巻線電流密度 機；界磁巻線電流密度80A/mm2、 、電機子巻線電流密度140A/cm2 機；界磁巻線電流密度 電機子巻線電流密度 万kW機；界磁電流 機；界磁電流6000A級、電機子電流 級、電機子電流15000A級、回転子外径 級、回転子外径1100mm級 級 60万 機；界磁電流 級、電機子電流 級、回転子外径 個別自主目標値 Xd 0.6pu、 、励磁速応度0.1pu/s、 、効率；99.30％ ％@20万 万kW機・ 機・99.45％ ％@60万 万kW機 機 励磁速応度 効率； 機・ 3.低コスト化にも寄与するオプション設計を提案 磁性巻線取付軸の適用により、さらに高密度化・低コスト化が可能 発電機内部冷却ガスを水素ガスからヘリウムガスに変更し、水素ガス関連補機の 削減と保守性の向上が可能 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.2＆ 2.3.2＆3(1983(198-249頁 249頁)参照 設-8 SuperSuper-GM 各種解析技術の活用と設計技術の確立 多重円筒回転子 最大磁界 4.8T 4.8T 超電導界 磁巻線 ベッセル ベッセル 536MPa 536MPa 多重円筒 回転子 フレキシブルディスク強度 界磁巻線磁場分布 電機子巻線 356MPa 356MPa 界磁巻線取付け軸強度 電機子巻線支持 232MPa （ Pa ） 電機子巻線導体温度 MAX=341 MPa 常温ダンパ強度 多重円筒 回転子 電機子歯部強度 構造、材質、特性等に関して各種数値解析等を実施 → 基本計画目標＆個別自主目標が達成可能な発電機の設計技術の確立を確認 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.2＆ 2.3.2＆3 (198(198-249頁 249頁)参照 設-9 SuperSuper-GM 20万 20万kW級機の基本設計 kW級機の基本設計 基本目標、個別自主目標を満足する設計が可能なことを確認 定 格 電 気 特 性 体 格 出 力 (MVA) 電 圧 (kV) 電 流 (A) 力率 Xd (pu) 定 格 負荷 界磁 電 流 (A) 界 磁 巻線 電流 密 度 (A/mm 2 ) 磁 気 装荷 (T) 電 気 装荷 (A/cm) 電 機 子巻 線電 流 密 度 (A/cm 2 ) 磁 気 シー ルド 長 (mm) 磁 気 シー ルド 外 径 (mm) 効 率 (%) 出 力 密度 (MW/m 3 ) フ ェ ーズ Ⅰ 技術 (Xd=0.6) 223 18 7153 0.9 0.6 3000 60 0.64 2 100 110 3000 2000 99.29 21.2 基本設計 （最終） A 223 14.8 8699 0.9 0.6 2600 80 0.86 2600 140 1800 2000 99.33 35.4 基 本 設計 （ 最 終） B 223 17 7153 0.9 0.6 3800 80 0.84 2490 140 1800 2000 99.32 35 個別自主目標値 0.6 pu 基本計画目標 値 80 80 A/mm2 基本計画目標 値 140 140 A/cm2 個別自主目標値 99.30 99.30 % 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.2(203頁） 2.3.2(203頁）参照 頁）参照 設-10 SuperSuper-GM 60万 60万kW級機の基本設計 kW級機の基本設計 基本目標、個別自主目標を満足する設計が可能なことを確認 定格 電気特 性 体格 容量 [MVA] 電圧 [kV] 電流 [A] 力率 Xd [pu] 定格界磁電流 [A] 界磁巻線平均電流密度［A/mm2］ 電機子巻線電流密度［A/cm2］ 界磁巻線導体電流密度 ［A/mm 2 ］ 磁気シールド長 [mm] 磁気シールド外径 [mm] 回転子外径[mm] 効率 [%] 出力密度 [MW/m 3 ] フェーズⅠ 最終基本設 最終基本設 技術による 基本目標 計Ａ 計 Ｂ 設計 667 667 667 基本計画目標値 27 27 27 15,000A級 級 14262 14262 14262 15000A級 0.9 0.9 0.9 個別自主目標値 0.6 0.6 0.6 0.6 4800 5700 5700 6000A級 60 75 75 基本計画目標値 110 140 140 6,000A級 級 140 160 160 3600 3400 3300 基本計画目標値 2390 2460 2470 1,100mm級 級 1100 1100 1120 1100 99.47 99.46 99.46 個別自主目標値 34 37 38 99.45 ％ ％ 得られた超電導発電機設計技術を用いて、６０万kW 得られた超電導発電機設計技術を用いて、６０万kW級 kW級機を設計 事業原簿Ⅲ(229頁） 頁）参照 事業原簿Ⅲ-2.3.3 (229 頁）参照 設-11 SuperSuper-GM 60万 60万kW級機 オプション設計 kW級機 オプション設計 得られた超電導発電機設計技術を用いて、導入促進のためのシナリオを 考慮したオプション設計を実施 最終基本設計 巻線取付軸 機内封入冷却ガス 容量 [MVA] 電圧 [kV] 定格 電流 [A] 力率 Xd [pu] 定格負荷時界磁電流 [A] 電気特性 導体電流密度 ［A/mm 2 ］ 磁気シールド長 [mm] 磁気シールド外径 [mm] 体格 効率 [%] 出力密度 [MW/m 3 ] 非磁性材 水素 667 27 14262 0.9 0.6 5700 160 3400 2460 99.46 37 オプション設計 ヘリウム冷却 磁性巻線取付軸 磁性材 非磁性材 水素 ガスヘリウム 667 667 26 26 14811 14811 0.9 0.9 0.6 0.6 5700 5700 160 160 2600 3300 2560 2560 99.46 99.46 45 36 磁性巻線取付軸の適用 → さらに高密度化＆小型化した設計が可能であることを確認 ガスヘリウム冷却の適用 → 出力密度や効率を変えずに補機構成を簡素化した設計 が可能であることを確認 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.3 (247,248頁） (247,248頁）参照 頁）参照 設-12 SuperSuper-GM 2.3 設計技術の研究開発 2.3 設計技術の研究開発 2.3.4 超電導発電機の導入シナリオ 2.3.4 超電導発電機の導入シナリオ 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4参照 2.3.4参照 設-13 SuperSuper-GM 超電導発電機を発電所に導入する場合のメリット 超電導発電機は、効率の向上、安定度の向上、進相運転範囲の拡大、 高調波吸収能力が大の特徴があり、年間の発電機利用率の高いベース 電源、ミドル電源および調相設備への適用が効果的である ベース電源用 ミドル電源用 ピーク電源用 調相設備 適合設備 ・設置場所 (連系系統) ・石炭火力，原子力機 など大容量機 ・遠隔地(基幹系統) ・LNGなどのコンバイン ドサイクルなど中容量 機 ・都市周辺部(負荷供給 系統) ・ガスタービンなど小容 量機 ・都市近郊部(都市部供 給系統) ・同期調相機 ・重潮流・負荷地点変電 所，交直変換所 ユニット容量 /単機容量 100万kW以上 /60万kW以上 30～60万kW級 /20～30万kW級以下 20万kW級以下 /20万kW級以下 ±300MVA程度 ・高効率 ・燃料費が比較的安価 ・高効率(部分負荷効率 も高いこと) ・比較的負荷調整も容 易 ・頻繁な起動・停止 ・負荷調整が容易 ・応答性が良く，連続的 な電圧調整が可能 運用上の特徴 要求性能 メリット 安定度 (限界送電電力の向上) 無効電力調整能力 (電圧維持能力) ◎ ・過渡安定度大 ー ( ◎ 逆相耐量(不平衡負荷， ・逆相耐量が大きい 再閉路運用) 起動・停止/DSS 適用の可能性 (経済性など) ○ ー ◎ ・AQR能力大 ー ◎ ・逆相耐量が大きい ◎ ・進相運転範囲の拡大 ○ ・高調波吸収能力大 ○ △ ー ○ ・部分負荷効率大 ・量産効果によるコスト低 減 △ ○ ー ○ ・効率の向上 ・単機容量の増大 ◎ ・逆相耐量が大きい ー ◎；メリット大、○；メリットあり、△；メリットなし 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(1)(250頁） 2.3.4(1)(250頁）参照 頁）参照 設-14 ) SuperSuper-GM 超電導発電機の経済性の検討超電導発電機の経済性の検討-製造コスト低減 超電導発電機は、高密度化によりフェーズⅠ技術から本体で２０％ 超電導発電機は、高密度化によりフェーズⅠ技術から本体で２０％のコスト低減 さらに、磁性巻線取付軸の採用や発電機内の冷媒を水素(H2)ガスからヘリウム ガスからヘリウム さらに、磁性巻線取付軸の採用や発電機内の冷媒を水素 (He)ガスへの変更により一層コスト低減を見込める ガスへの変更により一層コスト低減を見込める ２０万kW機 1.6 高密度化 で本体の コスト減 1.4 13％ ％Ni鋼 鋼 で回転子 コスト減 H2ガスから ガスから Heガスへ変更 ガスへ変更 で補機コスト減 1 0.8 冷凍システム 補機など 固定子 回転子 本体 製造コスト [倍] 1.2 0.6 0.4 0.2 0 フェーズⅠ 基本設計 13%Ni鋼 He冷却 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4（ 2.3.4（4） 設-15 （257頁） 257頁）参照 頁）参照 SuperSuper-GM 超電導発電機の経済性の検討超電導発電機の経済性の検討-運転メリット 超電導発電機は、現用発電機より効率が高く、超電導線冷却の動力を差 し引いても省電力であり、運転によるコストメリットが見込める 例 ２０万kW機で約３千万円、 機で約３千万円、 ６０万kW機で約１ 機で約１.３億円 例 ２０万 ６０万 機で約１ ３億円 [１年間あたり ３億円 １年間あたり] １年間あたり 一年間の運転メリットの試算例 検 討 条 件 発電機定格出力[kW] 発電機効率向上 [%] 効率向上分電力 [kW] 電力料金[円/kW] 発電機利用率[%] 冷凍システム動力[kW] 冷凍システム利用率[%] コストメリット[百万円] 20万kW機 200,000 0.53 1060 60万kW機 600,000 0.6 3600 5.9 80 270 360 90 31 132 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(4)(258頁 2.3.4(4)(258頁)参照 設-16 SuperSuper-GM 超電導発電機による電力系統の運用性向上の確認 超電導発電機は、Xdが現用発電機より小さいことにより電力系統の運用 超電導発電機は、 が現用発電機より小さいことにより電力系統の運用 性が向上することを解析により確認した 解析・実験 ・電圧安定性 ・過渡安定度 ・電圧変動抑制 ・高調波 解析対象モデル系統 ・都市近郊発電所モデル系統（電源系） ・電気学会標準モデル系統（基幹系） ・分散型電源導入モデル系統（配電系） 電圧安定性の効果を確認 電圧変動抑制の効果を確認 超電導機は現用機より大きな 超電導機の方が電圧変動を抑制する 負荷増加に耐えられる 1.4 限界負荷が増加 現用機の場合の G10が現用機の場合の 負荷端の電圧 負荷端電圧 1 11.5 1.00 負荷の増加 負荷の変化 11.0 0.95 10.5 0.90 超電導機の場合 G10が超電導発電機の場合の 負荷端の電圧 の負荷端電圧 0.80 0 1000 2000 3000 時間[秒] 4000 実線；超電導機 0.8 点線；現用機 0.6 0.4 Cogenerator SCG 0.2 0 5000 10.0 0.85 負荷有効電力[pu] 12.0 負荷有効電力 1.05 1.2 VG4 [p.u.] 超電導機（Xd''=0.3300） 12.5 現用機（Xd''=0.3060) 1.10 負荷端電圧[pu] 振幅が小さく減衰が早い 13.0 1.15 6000 5 10 time[sec] 15 20 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(5)(2582.3.4(5)(258-264頁） 264頁）参照 頁）参照 設-17 SuperSuper-GM 超電導発電機の環境調和性の検討 超電導発電機は、現用発電機より効率が高いので消費燃料が少なくなり、 二酸化炭素排出量の削減が見込める 例 超電導発電機の累積導入量と二酸化炭素排出削減量 導入量４０万kWで約１万トン削減量 で約１万トン削減量 [１年間あたり 導入量４０万 で約１万トン削減量 １年間あたり] １年間あたり 導入量５,５００万 で約１３０万トン削減量 導入量５ ５００万kWで約１３０万トン削減量 ５００万 で約１３０万トン削減量 一年間の二酸化炭素排出削減量の試算例 導入から1０年 導 入 か ら ２ ０ 導入初期時 年後 (2010年以降) 後 超 電 導 発 電 機 新規・更新 40 250 510 導入量 [万kW] 累積 40 1,450 5,500 年間稼働率 [%] 80 効率向上分 [%] 0.5 省電力量 [MWh] 14,016 508,080 1,927,200 二酸化炭素排出削減量 9,671 350,575 1,329,768 [トン] 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(6)(265頁 2.3.4(6)(265頁)参照 設-18 SuperSuper-GM 保守性の検討 冷媒を水素ガスからヘリウムガスへ変更 発電所として望ましい発電機 → 補機ができるだけ少ない → 発電所ニーズに対応 発電機は冷却のための補機が必要 現用発電機 必要となる補機 冷媒 電機子巻線； 水 固定子冷却水システム 鉄心； 水素ｶﾞｽ 水素ガスシステム 界磁巻線； 水素ｶﾞｽ 密封油システム ＋ 超電導機 追加 追加 ヘリウム冷凍システム 超電導界磁巻線； 液体ヘリウム 超電導発電機は現用発電機に必要な補機に加えてヘリウム冷凍機が追加 ・補機増加に伴い運転保守作業が増加 → 発電所に於ける省力化と逆行 ＜発電機本体より補機廻りの作業が多い＞ ・ヘリウム冷凍システムのコストが追加される 水素ガスは取扱いに注意を要し 発電機内の冷媒を水素ガスから 保護機器が必要 保護機器が必要 ヘリウムガスに変更し保守と補機を削減 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(7)(2662.3.4(7)(266-272頁 272頁)参照 設-19 SuperSuper-GM 超電導発電機の電圧調整能力の検討 ・わが国の東日本の基幹系統 の特徴を持つ電気学会作成の 標準モデル (EAST30機 EAST30機)系統で、 系統で、 発電機の電圧調整能力の貢献 度を検討 ・この手法により超電導機の電 圧調整能力面での効果的な導 入地点の選択が可能 指標1 指標2 合成指標値 0.30 指標値 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 発電機番号 EAST30PEAK系統モデル[SCG-G25] 高 １機を超電導機に変更 変更地点 0.35 指標1 指標2 合成指標値 0.30 0.25 貢献度 ・例えば図の 発電機を超 ・例えば図のNo25発電機を超 電導機に変更すると貢献度が 大きく向上 すべて現用機の場合 指標値 ・１地点の発電機を現用機から 超電導機に変更すると電圧調 整能力が向上し貢献度が増加 EAST30PEAK系統モデル[QGmaxs：定格値] 0.35 貢献度向上 0.20 0.15 0.10 0.05 低 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 発電機番号 発電機地点 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(8)(273頁 2.3.4(8)(273頁)参照 設-20 SuperSuper-GM 超電導発電機の導入シナリオ 1.超電導発電機は現用機より効率が高い 1.超電導発電機は現用機より効率が高いので、次のメリットがある 超電導発電機は現用機より効率が高いので、次のメリットがある ・環境調和面で優れ、導入量が４０万kW ・環境調和面で優れ、導入量が４０万kWで kWでCO2を CO2を年間約５千トン削減の見込 年間約５千トン削減の見込 ・効率向上電力と冷凍動力の差が２０万 ・効率向上電力と冷凍動力の差が２０万kW ２０万kW機で年間３千万円 kW機で年間３千万円の見込み 機で年間３千万円の見込み 2.超電導発電機は現用機より構造が複雑なため製造コストで不利だが、 2.超電導発電機は現用機より構造が複雑なため製造コストで不利だが、 次の見込みを得た ・高密度化・大容量化の技術開発によりフェーズⅠから２０％低減 ・高密度化・大容量化の技術開発によりフェーズⅠから２０％低減の見込み フェーズⅠから２０％低減の見込み ・巻線取付軸材に磁性13 ・巻線取付軸材に磁性13％ 13％Ni鋼使用の目処を得、 Ni鋼使用の目処を得、一層のコスト低減 鋼使用の目処を得、一層のコスト低減の見込み 一層のコスト低減の見込み ・発電機内の冷媒を水素ガスからヘリウムガスに変更可能の目処を得、これに より保守性の向上と水素ガス関連補機削減 より保守性の向上と水素ガス関連補機削減の見込み 保守性の向上と水素ガス関連補機削減の見込み 3.フェーズⅡの技術開発により超電導発電機のコスト低減の見通しを得られたの 3.フェーズⅡの技術開発により超電導発電機のコスト低減の見通しを得られたの で、開発した基盤技術による超電導発電機の製作検証と運転・保守の経験 で、開発した基盤技術による超電導発電機の製作検証と運転・保守の経験を蓄 超電導発電機の製作検証と運転・保守の経験を蓄 積した後には、新規・更新電源を検討する時点で、超電導発電機は現用発電機 積した後には、新規・更新電源を検討する時点で、超電導発電機は現用発電機 と比較検討対象となり電力系統に導入されると予想 さらに、発電機による電力系統特性の改善など付加価値を生むことができる地 さらに、発電機による電力系統特性の改善など付加価値を生むことができる地 点では超電導発電機はより有利となる 点では超電導発電機はより有利となる 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.4(9)(274頁 2.3.4(9)(274頁)参照 設-21 SuperSuper-GM 設計技術のまとめと波及効果 設計技術のまとめ 1.超電導発電機は、 1.超電導発電機は、電力系統からの要求仕様 超電導発電機は、電力系統からの要求仕様（ 電力系統からの要求仕様（最過酷事象に耐えること、電力系統の 特性を改善すること）を満足 特性を改善すること）を満足する を満足する 2.フェーズⅠ技術を基盤として、フェーズⅡで開発した技術を組み合わせることにより、 2.フェーズⅠ技術を基盤として、フェーズⅡで開発した技術を組み合わせることにより、 20～ 20～60万 60万kW機の基本設計技術を確立 kW機の基本設計技術を確立し、基本計画目標・個別自主目標や電力系統か 機の基本設計技術を確立し、基本計画目標・個別自主目標や電力系統か らの要求仕様を満足する20 らの要求仕様を満足する20万 20万、60万 60万kW超電導発電機を設計 kW超電導発電機を設計した 超電導発電機を設計した 3.超電導発電機は現用機より高効率で、 3.超電導発電機は現用機より高効率で、CO2 超電導発電機は現用機より高効率で、CO2の削減や運転コストの低減 CO2の削減や運転コストの低減を見込める の削減や運転コストの低減を見込める 4.超電導発電機は現用機より製造コストで不利だが、当初計画した 4.超電導発電機は現用機より製造コストで不利だが、当初計画した高密度化によるコ 超電導発電機は現用機より製造コストで不利だが、当初計画した高密度化によるコ スト低減と、磁性巻線取付軸や水素ガスからヘリウムガスへの変更により、 スト低減と、磁性巻線取付軸や水素ガスからヘリウムガスへの変更により、さらなるコ 磁性巻線取付軸や水素ガスからヘリウムガスへの変更により、さらなるコ スト低減を見込める 設計技術の波及効果 1.高温超電導回転機への応用 1.高温超電導回転機への応用に界磁巻線以外の開発技術を活用可能 高温超電導回転機への応用に界磁巻線以外の開発技術を活用可能 2.現用発電機の改良 2.現用発電機の改良へ開発技術を活用可能 現用発電機の改良へ開発技術を活用可能 3.解析手法は、導入時の要求仕様や電力系統特性など付加価値の検討に活用可能 3.解析手法は、導入時の要求仕様や電力系統特性など付加価値の検討に活用可能 事業原簿Ⅲ事業原簿Ⅲ-2.3.5(275頁） 2.3.5(275頁）参照 頁）参照 設-22
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