核融合用大電力技術の波及効果 Spin-off Effects of Fusion Power Supply Development 嶋田隆一東京工業大学・原子炉工学研究所 SHIMADA Ryuichi Tokyo Institute of Technology Research Lab. for Nuclear Reactors １．はじめに電する構成となっている。このフライホイールは世界核融合開発とは電力を巧みに用いて核融合反応を起最大で、エネルギー４ＧＪを充放電するため１０００こさせ、そこから入れた以上の電力を得るかの試みにトンのローターが周速２００ｍ／ｓで回転する巨大な他ならない。１８３２年コックフォルトとウオルトンハイテクフライホイールである。これはその後、パワは彼らの名の付いた高圧発生回路を考案し、その高電ーエレクトロニクスの進歩も加わり、同期電動機が可圧でもってリチウム原子の標的に重水素イオンを加速変速交流励磁発電機に変わったことにより、フライホして衝突させベリリュウムと高速な中性子さらにイールの欠点であったエネルギー放出にともなう電気 3.4MeV のエネルギーの発生を確認し核融合による元周波数の問題が無いため、新しい産業ニーズを産み出素合成とエネルギーを得た。これは核分裂の連鎖反応しつつある。そもそも核融合電力負荷の平準化のためをオットー・ハーンが見つける６年も前のことである。に作られたのであるから、パルス負荷の産業用、周波この話は、高電圧発生用電源の進展が鍵になっている数が安定でない小規模電力系統に適用できる。この目ことは容易に予想される。核融合開発の進展は装置の的でフライホイール式電力周波数安定化装置大型化によってなされたものであり、工学技術の進展（ROTES）が沖縄で平成８年に設置され実際に運用がそれを支えたのである。近年では、核融合開発もＩされているのは重要なことである。なぜなら、沖縄のＴＥＲの規模になると、逆に核融合開発のニーズが工電力負荷規模は日本では小さいが世界では平均的大き学技術を引っ張る形になっている。さであって、ここで役立つフライホイール技術は世界私はＪＴ−６０の電源とその制御開発に係わったお中でニーズがあると言える。かげで、ＪＴ−６０電源に電力分野で１００年積み上また、最近注目されている風力発電の安定化にフラげた最高技術を思う存分使わせて頂いたことは開発者イホイールが役立つと考えている。風力発電は風の脈として最高の幸せであった。極限を超える性能を要求動による変動電力は接続された配電線に電圧動揺や電するＪＴ−６０核融合電源を工場技術者と共に開発し、力不安定を起こすとして日本の電力会社は買い取りに世界一の電源を作れたのは貴重な体験であり、今は大乗り気ではない。これは水力発電比率の多い欧米との学でその経験を若い世代に引き継ぐことを使命と思っ違いではないかと思っている。そこで風力発電のローている。カルで変動を緩和するためにフライホイールの利用がここでは、私が大学に移ってから核融合技術も波及考えられる。図は電力の安定化ばかりでなく風力運転になればと研究した結果、産業界で少しは話題になっている２件を説明したい。２. フライホイールの産業応用ＪＴ−６０はその運転にピーク１００万ｋＷの電力を必要とする。そのためフライホイール付き発電機を核融合分野ではめずらしくないが産業用には例のない大型フライホイールを作ることになった。トロイダル磁場コイルの必要エネルギー８ＧＪはフライホイールによって半分供給し、残りは系統から直接受図１ハイブリッド風力発電システム [email protected] 効率をも上げることのできるハイブリッドシステムの概念図であるが、電力の安定ばかりでなく風力の効率も上がる両者に利点のあるシステムと新聞にも取り上げられ、その実用化が待たれている。 3. 電磁力平衡コイルの原理を用いたＳＭＥＳトカマクプラズマは真空中に安定に保持されている。これを磁気エネルギーで電気エネルギーを貯蔵する超伝導磁気エネルギー貯蔵（ＳＭＥＳ）コイルに応用すれば巨大な電磁力を低減できるのではないかと電磁力平衡コイルが東京工業大学嶋田研で研究されている。電力技術の開発で最も期待されながらまだ決め手がないのが電力貯蔵技術で、規制緩和された電力市場の価格決定権を持つに至ると言われている。ＳＭＥＳは電力負荷平準化の有力な候補である。ＩＴＥＲでのモデルコイル試験は技術的にこれが可能であることを示したが、これも核融合技術の電力への波及の例であろう。しかし、強大な磁気と大きな電流に起因する大きな電磁力が深刻な問題である。この問題に対処するために、我々は大型ＳＭＥＳ用の電磁力平衡コイル（ＦＢＣ）の概念を提案した。ＦＢＣは、ヘリカル巻線で作ったトロイダル磁界コイルの一種である。このコンセプトを証明するために、すでに手作りの小型超伝導コイルを作った。これはこの種の概念のコイルでの最初の成功であり、定格２テスラの９０％の励磁に成功した。新しいＦＢＣは、大半径方向の力の平衡に加えて周方向の転倒力を減少するように巻きピッチを工夫し、さらに、ビリアル定理の概念を導入して圧縮力を排除し、材料の利用率を極大にした構造により、最適な応力分布にするピッチ構造を見いだした。このビリアル定理の限界コイルは、５０ＭＷｈ級のＳＭＥＳで、従来のトロイダル磁界方式に比べ線材は 40％に、支持部材は 25％になっている。４．おわりに核融合開発は人類究極のエネルギー源への挑戦であるだけに夢を持って永続的にチャレンジし続ける必要がある。その努力はその過程で多くの波及技術を生み産業に役立つであろうことは戦争が技術の進展に多いに役立ったと言う説明よりもっと直接的で効果的であることは明白である。 1) 中村浩和、小柳明大、鈴木康慎、江口直也、佐藤義久、嶋田隆一「風力発電におけるフライホイール蓄積容量に関する研究」電気学会論文誌Ｄ、１２０−３，ｐ２４７∼２５２、２００２ 2) Shinichi Nomura, Dabide Ajiki, Chisato Suzuki, Naruaki Watanabe, Etsuko Koizumi, Hiroaki Tsutsui, Shunji TsujiIio, Ryuichi Shimada “Design Considerations for ForceBalanced Coil Applied to SMES” IEEE Transactions on Applied Superconductivity 11 1 1920-1923 2001 3) 野村新一、渡辺成章、味川浩樹、筒井広明、佐藤義久、飯尾俊二、嶋田隆一「電磁力平衡コイル用ヘリカル巻き線機の開発とコイル製作技術」電気学会論文誌Ｄ、１２０− ３，ｐ２８８∼２９３、２００２図２電磁力平衡コイル巻線構造による応力σの違い、Ｑは最大応力の比を示す