電磁力平衡コイルを用いた電力貯蔵に関する研究

电磁力平衡线圈储能研究

基本信息

批准号：
02J06467
负责人：
野村新一
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

平成16年度は、電磁力平衡コイルを用いた超電導磁気エネルギー貯蔵(SMES)装置の応用として、周波数変換所などの系統連系設備にSMES装置を適用する検討を行った。本研究では、連系設備の交直変換器の直流側には超電導コイルを、交流側には連系する系統の選択が可能な切り替えスイッチを設置する方式を検討した。その結果、電力設備の稼働率と緊急融通時の信頼性が向上し、電力の需給状況に応じた貯蔵と輸送の切り替え運用と系統間の時間的格差をつけた連系運用が可能となることを示した。また、この概念をウインドファームに適用した場合、風力発電設備の出力変動平準化も可能であることを示した。SMES付き系統連系設備として600 MWh級SMES用超電導コイルの概略設計を行った。本研究では、輸送可能な大きさの貯蔵エネルギー150 kWhを有する外直径4mの超電導コイルを4000個設置することで量産効果によるコスト低減化と開発リスク軽減化を実現する構成を提示した。また、電磁力平衡コイルを適用することで、電磁力支持材必要量をソレノイドの40%程度まで低減でき、超電導コイルの軽量化が期待できることを示した。一方、電磁力平衡コイルの強磁界コイルとしての有効性を実証するために、上述した150 kWh級コイルの1/8規模に相当する最大磁束密度7 TのNbTi線を用いた電磁力平衡コイルを設計し、5軸のNC旋盤によるコイル巻枠の製作を進めてきた。電磁力平衡コイルは、応力最小化効果により、超電導線への補強材を用いずに製作できる範囲を同一規模のトロイダル磁界コイルやソレノイドに比べ大幅に拡大可能となる。以上、本研究で得られた成果は、SMES用超電導コイルの電磁力による発生応力低減化の課題に対する技術的な解決策を与え、揚水代替規模相当の大容量SMES装置の実現性に対し重要な知見を与えるものであり、国内外の学会で報告された。

2004年，我们研究了使用电磁力平衡线圈的超导磁能存储（SMES）装置在变频站等并网设施中的应用。在本研究中，我们考虑了一种方法，其中在互连设备的AC/DC转换器的DC侧安装超导线圈，并在AC侧安装允许选择要互连的系统的转换开关。提高应急互换时电力设备的运行率和可靠性，并可根据电力供需情况进行储运切换，实现电网间时差并网运行。表明。此外，我们还表明，当这一概念应用于风电场时，可以消除风力发电设备的输出波动。对SMES用600MWh级超导线圈进行了方案设计，作为SMES并网设备。在本研究中，我们提出了一种配置，通过安装4000个外径为4 m、可运输存储能量为150 kWh的超导线圈，通过量产效应实现降低成本和降低开发风险。此外，通过应用电磁力平衡线圈，电磁力支撑材料的所需量可以减少到螺线管所需的电磁力支撑材料的量的约40%，并且已经表明可以预期超导线圈的重量减轻。另一方面，为了证明电磁力平衡线圈作为强磁场线圈的有效性，我们使用NbTi线创建了电磁力平衡线圈，其最大磁通密度为7 T，相当于1/上述150kWh级线圈的8级线圈绕线架我们采用五轴数控车床设计制造。由于应力最小化效应，电磁力平衡线圈可以在比相同尺寸的环形磁场线圈或螺线管大得多的范围内制造，而无需使用超导线材的增强材料。如上所述，本研究取得的成果为减小SMES超导线圈中电磁力产生的应力问题提供了技术解决方案，对于相当于抽水蓄能规模的大容量SMES设备的可行性具有重要意义。它提供了见解，并在国内和国际学术会议上进行了报告。