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電力損失を95%削減する超電導ケーブル、横浜市の工場で実証導入がスタート

2020年11月15日

横浜市戸塚区の化学工場で、超伝導ケーブルを導入する実証実験がスタート。従来のケーブルに比べ工場における送電時の電力損失を95%以上抑制でき、年間2000万円以上の電気料金の削減効果が見込めるという。

NEDO、昭和電線ケーブルシステム、BASFジャパンは2020年11月、BASFジャパン戸塚工場(横浜市戸塚区)に全長約200mの三相同軸超電導ケーブルを敷設し、工場の省エネルギー化を目指す実証試験を開始したと発表した。

金属を導体として用いる電線は、電気抵抗による発熱で送電ロスが発生する。これに対して抵抗ゼロの超電導体は大幅な省エネルギー効果が期待できるが、超電導状態を維持するためには液体窒素などで冷却し続ける必要があり、実用化にはコスト面で問題があった。そこで3社はこうした課題の解決につながる新たなシステムの開発を進めてきた。

開発した超電導ケーブルは、電気を流す超電導層を一本のケーブルの中に絶縁層を挟みつつ、同軸上にU相、V相、W相を流す三層を配置した構造を持つ。この各層に個別に電気を流すため、長手方向に3つの電流端子が配置されており、従来型ケーブルの終端に比べて非常にコンパクトな設計となった。

試験を実施するBASFの工場は塗料を扱う化学プラントで、超電導ケーブルは配電変電所横の終端から高さ6mの専用ラックを通り、約200m先の受電設備近傍の終端まで敷設。工場の既設レイアウトを有効活用することによって、ケーブルを納める建物の建設、または地面を掘りケーブルを地下に通す工程を不要とした。

今回設置した実証システムのイメージ 出典:NEDO

冷却には、昭和電線ケーブルシステムとエア・ウォーターが共同開発したサブクール式冷却システムを導入。これは密閉容器に貯めた液体窒素を減圧することで液体が気体に変わる際の蒸発熱を利用して、-200℃まで冷却が行えるシステム。プラントで大量に保有している液体窒素を冷媒として利用し、減圧するために排気した窒素ガスは回収してプラントに戻して利用することができる。新規に開発した液体窒素ポンプは連続1万時間稼働できる設計だとう。

超電導ケーブルを冷却する液体窒素は、超電導導体の中央のフォーマ内部を使った内部流路、超電導導体外側と内部コルゲート管の空間を使った外側流路を往路、復路として流れる。送電側終端から出ると直ちに6mの高さ(高低差5m)まで急角度で立ち上がり、200m先までケーブルの内部流路を流れる仕組み。その後、高低差を乗り越えながら冷却装置まで戻り、冷却されて送電側終端に戻る循環経路を流れる。急こう配で液体窒素が上昇・下降し、2カ所で曲がり入る設置形態は世界初だという。

今回設置した代表的な設備 出典:NEDO

また、今回の取り組みは、民間工場の実系統に三相同軸超電導ケーブルを導入して行う実証試験としても世界初だという。今回の超電導ケーブルを30MW以上の大規模電力を使うプラントのケーブルに採用すると、従来のケーブルに比べ送電時の電力損失を95%以上抑制でき、年間2000万円以上の電気料金の削減効果が見込めるとしている。国内に適用可能な事業所は300カ所程度存在するという。

3者は今回の実証により、複雑な工場レイアウトでもケーブルを敷設、液体窒素を流すめどが立ったとし、2021年9月末まで実証試験を行い、運用方法やコストの算出、安全性などの確認を行う計画。屋外に敷設した超電導ケーブルの耐候性についても検証を進めるとしている。

 

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