電磁力平衡コイルを用いた超伝導磁気エネルギー貯蔵システムの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10308021
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 嶋田 隆一 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (40206181)
• 研究分担者: 佐藤 義久 (株)東芝, エネルギー事業本部, 部長(研究職) ; 飯尾 俊二 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (90272723)
• キーワード: 電力系統 / エネルギー蓄積 / 超電導コイル / 超伝導 / 磁界 / SMES / 電磁力 / 電力貯蔵

研究概要

本補助金を用いて、電磁力平衡コイルがエネルギー貯蔵用超伝導エネルギー貯蔵(SMES)コイルとしての可能性を探るため、前回の試作機より進んだSMES用電磁力平衡コイルを設計した。またACコイルとしての特性と、さらに強磁界を目指し、素線偏流防止を行う実験的研究の成果をまとめた。さらに核融合科学研究所のLHD計画で培われたヘリカル巻線技術を受け継いで大型のSMESコイルの製作が可能なように製作技術とくに機械巻きの開発を行った。
製作した応力平衡コイル(SBC)に高温超電導線を巻き、液体窒素中で電流を流す実験を行った。冷却し超電導化したことを確認したが巻線歪みによる応力が臨界電流を大幅に落としている。これはヘリカル巻き特有の現象で、歪みと応力が計算と良く一致することがわかった。
電磁力と支持構造物の応力とに関する理論的考察が進み、電磁力平衡の概念はさらに一段階を画することになった。すなわち、磁気エネルギーは張力の体積積分に正比例し、圧縮の積分に反比例することである。これはビリアル定理の展開であるがエネルギーを効率よく蓄積するための応力設計法がここからわかって来た。来年度はこの概念の検証に向かった実験装置を今年完成した巻き線機を使ってFBC-SBCハイブリッドコイルなる超電導コイルを製作するつもりで数値計算などの設計検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] 村上朝之,小松康弘,飯尾俊二,嶋田隆一: "電磁力平衡コイルを用いたトカマク装置とプラズマの挙動"プラズマ・核融合学会誌75. [3]. 268-274 (1999)
• [文献書誌] S.Nomura,T.Osaki,J.Kondoh,H.Tsutsui,S.Tsuji-Iio,Y.Sato and R.Shimada: "Force-Balanced Coil for Large Scale SMES"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Vol.9,No.2. 354-357 (1999)
• [文献書誌] 佐藤義久,浜島高太郎,京藤誠,近藤潤次,花井哲,嶋田隆一: "超電導磁気エネルギー貯蔵用電磁力平衡コイルの実験"電気学会論文誌D部門 電気学会論文賞受賞論文. 118,[3]. 402-409 (1998)
• [文献書誌] S.Nomura,K.Yamagata,D.Ajiki,N.Watanabe,H.Ajikawa,S.Tsuji-Iio,R.Shimada: "Construction of 320kJ Superconducting Force-Balanced Coil"IEEE Tran.on Applied Superconductivity. Vol.10,No.1. 820-823 (2000)
• [文献書誌] T.Matsukawa,H.Nakamura,S.Nomura,Y.Sato,S.Tsuji-Iio,R.Shimada: "Conceptual Design of SMES System Equipped or IPP Plant"IEEE Tran.on Applied Superconductivity. Vol.10,No.1. 788-791 (2000)
• [文献書誌] S.Nomura,K.Yamagata,N,Watanabe,D.Ajiki,H.Ajikawa,E.Koizumi,R.Shimada: "Experiment of HTS Stress-Balanced Helical Coil"IEEE Tran.on Applied Supercondctivity. Vol.10,No.1. 792-795 (2000)