초전도 플라이 휠 축전 시스템 실증기가 완성
〜세계 최대급 초전도 플라이 휠 축전 시스템의 시운전을 개시〜
공익재단법인 철도종합기술연구소
쿠보테크 주식회사
코가전기공업 주식회사
주식회사 미라프로
야마나시현 기업국
이번에 초전도 자기회전 베어링을 사용한, 세계 최대급의 초전도 플라이 휠 축전 시스템의 실증기가 완성되어 본 시스템의 시운전을 개시 하였으므로 알려 드립니다.
플라이 휠 축전 시스템 이란, 장치의 내부에 있는 대형원반을 회전시켜 전력을 운동 에너지로 저장하고, 필요에 따라 휠의 회전력으로 다시 전력으로 변환하는 시스템 입니다. 성능저하가 없는「축전지」로서 용도가 넓고, 예를 들어, 태양광이나 풍력등의 불안정한 발전시스템과 조합해서 전력계통을 안정화 시키는 용도나 전기철도의 회생실효의 대책등 에도 응용가능 합니다. 본 초전도 플라이 휠 축전 시스템은, 철도종연이 고안한 고온 초전도 코일과 고온 초전도 벌크체로 구성되며「초전도 자기회전 베어링」에 의해 플라이 휠을 비접촉부상 시키기 때문에 대형의 플라이 휠을 사용해도 손실이 적고 장기간 안정적 운용이 가능한 실효성이 높은 시스템 입니다.
이번에 완성한 실증기는, 출력 300kW, 축전용량 100kWh로, 내장 되어진 CFRP(탄소섬유강화 플라스틱)제의 플라이 휠(중량 4 ton, 직경 2m)을, 최고 6,000 rpm으로 초전도 자기회전 베어링에 의해 지지 되어지는 것으로, 초전도 자기회전 베어링을 이용한 플라이 휠 축전 시스템 으로서는 세계 최대급이 됩니다. 본 시스템의 초전도 자기회전 베어링은, 세계 최초로 회전축측과 베어링측 쌍방에 초전도재료를 사용해 컴팩트한 사이즈로 큰 하중을 지탱하는 것이 가능 합니다.
본 개발성과의 상세는, 2015년 5월 27일 부터 개최 되어진 제91회 저온공학・초전도학회 연구발표회
(개최지:산업기술종합연구소 츠쿠바센터)에서 발표되어 졌습니다. 또, 야마나시현 코메쿠라산 소재의 야마나시현 메가솔라 발전소와 본 장치와의 연계실험을 개시 했습니다.
본 개발은, 쿠보테크 주식회사, 코가전기공업 주식회사, 주식회사 미라프로 및 야마나시현 기업국과 공동으로 국립연구개발법인 신 에너지・산업기술종합개발기구의 [안전・저비용 대규모 축전 시스템 기술개발-차세대 플라이 휠 축전 시스템의 개발-] 조성사업 으로서 실시 했습니다.
자료:연구개발의 상세
본 시스템의 특징과 장점
플라이 휠 축전 시스템은, 「크고」「무거운」플라이 휠을 빠르게 회전 시킬수록 보다 큰 에너지를 축적 할 수 있습니다.「초전도 플라이 휠 축전 시스템」은, 이하의 기술개발로 대구경의 무거운 플라이 휠을 고속/저손실로 회전 시키는 것이 가능하게 되었습니다.
1. 대구경 CFRP제 플라이 휠
종래에 제안한 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)제 플라이 휠은, 고강도의 제조방법 이나 코스트면에서 직경 1m 전후가 한계 였습니다만, 탄소섬유의 엮는 방법을 고안하여 고강도, 고신뢰성을 실현해 직경 2m의 대구경화에 성공 했습니다. 본 플라이 휠은, CFRP제 로터(외경 2m, 내경 1.4m, 두께 10cm)9장을 적층접합 했습니다만, 적층매수에 따라 다양한 축전용량의 플라이 휠을 제작 할 수 있습니다.
2. 초전도 자기 베어링
본 시스템의 초전도 자기 베어링에는, 이토리윰을 포함한 제2세대 고온 초전도 선재를 이용한 고강도의 고온 초전도 자석을 사용하며, 또한 회전축쪽에도 고온 초전도 벌크제를 사용하고 있습니다. 이 자기 베어링을 50K(-223℃)이하까지 냉각해서 강력한 자장을 발생시켜 약4톤의 플라이 휠을 비접촉으로 지지 하는데 성공 했습니다. 이로써 플라이 휠을 고속/ 저손실로 회전 시키는 것이 가능하게 되었습니다. 또 종래의20K(-253℃)까지 냉각하는 고온 초전도 코일 보다 더욱 큰 폭의 온도(50K(-223℃))에서 운전가능 하게 되었을뿐 아니라 냉각 코스트의 저감효과도 가집니다.
이번 완성한 실증기는, 직경2 m, 중량 약4톤의 플라이 휠을 최고 회전수6,000 rpm로 회전 시킴으로써 출력300 kW, 축전용량100 kWh가 얻어지는 세계 최대급의 플라이 휠 축전 시스템이 됩니다.
금후의 예정
본 시스템은, 금후, 기본특성의 확인・조정을 거쳐 야마나시현이 운영하는 코메쿠라산의 대규모 태양전지 발전소에 이설해, 태양전지 발전 및 동경전력 주식회사의 전력계통에 접속해서 에너지 변동이 큰 재생 에너지의 안정 도입을 위한 실증시험을 개시 할 예정 입니다.
플라이 휠 실증기의 구성
플라이 휠 실증기의 계통접속 이미지