超伝導電力線実用化へ

Tucker 曰く、

ちょっと古い住友電工のプレスリリースより、 冷たいけれどホットな話。
米国では、2005年に制定されたエネルギー法において送電網の近代化が国家的な課題として位置づ けられ、2030年には全米に強固な超電導ケーブル送電網を構築する計画が検討されている。 米国SuperPower社、BOC社、National Grid社、住友電工の4社は、 ニューヨーク州オルバニー市で実際に運用されている2つの変電所間約3.2kmの途中に、約350mの 高温超伝導ケーブル線路を建設し、2006年7月20日に送電を開始した。このデモンストレーション実験は約半年とのことなので 間もなく完了しそうだ。
現在のわが国での 送電ロスはおよそ5%であり、大したことはないと思われるかもしれないが、電力輸送コストが減ることで 新手の自然力発電が考案できるかもしれない。ちなみに高温超伝導の高温とは、液体窒素温度だ。未来の 都市では液体窒素のパイプラインが敷設されるのだろうか。

液体窒素冷却のコストは?

[Shidho (5649)]

電力ロスと比較するエネルギー消費、というと、液体窒素を冷却(補給?)し続けるコストかな?

長距離の伝送にそれほど高効率の魔法瓶を使うわけにもいかないと思うので、
その辺のコストがどうなっているのか知りたいところです。

ロス5%、にかかるコストと比較してケタがどのくらい違うんだろう。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[prankster (12979)]

＞液体窒素を冷却(補給?)し続けるコストかな?

それに加えて安全管理の維持費が気になりますね。窒素は窒息性ガスなので、地下配線から漏れ出したりしたら空気呼吸器を背負った技術者が出動することになりますし、規模によっては付近の住民の避難も必要になるかもしれません。

切断された部分を直すのをどうするのかな？という疑問もあります。多分セラミクス超伝導物質を使っているのでしょうから、溶接とかいった措置はとれません。総とっかえもあるのか、切断部分を接ぐ技術があるのか。

平常時は良いけれど、地震のあとの修理がすごく心配です。
＃なんか否定的な話ばっかりだけど、技術的には期待してます。
＃「高温超伝導」という言葉の響きがアレゲ。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[335 (4199)]

液化天然ガスのパイプラインってどういうふうに安全管理されてるんだろう

っていうか、液化天然ガスのパイプラインの中に電線を沈めたら、大陸の電力輸送
とかに良いかも。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

> 超伝導が破れて クエンチするとどうなるんだろう・・・

馬から落馬します。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[macintrash (30773)]

おれ、そのクエンチ見てみたい・・・

＃学生時代、隣の実験室でNb系の超伝導マグネットがクエンチすると、あたり一面真っ白になったことが、懐かしい

Re:液体窒素冷却のコストは?

[phason (22006)]

>長距離の伝送にそれほど高効率の魔法瓶を使うわけにもいかないと思うので

コストは知りませんが，ニューヨークで使われたケーブルは通常の断熱構造
（真空層で断熱，中に熱絶縁性の高い素材を入れ保持）ですので通常の液窒の
デュワーなんかと同じ構造です．
確か一度液窒を入れれば，液化装置が止まっても数日-1週間ぐらいは冷えて
いたはず．
その分柔軟性は低いんで極端に小さな曲率半径だとか，何度も曲げ伸ばしする
用途には使えないんですが，まあ基幹配線のようなもので地下敷設だとこの辺は
問題なさそうですね．

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

すまん、先に謝っておく。

＞確か一度液窒を入れれば，

「液窒」という字面に、すこしﾊｧﾊｧしてしまった。
本当にすまん。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[yohata (11299)]

「窒素なんか使うからムダにコストかかるんであって、一緒に液体水素を供給するパイプとして使用すりゃいいじゃん」って考え方もありまして。

この方法なら無駄なく使えるはずなんですけど……肝心の水素需要が（つД｀）

Re:液体窒素冷却のコストは?

[y4su0 (4282)]

水素需要を大きくするには住宅用燃料電池 [nef.or.jp]という手もあります．

現時点でもすでに家庭用燃料電池の実証実験は進んでいます．
ただ，現状では水素を作るのにLPガスや都市ガスを改質している(≒二酸化炭素が発生する)ため，電力会社からは「クリーンエネルギー」とはみなされず，太陽光発電のように電力の買取をしてもらえません．
家庭に水素が直接供給されることにより，燃料電池で発電した電力が「クリーンエネルギー」として買電の対象になれば，一気に普及しそうなんですが．

--
y4su0

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

> 家庭で発電するのはともかく、売電できる余剰は出ない方が省エネなのではないでしょうか。

コジェネってのは最終需要地で熱+電気を作ってトータルで省エネって仕組みですので、
熱だけ、もしくは電気だけ使うとすると却って効率が悪くなります。
で、本来は熱需要と電気需要が均衡していれば理想的なんですけど
現実にはそういうわけにはいきません。

だから熱需要に合わせて発電し、余った電力は売電して近所で使うほうが
トータル効率が良くなります。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

>一緒に液体水素を供給するパイプとして使用
僕もサイエンスで見たけど、これって
「アース線をガス管につないでも大丈夫！ガス100%なら爆発しない！」
というのとなんか似てるナー。

>この方法なら無駄なく使えるはずなんですけど……肝心の水素需要が（つД｀）
供給先で酸素と反応させて、水道として使ったら良いと思います。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[TarZ (28055)]

>この方法なら無駄なく使えるはずなんですけど……肝心の水素需要が（つД｀）
供給先で酸素と反応させて、水道として使ったら良いと思います。

ここ数年の/.Jのコメントで、一番「おお！マジ頭いいな！Σ（゜д゜ ）　…あり？（゜д゜ ）？」と思ったです、これ。

# しかし、1000mlの液体水素を反応させても、600mlちょいの水しか生成しないという事実。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[wccf2006 (30137)]

そこで燃料電池搭載自動車の登場ですよ。
改質装置を使って水素を生成するより、直接水素を供給した方が効率的だと思うし、各地の水素ステーションに供給するようにすれば、需要はまかなえるけど。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[saitoh (10803)]

数ヶ月前の日経サイエンスに翻訳記事が載ってましたね。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

液体水素を送るなら、その先で発電すべきじゃないでしょうか。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[ciina (26410)]

方向が同一な必要が無いから
下流から水素を供給して、上流の発電所で発電して返せば…

で、水素の供給元って何？

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

> で、水素の供給元って何？

送電されてきた電気を使って、
水道水から電気分解で水素の発生を行えば…

見事なマッチポンプですね。

# 発案した貴方が特許をとるべきです。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[yosaku39 (30458)]

それに、素人目には、すぐ壊れそうに思えるんですが...

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

従来の電線の老朽化の主たる要因は、ジュール熱による熱疲労によるもので、20-30年程度でした。

それとくらべて、超伝導線は、低温ではあるけれども、温度は一定なので100年以上の寿命が期待
されるそうです。問題は液体窒素の維持供給のコストですが、電力量さえ大きければ無視できるよう
になると思います。大型のデュワーを知っている方なら分かると思いますが、液体窒素程度の温度
なら真空断熱するだけで1month以上維持できてしまうし、そもそも液体窒素は水よりも安価です。

低温を安全に維持しつづけるノウハウの蓄積がこの技術のキモになるでしょう

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

＞そもそも液体窒素は水よりも安価です。

ほんまに？
と思って調べてみたのですが、
液体窒素は46.5円/kg [goo.ne.jp]
水道水は、高くて404円/m^3 [tokyo.jp]

同重量の場合、100倍ほど液体窒素が高いです。
同体積で考えても、液体窒素の密度は0.8g/cm^3なので、ほとんど変わらず。

「ミネラルウォーターより安価」はあっても、「水より安価」は言い過ぎでは？

　＃「水と安全はただ」→「ただより高いものはない」→「水より安い」　…という論理は無視。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

水道水と比べてどうするの？
冷却に使うには純水・イオン交換水あたりを使うと思いますが、この辺のコストも考えないと。
（といっても、そんなにべらぼうな額にはならないですが）

液体窒素も買う量によって、全然値段が違いますよ？
（極端に言えば輸送費が殆どみたいなものです。）
ときたまデュワで買うぐらいだと５００円／Lとかでも、大学みたいに数日毎にローリーで買うなんていうと、
数円／Ｌみたいな単価だったはずです。

＃議員さんみたいに使用目的も考えず「水＝水道水」みたいな考え方はやめて。
＃お役所見たく「1ついくら」ではなく、「１０００個だといくら」で考えましょ。

Re:液体窒素冷却のコストは?

[phason (22006)]

>冷却に使うには純水・イオン交換水あたりを使うと思いますが

この辺も用途によると思いますよ．
例えばX線管球の冷却なんぞ水道水をフィルタに通したものをそのままですし，
熱交換器を通しての水道水レベルでの冷却は結構多いものです．

>大学みたいに数日毎にローリーで買うなんていうと、数円／Ｌみたいな単価だったはずです。

そこまでは下がりません．
大学での大口の買付価格で40円/1L程度です．もちろん電力価格等に応じて変化するので
きっちりこの値ではありませんが，20円を切るようなことは無いと思います．
元コメントで書かれている46円/Lぐらいと言うのは大口の価格としてみて妥当なものです．

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

液体窒素の製造コストですが、基本的には大気中にあるので輸送コストと安全管理コストが支配的です。
もちろん、液化するのにエネルギーが必要ですが、現在の大口の液体窒素は液化天然ガスを気化させる
過程で生まれる冷熱を使って凝縮させています。

従って、冷やして液化させて運んだ方が都合が良いなにか、、 液化天然ガス、液体酸素、液体水素など、の需要があれば
液体窒素はそれに付随して作れるようになります。

脆弱・柔軟性

[yanagi (6075)]

従来の電線の利点はその柔軟性にもあると思う。
数ｍの曲げ半径で自由に敷設することができるし、
架空（がくう）時に 風による煽りにも、降雨・降雪の
重みにも、地震による揺らぎにも結構耐えている。

デュワーで覆われた送電線は どの程度耐えることが
できるんだろう？魔法瓶のような割れ物を使うとは
思わないけど、電線のような柔軟性は流石にもてないと思う。

--
やなぎ
字面じゃなく論旨を読もう。モデレートはそれからだ

Re:液体窒素冷却のコストは?

[blooming (24591)]

卒論で超伝導でしたが、相変わらず商売としては先が見えませんな。
常温超伝導でもないと幅広い商売にはならんしなぁ。

卒論は余りで割り振られましたよ。ええ当時から(ry

Re:液体窒素冷却のコストは?

[Anonymous Coward]

規模の大きいところとかマニアックなところでは意外に使われてますよ
リニアモーターカーとか加速機とか、、MRIとかテラヘルツ受信器とか

市場が大衆向けじゃないのでなかなか気づきませんが

Re:液体窒素冷却のコストは?

[phason (22006)]

>加速機とか、、MRIとか

この辺の強磁場用はほとんどNb3Snなどの合金系超伝導体であって，
高温超電導体は使われていなかったような気がするのですが．

Re:液体窒素冷却のコストは?

[marupeke (6599)]

具体的にコレには使われコレには使われてない、という話でなく、ごく一般的なお話として……。

超伝導の「熱を伝えにくい」という性質を利用して、室温から超伝導コイル部への配線、いわゆる「パワーリード」として高温超伝導体はごくごくメジャーに使われています。

クエンチ対策は？

[Anonymous Coward]

液体窒素が抜けて温度が上昇したり、臨界電流を越えたり、あるいは超伝導線に欠陥があった場合、クエンチが発生して一気に超伝導状態が崩壊し、電流が熱に変換されて爆発しちゃいそうな気がするんですが…。

MRIの磁気コイルみたいに磁場を溜めてるわけじゃないから、爆発はしないのかな。

クエンチの兆候を検知してシャットダウンする安全装置とかあるんだと思いますが、自律的な安定性が無いと、全面的に置換するには怖い気がしますね。

#関係ないけど、超伝導線って温度も超伝導？
#リングワールドで、超高温超伝導線使って熱移送してるシーンがあった…。

Re:クエンチ対策は？

[imaic (31975)]

>#関係ないけど、超伝導線って温度も超伝導？
ヘリウムでは超流動時に熱の伝導性も非常に高くなるとのこと。
したがってヘリウム冷却ではクエンチが起き易くなる。

別コメントにもあるが高温超伝導の物質は大体セラミックス
なので、金属の超伝導（ヘリウム冷却）とは違って線材自体
が断熱材といっていいんじゃないかな？

Re:クエンチ対策は？

[marupeke (6599)]

元記事の質問は最初読んだ時「？」でしたけど、やっと意味が分かりました。

超伝導状態にある電子は「電気」は伝えますが「熱」は伝えません。なので局所的に超伝導が破れた状態が発生すると、はやくそこで発生した熱を持ち去ってやらないと、全体がいっぺんに超伝導から常伝導へと変わってしまいます。これを「クエンチ」と言います。

熱を持ち去る方法としては別コメントにあるように、銅などの常伝導金属でくるんでマルチフィラメント化したり、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を使うのが一般的です。

冷媒では線材表面で沸騰による泡が生じてこの部分での熱伝導が悪くなってしまいます。一方で超流動ヘリウムでは沸騰による泡が生じないので、熱を持ち去る能力としてはよりよいということになります。超流動ヘリウムの熱伝導がいいから泡が生じないというべきかも知れません。

銅酸化物高温超伝導体はセラミックスといえど、臨界温度以上で金属は金属です。熱をよく伝えます。( 以下、蛇足)ただし、この金属状態を銅酸化物高温超伝導の出現以前から私達が知っていた金属と同じものと考えてよいのか、ということは今まさにエライ先生たちが頭を悩ましている問題です。

Re:クエンチ対策は？

[Anonymous Coward]

高温超伝導の線材は、常温ではほとんどが絶縁体です。
#金属単体で高温超伝導（液体窒素冷却）というのは無かったハズ

ですので冷やすことが出来なくなれば電流が流れないことになります。

Re:クエンチ対策は？

[SteppingWind (2654)]

実用的な超伝導線材では超伝導物質のみで線材を構成するということはありません. 必ず銅, アルミあるいは銀など定伝導素材で超伝導物質を包んだ形になっています. 例えばちょっと古い(2000年)記事ですけどビスマス系超伝導体に銀を被覆した線材 [u-tokyo.ac.jp]が紹介されています. この被覆材によって機械的な強度を得ると同時に, 局所的な超伝導の破れが起こったときに被覆の伝導体である程度カバーしています.

またクエンチに限定すると, 最近では液体ヘリウムの様な冷媒無しで動作するような超伝導機材 [shi.co.jp]もあるようです.

Re:クエンチ対策は？

[phason (22006)]

>高温超伝導の線材は、常温ではほとんどが絶縁体です。

これは違います．
母物質の非ドープ系の銅（などの）酸化物はMott絶縁体ですが，高温超電導体
になるものはドープしてあるんでMott状態が溶けてメタルになってます．
酸化物なんでよく「酸化物と言うと通常絶縁体ですが……」と紹介されることも
ありますが，普通は高温超電導体の高温相は（酸化物ではありますが）金属です．
#たまに特殊なもので一度絶縁相に行ってから超伝導相に転移するものもあった
#ような気はしますが．

熱じゃ、鯖と同じで痛むんじゃ

[pongchang (31613)]

送電ロスは5%に上りますが、それは熱になります。鉄塔で送電すれば空冷されますが、共同溝や洞道で送電すれば、マンホールに熱がこもります。今回のアルバニープロジェクトもトンネルの中の送電線の発熱をクリアする一方法としての超伝導という側面があります。発熱を冷却するより、発熱させない様に超伝導にして液体窒素を作った方が安いのか？冷却効率の十分な太いマンホールを新たに掘削することを含めたライフサイクルコストを計算してみる。そう云う所から発展して行きます。電線の無い丸の内や霞ヶ関がPCやサーバーで電力消費量を伸ばしたとき、従来の配電方法から超伝導に切り替える動機づけが、サーバーと同じ「発熱」の問題から生じるのです。

Re:熱じゃ、鯖と同じで痛むんじゃ

[Anonymous Coward]

冷却効率の十分な太いマンホール
イメージ映像 [sei.co.jp]

超電導なのに

[TarZ (28055)]

全長350m、電圧34.5kV、電流値800A

この電圧ってどういう意味を持つ値なのでしょう？　教えて！大きい電気関係に詳しい人

Re:超電導なのに

[AcDcPwr (32146)]

リンク先を見ると、この実験は実際に使用している送電線の一部区間だけ超伝導線に変えて行っているので
単純に元からの送電電圧が34.5kVなんでしょう。

電力＝電圧×電流×√３（√３は三相交流の場合）
なので、電圧が高い分だけ電流が小さくなります。
電流が小さい＝送電線を細く出来るので発電所、変電所からの送電は超高電圧とするのが一般的です。

34.5kV（kはキロで10^3）については、国の事情によって採用される電圧が違うので、アメリカはこの電圧を使用しているからだと思います。
ちなみに日本なら
100→200→6,600→22,000→（33,000）→66,000→154,000→275,000→500,000
の電圧で送電してます。

この超伝導送電線の目的は、銅を超伝導状態（電気抵抗が無い状態）にして、
送電線自体での電気抵抗でのロスを無くそうというのが目的のようなので、
送電する電圧は特に意味は無いとおもいます。

もちろん、家庭用の100Vとかでこんなケーブル使ったら、確実に赤字なうえ、非常に危険だから、送電線での実験なんだと思いますけど。

Re:超電導なのに

[TarZ (28055)]

"34.5kV"でググると結構なページがヒットするので、現地の送電網でよく使われる電圧なのでしょうか。
これだけだとはっきりとは言えませんが、どうやら元（常電導区間）の送電でこの電圧を使っていて、
それをそのまま超電導区間にも、ということなのでしょうかね。

超電導だからもっと低電圧大電流で流すのかと思いきや、こちら(#1052181) [slashdot.jp]で言及されて
いるような事情も大きいのかもしれません。

で、"34.5kV"でググっているときに今回の件についての詳細(pdf) [ieee.org]が。

# 私は電気系でないのでよく分からんかった…。:-(

Re:超電導なのに

[phason (22006)]

>この電圧ってどういう意味を持つ値なのでしょう？

普通に，例えば単相ならHot側とCold側の電位差だと思いますが．

Re:超電導なのに

[Anonymous Coward]

単純な話、今回は変電所間の350mを実験的に超伝導ケーブルに切り替えただけなので
電圧は変えられなかったのでは。低電圧送電による設備のコストメリットは最初から
そっち向けに設備を作らなければ無さそうですし。

というか低電圧送電が流行りだしたら電気系の資格も変わるんですかね。

Re:超電導なのに

[SteppingWind (2654)]

超伝導ケーブルを使っても, やはり高電圧/低電流の方が有利だと思います.

と言うのも, 電流が増えるとそれに伴う磁場強度が上がり, それによって超伝導状態を維持できなくなるからです. まあ超伝導リニアモータやMRIなんかと比べればかなり低い磁場強度なんですけど, 温度の方が高い分, シビアに効いてくるのではないかと.

AC or DC ?

[Anonymous Coward]

専門外なものでウロ覚えなのですが，超伝導って臨界磁場ってありましたよね。
AC送電は，この磁場のカラミでなかなか難しい点があると聞いたことがあります．
DC送電になると，今度は非常時の線の切断が困難になるとも．
今回のケースの場合はどういう形式なのでしょうね？

Re:AC or DC ?

[AcDcPwr (32146)]

リンク先を見ると普通の３相交流方式のようです。

ＤＣ送電の問題点は、何はともあれ変圧が大変ってことですね。

エジソンは当初ＤＣ送電の会社作りましたけど変圧出来なかったので、
ＡＣ送電を行ったウエスチングハウス社やトムソン・ハウス社に負けました。

超伝導の臨海磁場については専門外なので識者の意見を求む（＾＾；；

Re:AC or DC ?

[bosturbo (26850)]

> ＤＣ送電の問題点は、何はともあれ変圧が大変ってことですね。 PINダイオードとSIサイリスタを両端に送電の両端に使って直流送電すれば、送電区間のロスは5%より小さいという話を聞いたことがあります。 このあたり [innovative.jp]によれば、どちらも99%(多分もっと)の変換効率があったはず。 変圧の前後が交流になっていれば変圧時のロスは今と同じですよね? 同じ設備を使えそうですし。 西澤潤一 [wikipedia.org]先生が以前TVに出演していたときにその話をしていて、電力会社からも問い合わせがあったらしいのですが、結局高温超伝導の方がコストで有利だったのかなぁ。 #そもそも電気は専門外なので僕も識者の意見を求む(^^;;;

Re:AC or DC ?

[AcDcPwr (32146)]

実用的な話をすると、実験でロスが少ないのがわかっていても、実用するとなると問題がいっぱいです。

＞PINダイオードとSIサイリスタを両端に送電の両端に使って直流送電
確かに可能ですが、現状の変圧器と同一容量物を作ったらかなり大きな物になるかと・・・
価格も鉄の塊みたいな変圧器に比べれば、半導体を使用すれば非常に高額になる事も想像に難くないです。

アナログに変圧している現在の変圧器と、半導体で整流を行う直流の変圧方式では、半導体を使うほうが信頼度はかなり落ちるでしょう。
特別高圧送電線路のような影響が大きい上に代替の用意しにくい所には使用しにくいと思います。
（無停電電源装置とかの信頼度では、ＡＣよりＤＣの方が信頼度は高いけどＢＡＴＴとの兼ね合いなんで大電力送電の場合は）

あとＤＣでは電食の問題が大きいかな？
電食は簡単に言うと、電流が流れると金属がイオン化する腐食です。
詳しくは下記のＵＲＬ参照
http://www.radionikkei.jp/denki/contents/09101/index.html
架空の特別高圧の送電線路は絶縁されていない、裸電線が殆どなのでＤＣ送電したら電食が怖そうです。
架空送電線路を全部絶縁されたケーブル配線にするのもお金が掛かるでしょうね。

他にも色々とあるけど、まあこんなところで＾＾；

Re:AC or DC ?

[Anonymous Coward]

臨界磁場もありますし臨界電流もありますよ。
それぞれの値が大きい素材を探すことも開発に含まれます。
でもこれらの値が高くてなおかつ線材に加工しやすいもの、柔軟なもの
となると探すのが難しくなってきます。

住友電工の英文サイト

[nexx (11440)]

Sumitomo Electric Industries, Ltd.の英文サイトがS-JISなのにはワロタ。

＃オフトピだけど、アレゲってことで勘弁してちょ。

オフトピ: 超伝導 vs 超電導

[macintrash (30773)]

こちらにも、両派がいるようですね。

大学ではSuper-conductivityだから超-伝導と習いました。
前にいた会社は何でも自社用語にしていましたので、"超""電"気伝"導"だから超電導といっていました。

個人的には"超伝導"を支持します。

ちなみにgoogleの支持率は 超伝導 895,00 [google.co.jp]対超電導 397,000 [google.co.jp]
Wikipediaは"超伝導"派のようですね。

＃超伝道や超殿堂はなしだ！

Re:今度こそ

[335 (4199)]

超電導で電力線通信をすると、インピーダンスが絶対的に小さいので周波数的にはかなり上
をめざせるはず。伝送路としては100GHz〜10THzくらいまで限界が上がるのし、スイッチング
素子もそのくらいで動作できるので、次世代の光通信とも肉薄できるかもしれない。
太い光ファイバーを敷設するかわりに超電導電線、、とか