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電力

石狩データセンターで超電導直流送電開始 55

ストーリー by headless
産直 部門より
maia 曰く、

石狩超電導・直流送電システム技術研究組合などは24日、さくらインターネットの石狩太陽光発電所から石狩データセンターへの超電導直流送電を開始したことを発表した(プレスリリース石狩超電導直流送電プロジェクトASCII.jpの記事スマートジャパンの記事)。

送電距離は500m。超電導直流送電では世界最長級の送電距離になるという。送電試験の成功は8月6日に発表されており、今後はデータセンターへの送電を通じて超電導送電システムの通電安定性の検証や将来の実用化のための様々な課題を抽出する。

送電は直流380Vで行われ、石狩データセンターが2013年から本格稼働させているHVDC(高電圧直流) 12V方式の給電システムで直流12Vに降圧してサーバーラックなどに直接供給する。超電導ケーブルは公道の下に埋設されており、新たな配管構造の採用で送電路の熱損失を従来の約半分、液体窒素循環の損失を従来の約4分の1に削減しているとのことだ。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • 技術開発に投資するなら行き詰まった感のある原発関連より、こういう方面でリードするのが得策だと思う。500m というと変電所からでも現実味が出てくる。

    でも超電導直流送電であっても電圧はある程度高くないとダメなんですかね。

    • >でも超電導直流送電であっても電圧はある程度高くないとダメなんですかね。
      大電流流すと超伝導状態が壊れるので電流は少なくしないとダメです。(臨界磁場の問題)
      石狩太陽光発電所の出力200kWから計算すると500~600アンペアになりますが、送電試験では1500アンペア流している計算なので問題ないでしょう。

      問題は……太いアルミ線を使って超高圧送電した方が損失が少なくなる可能性が……冷却コストって結構大きいから。
      実証試験だからデータさえとれれば良いのでロスがあっても問題ないのですけど。

      現実的な利用法は、建物内のDC48Vラインに超電導ケーブル、
      変電所からデータセンタまでが地中ケーブルでの超高圧直流送電、
      発電所-変電所間は従来型送電になるんじゃないかと。
      (架線での直流送電は1000km以上でないとメリットが薄いので)

      >原子力関連技術
      30年間原発を運転しちゃったので、技術開発は必須です。
      廃炉と廃棄物処理の技術は自力開発しないとフランスあたりに大金をふんだくられるでしょう。
      逆に、そういった技術を持っていれば足下を見られずに済みます。
      (アメリカはアテにならない:使用済み核燃料を砂漠に放置してる国ですから。ある意味、すごく賢いのだけど……)

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      • ググってみて分かったのですが 380V というのは多分 NTT 系が押している HVDC の高電圧側でしょうね。ASCII の記事にも「高電圧直流給電(HVDC)システム」という文字がありますし、380V のままデータセンター内を引き回しているのだと思います。データセンターが変わる、NTTが380Vの高圧直流給電に本腰 [itmedia.co.jp]にあるように DC48V で引き回すのは従来型のシステムで、この検証を含め 380V→12V の組み合わせを押しているのだと思います。

        この検証では直流・交流の変換ロスと冷却コストとの比較が問題になるからこそ、太陽光直流発電なのだと思います。比較するときに一回余分に変換ロス分をカウントできますから。

        原子力関連技術の技術開発が必須というのは一理ありますが、世界に打って出られるかどうかという観点からすると、太陽光発電周りの方が有望という意味でコメントを書きました。

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        • 380Vを超高圧(HV)ってのは……桁が2個足りないと思います。
          HVの定義がある訳じゃないから、言ったもん勝ちではありますが。
          (ブラジルや中国での500kV~1000kVのHVDCと比較して、あれ?って思ってしまいます。)

          ただ、ラックに380Vを持ってくるのは御遠慮願いたいです。
          AC200Vでも危ないのにDC380Vなんて……しかも極低温……結露して放電しそうで怖いです。
          (48Vなら結露しても大丈夫。せいぜい電蝕するくらい)

          # 中部大学は、以前、DC48Vでの送電実験をしていましたので、それの超電導版ならありかな?と思ってました。(屋内なら温度管理も共同溝よりは楽だし)

          >世界に打って出られるかどうか
          価格競争する必要はないんです。
          ふざけた価格を提示された時、蹴る余裕があるか?が問題ですので。(そんな価格なら、こっちの独自技術でやるよ、と言えれば十分なんです。)

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          • 380Vを超高圧(HV)ってのは……桁が2個足りないと思います。

            このへん [ntt.co.jp]でしょうか。業界が違うと「普通」が違うのは良くあることです。ネットワーク屋が 100V AC 配線を「強電」と呼びますが、電気屋さんからすると違和感があるそうで。

            なお,高電圧直流給電を示す「HVDC」という呼称は, 通信機器の給電として従来から使われている直流-48V給電と比較して約8倍高い電圧であることから,通信設備分野にて使われ始めました.しかし,電力系統における 100kV以上の直流送電技術の分野もHVDCと呼ぶため,ITU-T では混同を回避することを目的として HVDC とは記載せず,「400 Vまでの直流給電システム」(Up to 400 VDC power feeding system)という名称を用いています.

            ただ、ラックに380Vを持ってくるのは御遠慮願いたいです。

            上の PDF や、Wikipedia [wikipedia.org]にあるように、一応考えられているみたいです。

            AC200Vでも危ないのにDC380Vなんて……しかも極低温……結露して放電しそうで怖いです。

            いや、さすがにラックに引き込むところは超伝導ではないと思いますが。ASCII の記事に「石狩DCでは2013年から高電圧直流給電(HVDC)システムを商用環境として運用しており」とあるように既存の HVDC 設備につなぎこむだけで、データセンター内までこの実験の対象ではないと思います。

            親コメント
          • > HVの定義がある訳じゃないから、言ったもん勝ちではありますが。
            とりあえず、ご参考まで。
            「電気設備に関する技術基準を定める省令」 [e-gov.go.jp]
            第二条  電圧は、次の区分により低圧、高圧及び特別高圧の三種とする。
            一  低圧 直流にあっては七百五十ボルト以下、交流にあっては六百ボルト以下のもの
            二  高圧 直流にあっては七百五十ボルトを、交流にあっては六百ボルトを超え、七千ボルト以下のもの
            三  特別高圧 七千ボルトを超えるもの

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            • by Anonymous Coward

              このコメントでも言われている [hardware.srad.jp]けど、業界が違うと基準が違うってのはよくあること。
              電気工学(強電)寄りな電気設備屋さんの基準ならそれが高圧の基準だし、
              電子工学(弱電)寄りな電子回路屋さんやネットワーク屋さんの基準はまた違う、と。
              # 100Vを(高圧ではなく)強電と言われて違和感覚える電気屋さんは、
              # 強電・弱電の区別と動力・電灯の区別を間違えている気がしなくもない。
              # 高圧なら業界で基準が違うで済むけど

          • by Anonymous Coward

            機材作ってるが分からしても、380Vで引き回すのは色々とコスト高で遠慮したいです。
            48Vという数字は、安全性の面もあるのですが、色々なICのコスト的にも意味があります。
            平面型のシリコンを使った、ロジックと混載できるICの製造プロセスでは、高耐圧の物で一般的なのは60Vまでです。
            このプロセスを使って、安全マージンを取ると、製品仕様として48Vまでってのが限界近くになります。
            これより高い電圧だと縦型のシリコンを使ったICになり、普通のロジックと混載できない、ディスクリートICになります。

            380Vだと入り口に電源ユニットを別に用意する必要があるので、今の200VのAC-DCと構成は変わらない。
            48Vだとパワーマネジメント機能を持ったICを直接接続できるので、待機時やアイドリング時の電力を大幅に減らせる可能性があります。

            • 380V DCも、別にラック内のPCとかが直接駆動されるわけじゃないでしょ。
              いままで100/200V AC→12/5V DCだった電源ユニットが、380DC→12/5V DCになるだけでは。

              待機時電力も、DCにそんなに待機している機器があるんですかねぇ、といったところ。

              親コメント
              • 別の方がコメントしてくれてますが、
                >100/200V AC→12/5V DCだった電源ユニットが、380DC→12/5V DCになるだけでは。
                これじゃ効果が少ないってことです。
                48V DC→12/5V DCの方が機器のコスト効率もエネルギー効率も良さそうなんです。
                機器のコストの方は先のコメントで書きましたが、エネルギー効率も差が出ます。

                380V DCから12/5V DCに変換するには、今の200V AC用と同程度の耐圧の電源が必要です。
                これらは今のところディスクリートICで作る必要があって、複雑な制御や機能を入れるのが難しい。
                だから、今のPCやサーバを見れば分かるように、電源ユニットは常時動作していて、その下の12V/5Vの系にパワーマネジメントICがぶら下がっています。
                これだと、380V DCで動く電源ユニットの消費電力を下げることが出来ません。
                電源ユニットの効率は50%以上の高負荷時なら効率90%台出るのですが、10%以下の低負荷時には効率50%以下が普通です。
                今時のPC/サーバのように、細かく省電力ステートに入れて平均消費電力下げる用途に向いてません。

                送電システム単体では380V DCの方が48V DCよりも効率いいのは確かです。電流が減る分損失が減りますから。
                でも、その先の機器の効率も含めて考えないとね。

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              • by Anonymous Coward

                「DC48V→DC12V/DC5V」「AC100V/AC200V→DC12V/DC5V」「DC380V→DC12V/DC5V」の3つがいま出てる比較対象ですよ。

                DC380VってAC100V/AC200Vに比べれば市場が小さいから、電源ユニットの規模が同じなら不利でしょう。
                DC48Vも市場が小さいのは同じだけど、「電源ユニットのICのコスト効率が高い」というのが元コメの指摘。

                > DCにそんなに待機している機器
                HDDとか待機系とか結構待機してるのは多そうだし、小刻みな稼働状況の変化は大量にあると思う。
                電源ICがそれに対応することでどの程度省エネになるのかは詳しくないのでさっぱり分からんけど。

                変圧効率はACよりもDCの方が良いだろうが、電圧は低いほど送電ロスがなぁ…
                48Vより380Vの方がロスが小さいのは間違いないが、変圧幅の違いやICの違いがどの程度効いてくるのやら。

              • うーん、ここらへんの資料みても、340DC->12VDCの変換は、負荷12.5%でも効率85%だ、って吹いてるけどねぇ。48Vだとこれよりもっと効率がいいって事なのかな?
                ただ、システムとして、TORあたりにおく、サーバ数台分の集中電源ってところはちょっと想定外でしたねぇ。
                http://opencomputejapan.org/doc/OCPT_HVDC_20131101_.pdf [opencomputejapan.org]

                親コメント
              • by Anonymous Coward

                グラフ見れば予想できるかもしれませんが、青いグラフも、これより左側で急激に効率が落ちます。
                12.5%が左端に設定されてるのは、それより下を見てもらうと印象が悪くなるからでしょうね。
                常時動作型の電源では、電源自体の消費電力があるので、低負荷時に効率が急激に下がるのは避けられません。

                48V系で作るなら、マザーボードの12V>3V/1.2V等のCPU用電源同様に、複数フェーズで構成してアイドリング時にはほとんど止める等、色々なことができると思います。

      • 臨界磁場の影響もあるでしょうが、臨界電流というのもありまして、ある大きさ以上の電流を超伝導材に流すだけで、超伝導状態が維持されないことがあります。
        もうひとつは臨界温度です。これはわかりやすいですね。

        発電所の種別はともかくとして、送電技術の革新は非常に重要ですので、今後の発展に期待したいです。でも長距離送電を最終ターゲットにしないとあまりメリットはない気もしますが。もちろん今回はテスト運用ですから全く問題ありませんが。

      • by Anonymous Coward

        アルミ(28.2 nΩ·m)より銅(16.78 nΩ·m)のほうが電気抵抗率低いんでしょう?(数字はWikipediaによる)
        じゃあ普通の導線でいいじゃない、というのは早計でしょうか?
        単純に単価の問題なら、超伝導なんて使わないでしょうし。

        • 太い銀線を使うのが一番ですけど、高いし錆びやすいので一般用途では銅線を使ってきました。
          さて、銅は枯渇しかかっているので値段が上がってます。そのため送配電ではアルミ線を使うようになってきています。
          (鋼線をアルミ線で覆ったケーブルを使います)

          # アルミは曲げられない(折れる)ので、扱いが面倒ですけど、

          --
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        • by Anonymous Coward

          長くなると比重が重要になってきます。

          • by Anonymous Coward

            webで適当に拾ってきたデータによると、
             単価はアルミが約247\/kg、銅が約679\/kg(2015年8月時点)。銅の方が約2.75倍高価。
             比重はアルミが約2.7、銅が約8.5。銅の方が約3.15倍重い。

            電気抵抗率はアルミのほうが1.68倍大きいので、そのぶん導線の断面積を銅の1.68倍してやると導線としての抵抗は同じになり、コストは銅より安く重量は銅より軽い導線ができる勘定…であってますかね?

    • 超電導で蓄電すれば夜間でも運用可能。まだまだやるべきことは多いと思う。
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      • by Anonymous Coward

        揚水とか化学電池系の蓄電システムならともかく、フライホイールは即応型で日数単位の平滑にはならない。
        超電導もフライホイールに近い領域だったと思うんだけど、超電導で夜間対応は出来るのだろうか?

        • 臨界電流の関係で、超伝導蓄電の能力はフライホイール以下バッテリー以上。電源瞬断だったら超伝導蓄電が有力だとは思うが…

          親コメント
          • by Anonymous Coward

            フライホイール以上バッテリー以下、では?
            瞬間出力はそりゃバカ高いし瞬断に強いのはわかるけど、
            太陽光の電力を夜間に回すには全然間に合わんでしょ。

            超伝導蓄電は大型フライホイールと一緒で日中の急変動を吸収するバッファですよね?

    • 送電は発電技術を選ばないだろ...
      これだから反原発厨は...

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        直流発電してるのは太陽光がほとんどだと思ったのですが、原子力も直流発電でしたっけ?

        • してはないだろうけど、概要的にはそうでしょう。

          むろん直に生む電流の種別が...というのはわかるし、それはそれで重要ですが。
          ただ、どのみち送電した後や前の段階で変動を受ける要素(補助バッテリとか電圧電流の安定化)はいるので、そればっかじゃないでしょうし...

          # 風力とか回転系はどうしても交流からスタートになるかな?効率考えると。

          --
          M-FalconSky (暑いか寒い)
          親コメント
          • by Anonymous Coward

            > 概要的にはそうでしょう。
            火力と同じで蒸気作ってタービン回すんで結局回転ですよ、原子力は。
            地熱も蒸気だし、水力も水車でやっぱり回転。大型発電機って大抵回ってます。
            交流かどうかは回すモータに寄ります。
            モータ自体は結果的に誘導系なので、周波数は異なれど力学エネルギーが電気エネルギーに変換された瞬間は交流です。

            > # 風力とか回転系はどうしても交流からスタートになるかな?効率考えると。
            誘導モータ直結な交流は回転数が周波数と同期しなきゃ駄目なんで風力の不安定な回転とかどうにもならんでしょう。

            まぁ、電車のモータと同じでVVVFインバータとか使って回したり発電(回生)させてしまえばいいんじゃないかな。
            コレだと回転数関係ないし、他のタービン用発電機も同じことは普通にできる、筈。

            • モーターを使うからと言って必ずしも交流であるとは限りません。
              回転運動から直接直流発電可能な単極誘導発電機 [wikipedia.org]が存在します。
              電圧は高くないのですが大電流が得られることから金属の精錬等で利用されます。

              親コメント
              • by Anonymous Coward

                単極誘導発電機ってブラシレスに出来るの?
                今、インバーター+交流モーター&交流発電→整流→直流が主流な理由は、ブラシレスに出来てメンテが楽=メンテ費が安価なお陰じゃないの?

              • by Anonymous Coward

                原子力発電の話をしてるのにそんなもん持ち出されても。
                キーワードに反応して応えるだけの人工無能じゃないんだから、少しは文章を読めよ

                哺乳類は卵を産まないと言う話をしてたら
                カモノハシがいるから哺乳類は卵を生むといってよい、と言い出すような

              • by Anonymous Coward
                HVDCの技術においてもともとの発電が交流か直流かはダイレクトな問題ではなかろう
                という元コメの話を無視してそんなことを言っても説得力がないよ。
        • by Anonymous Coward

          交流はトランスで変圧できるから高圧送電の為の変圧が楽だけど、
          大規模化するほど交流のややこしい特性が問題になってきます。
          表皮効果があったりインダクタンスやリアクタンスの影響が大きかったり、
          位相の管理が必要だったり最大電圧が高かったり無効電力があったり、大変面倒。

          最近は半導体技術の向上でDC-DC変換の効率も上がってきたので、
          送電網の幾つかの課題を解消して実用化出来る可能性がちょくちょく注目されています。
          動力用途にしても、誘導モータもインバータで回すからDCで何も問題なかったりするし。

      • 超電導き電ケーブルを用いた列車走行実験について-営業線における試験列車の走行実験に成功 [rtri.or.jp]

        去る平成27年3月27日に伊豆箱根鉄道・駿豆線において、超電導き電ケーブルを用いた列車走行実験を実施しました。使用した超電導き電ケーブルは、長さ6m、電流容量2,080 Aで、駿豆線の変電所に敷設し、き電回路に組み込みました(写真1)。
        今回の試験では、超電導き電ケーブルを液体窒素により浸漬冷却(-196℃)し、超電導送電を行いました。3月27日未明、田京~修善寺間(5.6km)を往復する試験列車(伊豆箱根鉄道3000系電車、3両編成)に超電導き電ケーブルを通して電気を供給し、国内外で初めて営業線における超電導送電による列車走行実験に成功しました(写真2)。

        • > だからといって ogino 氏が主張する、太陽光発電だけで何もかも賄ってしまえるような幻想には全く同意できない。

          私がそんな主張をしているかのようなミスリードだか思い込みだかは困ったものです。「要出典」タグを差し上げましょう。

          親コメント
    • by Anonymous Coward

      「直流変電・送電・配電」周り技術開発案件の山の間違いだろ。
      そこに繋がるのが、太陽光(直流発電)だろうと、風力発電(交流発電→整流)だろうと、原子力発電(交流発電→整流)だろうと、大差はない。
      但し直流送電・配電は、感電と電蝕で異様に忌諱されている様だが。

      • 直流・交流変換のロスを無くそうというのが太陽光直流発電・直流送電・直流給電データセンター(直流対応 UPS と直流対応サーバ)の組み合わせの肝なのに。さくらインターネットの直流給電システムの記事、第6回「『直流給電』は効率的な電力利用の土台となるのか?」 [nikkei.co.jp]にもありますが、

        太陽光発電の電力は直流であるが、従来の電力供給システムでは太陽光発電による直流電力を交流に変換する必要がある。そのため10%程度の電力損失を伴う。石狩データセンターでは、直流給電システムと太陽光発電を併せて利用するため、直流電力を直接データセンターで利用でき、電力変換による損失を抑えられる。

        太陽光発電の直流を一度も交流に変換せずに最終消費地のサーバまで送る、というのを検証します、というのが今回のお話でしょ。

        親コメント
        • by Anonymous Coward

          太陽光発電の直流を一度も交流に変換せずに最終消費地のサーバまで送る、というのを検証します、というのが今回のお話でしょ。

          それ(太陽光発電の直流を一度も交流に変換せずに最終消費地のサーバまで送る事を検証)意味のある話?
          長距離超伝導直流送電・直流降圧の実証実験なら、電源が交流を整流した物でも実験の遂行に於いて問題ない。
          大体データーセンターは、晴天の白昼しか稼働しない物か?
          化学二次電池は実用的な蓄電能力には数桁不足があるし、フライホイール電池も揚水発電も、交流発電機じゃないのか?
          単なるデモンストレーションだろ。

          • > それ(太陽光発電の直流を一度も交流に変換せずに最終消費地のサーバまで送る事を検証)意味のある話?

            意味があると思うから、もしくは意味がどの程度あるかを、お金(税金を含む)をかけて検証するんでしょう。こういうもの、特にトラブル発生や維持コストは実際に運用してみなければ分からないところがあるわけで、わざわざ敷地内ではなく公道下を通すのもなるべく実用時に近い形にするため。

            実証実験のポイントは「効率」ですが、直流発電・直流送電・直流給電の効率アップ分が、超伝導を使ったときの冷却コストに見合うかどうかも重要なポイントです。単なる送電の実証なら中京大学ですでに行われているわけで、さくらインターネットという営利事業者から見ればなおさら実運用におけるコストの検証は重要なはずです。

            データセンターというところは、その性質上送電が乱れても対応できる設備を最初から持っておく必要がありますし、複数の電源を引き込む前提で設計されるわけで、そういう意味では太陽光発電を導入するのに適しているわけです。どうせ複数用意するなら、効率の良いもしくはコストの安いものが使えるときには使えるだけ使い、足りないものは他から補うことができますからね。

            親コメント
          • by Anonymous Coward

            トータルのシステムとしての検証だろうから意味はあるんじゃないの。
            送電の検証だけならストーリーに書かれているとおり8月にもう終わってる。
            実運用を想定したミニモデルを組んで検証をするんでしょ。

            太陽電池はメインじゃなくて補助的に用いれば経費削減には有効じゃないかね。
            どうせDCは複数系統の受電とかするんだから、そこに太陽光発電を混ぜて
            実際の経費削減効果を見てみる意図もあるんだろう。
            ストーリーにも安定性の検証や課題の抽出が目的とかいてあるし。

            ただ、ここでの太陽光発電はあくまで安定した電力供給を前提とした補助的なものであって、
            原発政策なんかと絡めて語る性格のものでは無いと思うけどね。
            DC向けの太陽電池パッケージができあがるのが最終ゴールじゃないかな。

          • by Anonymous Coward

            >それ(太陽光発電の直流を一度も交流に変換せずに最終消費地のサーバまで送る事を検証)意味のある話?
            意味が有るかどうかも含めた検証だと思うんだが。
            DCなら複数の系統を統合するのが楽だから、需要元が自前の太陽光発電を用意するってのはそれはそれで有りそうな話だし。

    • by Anonymous Coward
      臨界電流密度の方で電流の最大値が決まるので電圧我高い方が有利なんです。
  • by Anonymous Coward on 2015年09月27日 22時16分 (#2889805)

    冷却部が先に異常が起きた場合、復旧がやっかいそうですね。

    http://www.tel.co.jp/museum/magazine/environment/120401_topics_04/03.html [tel.co.jp]

    この記事と同じ系統の材質とすると
    臨界温度より上がった瞬間、ケーブルが駄目になりそうです。

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アレゲは一日にしてならず -- アレゲ研究家

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