WWNトップ » インサイド・アウト

インサイド・アウト

[特別寄稿]世界のエネルギーインフラを変革する、超伝導直流送電

2011.04.22

現代文明は電気という便利なエネルギーに依存している。だが、電気は長距離の送電損失が大きく溜められないという欠点がある。中部大学 超伝導・持続可能エネルギー研究センターの山口作太郎教授らが進めている「超伝導直流送電」が、こうした事情を変えるかもしれない。超伝導直流送電技術で地球規模の電力網を構築すれば、エネルギーを安定供給できる可能性があるというのだ。現在、中部大学では200m級の超伝導直流送電プロトタイプを建設し、実用化に向けた研究を行っている。

どうしてこれまでの送電は、交流だったのか?

▼中部大学の200m級超伝導直流送電プロトタイプ。手前にある2つのタンク上の容器は、電源などをつなぐための端末容器。画面奥にあるタンクは液体窒素の冷却循環装置だ。
201104211700-1.jpg

火力発電所や原子力発電所、水力発電所で作られる電気は交流で、日本国内では基本的に交流で送電されています(*)。さまざまな研究機関や企業で研究されている超伝導送電についても交流です。超伝導技術の前に、まず直流で送電するメリットを教えていただけますか?

通常の送電に関して説明すると、長距離の場合、直流の方が送電損失は少なくなります。

電気を使う側を見ても、実はほとんどが直流を使っています。家庭用なら7〜8割、工場やオフィスなら9割以上が直流です。

掃除機やエアコンなど、ほとんどのモーター類は交流ですよね。

そうなのですが最近のモーターは回転数を調整できるようになっているでしょう。あれは交流をいったん直流に変換し、VVVFインバータ制御という技術で任意の周波数/電圧にして、再度交流に変換しているのです。モーターの回転数を調整しようとすれば、必ず直流に変換することになります。また、データセンターでは直流給電を利用することで途中の交流-直流変換によるロスを減らせるため、電気代を20%程度節約できます。

もう1つ大きなポイントは自然再生可能エネルギーです。太陽光発電で生じる電気は直流ですし、風力発電も大型に関しては直流になります。風力発電では風によって風車の回る速度が変化するため、交流では扱いづらいのです。

19世紀後半、直流送電を提案したトーマス・エジソンと、交流送電のニコラ・テスラが対立しました。最終的に交流送電の方が技術的に優れていたため、広く使われるようになったのではないでしょうか? 交流送電なら電圧変換が簡単なので、発電所から高電圧で送電し、途中の変電所で電圧を下げて家庭に届けることができるというメリットがあるのでは?

はい。30年前までであれば、その通りです。しかし30年くらい前から、パワー半導体技術が急速に進化し、パワートランジスタなど大きな電力を扱うための技術が登場してきました。変圧器による交流の電圧変換効率は99%ですが、直流でも98.5%になっており、ほとんど差がありません。

日本では地域ごとに電力会社が分かれており、発電所からの電力を電圧を変えながら送電するようになっています。直流送電はこれまで行われてきませんでした。

日本でも本州と北海道、本州と四国などの海を渡る長距離送電は、送電ロスを減らすために直流で行われています。また、すでに中国における送電網への投資のうち、2/3は直流です。これに対して日本は99%が交流です。世界的にも同様な傾向であり、長距離送電に関していえば、中国の方がスマートになりつつあり、日本はガラパゴス化しているといっていいでしょう。100年以上前に開発されたテスラの技術と基本的には同じです。

日本では地域ごとに電力会社が分かれていますが、日本くらいの面積であれば送電を行う会社は1つで十分なはずなのです。中国では発電会社と送電会社、給配電会社が分かれていますが、あの広い国土で送電会社は3つだけ。送電は広域で行った方が、電力を融通しやすくなります。特に、出力が不安定な再生可能エネルギーなどでは広域連携を行うことで平滑化ができます。

現在の日本の送電網では、東日本大震災によって東京の電力が不足しても、関西や九州の電力を送ることができないでいます。

最近では、不安定な自然再生可能エネルギーを効果的に利用し、送電網を最適化するためにスマートグリッドが注目されていますね。

スマートグリッドは何も米国発というわけではないんですよ。北海道大学の長谷川淳教授らのFRIENDS(Flexible, Reliable and Intelligent Electrical Energy Delivery System)研究会は、30年前から直流送電も含めたスマートグリッドの提案を行ってきています。

これまではいろいろなしがらみがあったため、送電網の技術的な合理性は低くなっていたのですが、今こそ全面的に見直すべきでしょう。

▼屋外へと伸びている送電ケーブル。ケーブルの収められている外管は亜鉛メッキ鋼管である。
201104211700-2.jpg

*発電用タービンは固定されたコイルの中で磁石を回転させる構造になっており、ここから取り出される電流は周期的に向きが変わる、つまり交流になる。


1  2  3  4  5

山路 達也(やまじ・たつや)
1970年生まれ。雑誌編集者を経て、フリーの編集者・ライターとして独立。ネットカルチャー・IT・環境系解説記事などで活動中。『進化するケータイの科学』、『弾言』(小飼弾氏との共著、アスペクト)、『マグネシウム文明論』(矢部孝教授との共著、PHP新書)など。ブログは、こちら

関連タグ

インフラ

バックナンバー記事一覧