(57)【要約】【課題】発電機から送電網を介して送電を行う送電システムにおいて、より損失が少ない送電システムとその運転方法を提供する。【解決手段】発電機300の出力を変圧器400を介して送電網（架空送電線）800へ送電する送電システムである。このシステムにおいて、発電機300と変圧器400との間の送電路として超電導ケーブル100を用いる。この超電導ケーブル100は、コアが複数ある一条の多心コアケーブル、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルである。【選択図】図３
2008113535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の出力を変圧器を介して送電網へ送電する送電システムであって、
発電機と変圧器との間の送電路として超電導ケーブルを用い、
その超電導ケーブルが、コアが複数ある一条の多心コアケーブル、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルであることを特徴とする送電システム。
【請求項２】
前記発電機が水力発電所の発電機であることを特徴とする請求項1に記載の送電システム。
【請求項３】
発電機と送電網との間に開閉所が設けられ、
前記変圧器が開閉所に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の送電システム。
【請求項４】
前記超電導ケーブルが、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルであり、
この超電導ケーブルの冷媒を冷却する冷却機構と、冷媒を超電導ケーブルに循環させる循環機構の各々が、各条のケーブル毎に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の送電システム。
【請求項５】
発電機の出力を変圧器を介して送電網へ送電する送電システムの運転方法であって、
発電機と変圧器との間の送電路として超電導ケーブルを用い、
その超電導ケーブルが、コアが複数ある一条の多心コアケーブル、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルであり、
超電導ケーブルの冷却温度を変えることで送電容量を可変とすることを特徴とする送電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電システムとその運転方法に関するものである。特に、発電機から変圧器までの送電路に超電導ケーブルを用いた送電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電所から送電網までの送電システムの一例として、水力発電所の発電機から送電を行うシステムがある。このシステムの概略構成を図５に示す。水力発電所は山間部に設置されることが多く、山中Gを掘削して形成した所定の空間に発電機300を設置している。この発電機300は、水流Wによりタービンを回転することで発電する。この発電機300の出力は、常電導ケーブル150を介して変圧器400に送電される。発電機300の出力電圧は、20kV程度であるため、この電圧を変圧器400で所定の電圧（例えば275〜500kV）に昇圧する。昇圧された電気は、地中の端末500を介して電力ケーブル610を通り、地上の開閉所700にて端末710に引き出される。そして、端末710から架空送電線800などの送電網へと送電される。
【０００３】
一方、超電導ケーブルの開発が進められている。この超電導ケーブルは、送電時の損失が極めて小さい送電システムとして利用されることが期待されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開2005-93383号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の常電導ケーブルを用いた送電システムでは次のような問題があった。
【０００６】
（１）送電に伴う損失が非常に大きい。
発電機の発電電圧は20kV程度であり、その電圧で送電される際の電流は、例えば10kA程度と非常に大きくなる。そのため、発電機から変圧器までの間の送電路には大容量の常電導ケーブルが必要となる。具体的には、大断面の導体で構成されるケーブルやブスバーを１相当たり１条或いは多条で送電路としている。このケーブルは、極めて発熱量が大きいため、冷却が必要である。例えば、ケーブルの中心部にパイプを配置し、このパイプに冷却システム160（図５）で冷却水を循環して導体を強制冷却する。つまり、図５のシステムでは、発電された電力の一部が常電導ケーブルの発熱により熱エネルギーに変換されて損失が生じるだけでなく、その発生熱を冷却するためにさらにエネルギーを必要とするというエネルギー効率の低い送電システムとなっている。
【０００７】
（２）送電路の布設ルートや変圧器の設置箇所の選択自由度が小さい。
前述したように、発電機から変圧器までの間の常電導ケーブルは、非常に発熱量が大きい。そのため、各相のケーブル同士を近接して配置することは、各ケーブルの温度上昇をさらに高めるため望ましくない。その結果、各相のケーブルは互いにある程度離隔した位置に布設されている場合が多く、ケーブルの布設ルートの選択自由度が小さい。また、このケーブルは、その発熱量の大きさから、長くなればなるほど損失が大きくなり、かつ送電ルートの確保も難しくなるため、極力短くすることが求められる。そのため、発電機から大きく離れた位置に変圧器を設置することが事実上困難である。特に、揚水発電所では山中を掘削して地中の所定の空間に発電機を設置することが多く、変圧器を発電機の近傍に設置しようとすれば、やはり地中の掘削空間に設けるしかない。その結果、変圧器の設置箇所の選択自由度も小さい。さらに、地中に空間を形成して、その空間に変圧器を設置するには、一連の工事が煩雑な上、施工コストもかさむことになる。
【０００８】
一方、超電導ケーブルが極めて損失の小さい送電路として利用されることが期待されているものの、具体的に送電システムのどの箇所に超電導ケーブルを用いれば、送電システムの効率化が実現できるかは明確にされていない。特に、既存の常電導の送電路を超電導ケーブルに置き換えることを考えた場合、一度に送電路の全長に亘って置き換えを行うことは非現実的であるから、部分的な置き換えを考えることになる。その場合、送電路のどの箇所における常電導ケーブルを超電導ケーブルに置き換えればよいかについて、明確な提案がなされていない。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、発電機から送電網を介して送電を行う送電システムにおいて、より損失が少ない送電システムとその運転方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、発電機から変圧器を介して送電を行う送電システムにおいて、変圧器の設置箇所の自由度を高めることができる送電システムとその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明送電システムは、発電機の出力を変圧器を介して送電網へ送電する送電システムである。このシステムにおいて、発電機と変圧器との間の送電路として超電導ケーブルを用いる。そして、その超電導ケーブルは、コアが複数ある一条の多心コアケーブル、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルであることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、常電導ケーブルを用いた従来システムで、特に発熱の大きかった発電機と変圧器との送電路に、超電導ケーブルを用いることで、この送電路における損失を大幅に低減することができる。それに伴い、送電システム全体としての損失低減を効果的に実現することができる。
【００１３】
また、超電導ケーブルは、それ自体発熱による損失が実質的にないため、長尺の送電路として利用することができる。そのため、発電機から離れた箇所に変圧器を設置することができ、変圧器の設置箇所の選択自由度を高めることができる。
【００１４】
さらに、超電導ケーブルをコアが複数ある一条の多心コアケーブルとすれば、例えば１相当たり１コアを割り当てることで、１条のケーブルで多相の送電を行うことができる。一方、超電導ケーブルを、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルとすれば、例えば１相当たり１条のケーブルを割り当てても、そもそも超電導ケーブル自体が発熱しないため、各条のケーブルを互いに近接して布設することができる。そのため、いずれの構成の超電導ケーブルを用いた場合であっても、複数相で送電を行う場合に、各相の送電路を一定距離以上離して布設する必要がなく、ケーブル布設ルートの選択自由度を高めることができる。
【００１５】
本発明システムの一形態としては、発電機が水力発電所の発電機であることが好適である。
【００１６】
水力発電所の発電機は、立地上の制約が大きく、山間部の、それも地中に設置されることが多い。その発電機につながる送電路を超電導ケーブルとすれば、変圧器を発電機から離れた箇所に設置することができ、本発明システムの具体的な適用対象として好ましい。特に、本発明システムで用いる発電機は、立地上の制約が大きい揚水発電所の発電機である場合に好適である。
【００１７】
本発明システムの一形態としては、発電機と送電網の間に開閉所が設けられ、前記変圧器が開閉所に設置されていることが望ましい。
【００１８】
通常、送電システムでは、発電機から送電網までの間に開閉所が設けられている。この開閉所は、地上の屋外あるいは屋内に設置されること多い。ここで、発電機につながる送電路を超電導ケーブルとすれば、その送電路を長尺にすることができる。そのため、変圧器を発電機から離れた位置、つまり開閉所に設置することができる。その結果、地中に変圧器の設置空間を建設する必要がなく、従来システムでは必要であった地中の端末の設置空間も設ける必要がない。
【００１９】
その他、本発明システムの一形態としては、超電導ケーブルを、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルとし、この超電導ケーブルの冷媒を冷却する冷却機構と、冷媒を超電導ケーブルに循環させる循環機構の各々が、各条のケーブル毎に設けられていることが望ましい。
【００２０】
各条のケーブル毎に冷却機構と循環機構が設けられていれば、全ての冷却機構と循環機構を運転して送電を行ったり、一部の冷却機構と循環機構を運転して送電を行ったりすることができ、送電パターンの選択肢を広げることができる。例えば、３条のケーブルのうち、１条のケーブルで障害が発生した場合、各条に対応している合計３セットの冷却機構と循環機構を用いて残る２条のケーブルに冷媒を循環させることができる。その場合、本来は３条のケーブルを冷却するための３セットの冷却機構と循環機構を２条のケーブルの冷却に利用するのであるから、十分な冷媒冷却能を発揮することができる。それに伴い、超電導ケーブルの冷却温度を変え、送電容量を可変とすることができる。
【００２１】
一方、本発明送電システムの運転方法は、発電機の出力を変圧器を介して送電網へ送電する運転方法である。この運転方法において、発電機と変圧器との間の送電路として超電導ケーブルを用いる。その超電導ケーブルは、コアが複数ある一条の多心コアケーブル、コアが複数ある複数条の多心コアケーブルまたは複数条の単心コアケーブルとする。そして、超電導ケーブルの冷却温度を変えることで送電容量を可変とすることを特徴とする。
【００２２】
超電導ケーブルに用いられる超電導導体は、冷却温度を低くするほど臨界電流値を高めることができる。そのため、冷媒が液体状態を保持する温度域において、冷媒温度を変えることで、超電導ケーブルの冷却温度を変えることができ、それに伴って送電容量を増減することができる。特に、冷媒温度を下げることで、送電路の増設を行うことなく、より高い容量での送電が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明送電システムによれば、従来の常電導ケーブルによる送電では損失の大きかった発電機から変圧器までの送電路における損失を大幅に低減すると共に、変圧器の設置箇所の自由度を高めることができる。
【００２４】
本発明送電システムの運転方法によれば、新たな送電路を増設することなく、発電機から変圧器までの送電路における送電容量の調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の構成要素をより詳しく説明する。
【００２６】
＜発電機＞
発電機は、代表的には発電所に設置される発電機とする。発電所の発電方式には、水力（揚水発電も含む）、火力、原子力などがあるが、発電機の出力を変圧器で昇圧して送電網に送電している点で、発電機から送電網までの送電システムは基本的に共通している。そのため、揚水発電所の発電機のみならず、他方式の発電所の発電機からの送電システムとしても本発明を適用することができる。
【００２７】
＜変圧器＞
この変圧器は、発電機の出力を送電網での送電に適した所定の電圧に昇圧する。例えば、昇圧後の電圧としては、275kVや500kVが挙げられる。
【００２８】
変圧器の設置箇所は、特に限定されない。発電機の近接した位置で設置できるのであれば、短い超電導ケーブルを用いて、そのような位置に設置すればよい。逆に、発電機から離れた位置に設置した方が設置箇所の構築コストなどの点で好ましいのであれば、長い超電導ケーブルを用いて、発電機から離れた位置に設置すればよい。特に、地中ではなく、地上に変圧器を設置する方が、変圧器の設置工事やメンテナンスなどの点で好ましい。
【００２９】
＜超電導ケーブル＞
超電導ケーブルは、発電機と変圧器との間をつなぐ送電路を構成する。代表的には、コアを断熱管内に収納した構造のケーブルが利用される。この明細書において、コアの本数を数える場合には「心」を単位とし、超電導ケーブルの本数を数える場合には「条」を単位とする。
【００３０】
コアは、通常、中心から順に、フォーマ、超電導導体層、絶縁層、超電導シールド層（外部導体層）、保護層を備える。フォーマには、常電導材料からなる撚り線、パイプ材などが利用される。超電導導体層には、超電導線材を多層に巻回したものが利用できる。超電導線材は、超電導体からなるフィラメントが安定化材中に配されたものや、基材テープ上に超電導体の薄膜を形成したものが利用できる。特に、超電導体としては、液体窒素温度で超電導状態となる酸化物超電導体が好適に利用できる。絶縁層は、クラフト紙を巻回することで構成できる他、プラスチックフィルムと絶縁紙とをラミネートした複合紙を巻回することで構成できる。特に、ポリプロピレンフィルムとクラフト紙とをラミネートしたPPLP（登録商標）が絶縁層に好適に利用できる。保護層には、布テープなどが利用できる。
【００３１】
一方、断熱管は、内管と外管とを有する二重管で、両管の間を真空とした真空断熱管が好適に利用できる。通常、両間の間にはスーパーインシュレーションなどの断熱材が配される。そして、外管の上にはプラスチック製の防食層が形成されることが多い。
【００３２】
このような超電導ケーブルは、冷媒により冷却されて導体層やシールド層の超電導状態が維持される。冷媒には、液体ヘリウムや液体窒素が利用できるが、より沸点の高い液体窒素が好適に利用できる。この液体窒素は、万一冷媒の漏洩などでガス化することがあっても可燃性ではなく、発電所での利用に向いている。
【００３３】
冷媒の流路は、断熱管とコアとの間に形成される空間、コアと共に断熱管内に収納される冷媒用管路、断熱管の外側に配される冷媒用管路などが利用できる。また、パイプ状のフォーマを用いた場合は、そのフォーマの内部も冷媒流路とできる。
【００３４】
このようなコアと断熱管とを有する超電導ケーブルを本発明システムに用いる場合、コアの心数とケーブルの条数は次のような組み合わせが好適である。
【００３５】
（１）断熱管内に複数のコアが収納された多心コアケーブル
このケーブルは、複数心のコアが共通する断熱管に収納されているため、断熱構造を各コア同士で共用できる。代表的には、３本のコアを撚り合せた状態で断熱管内に収納したケーブルが挙げられる。コアが撚り合わせ構造となっていることで、予め撚りに所定のたるみを設けておけば、超電導ケーブルの冷却時におけるコアの収縮を吸収して、各コアに過大な張力が作用することを回避できる。このような多心コアケーブルであれば、一つのコアに各相の出力を割り当てることで、１条のケーブルで三相送電を行うことができる。また、この多心コアケーブルを3条用い、各条に１相を割り当てて三相送電することももちろん可能である。その場合、各条のケーブルは、超電導ケーブルであるため、本来送電による発熱を伴わない上、各ケーブルのコア同士が断熱管で隔てられているため、複数条のケーブルを近接して布設しても各条のケーブルは互いに熱的影響を及ぼし合うことがなく、近接して布設することができる。
【００３６】
（２）断熱管内に単一のコアが収納された単心コアケーブル
このケーブルは、断熱管内に１本のコアしか持たないため、多相にて送電を行うには、複数条用いる必要がある。ただし、単心コアケーブルは、複数条のケーブルを近接して布設しても各条のケーブルは互いに熱的影響を及ぼし合うことがなく、何ら問題ない。
【００３７】
＜送電網＞
送電網は、変圧器で昇圧後の出力を送電するための送電路である。一般に鉄塔に架設される架空送電線や、地中の洞道内に布設される電力ケーブルが送電網に利用される。送電網で送電される出力は、さらに変電所、配電網を経て需要家に供給される。
【００３８】
＜冷却機構と循環機構＞
冷却機構は、超電導ケーブルの導体（シールド層）を冷却するための冷媒を冷却する。通常、冷却機構には、冷凍機が用いられる。
【００３９】
循環機構は、冷却された冷媒を超電導ケーブルの冷媒流路に循環させる。通常、循環機構にはポンプが用いられる。
【００４０】
超電導ケーブルが多条である場合、冷却機構と循環機構は、それぞれ超電導ケーブルの条数に対応した数だけ設けることが好ましい。そして、各条の冷媒流路がバルブなどの切替機構を介して互いに連通可能に構成されていることが望ましい。
【００４１】
事故時の対応を考えて発電機と変圧器の送電路が複数回線で構成されている場合、事故ケーブルへの冷媒の供給を遮断し、残された健全ケーブルにのみ冷媒が供給されるように冷媒流路の切り替えを行う。その際、全ての冷却機構と循環機構を用いれば、高い冷却能を利用して健全ケーブルに供給する冷媒の冷却を行うことができる。
【００４２】
特に、冷媒（液体窒素の場合、大気圧において、沸点：約77ｋ、融点：約63k）が液体を維持する温度域において、冷媒温度を変えれば、超電導体は臨界電流が変化する。つまり、冷媒温度を下げれば臨界電流が高くなり、冷媒温度を上げれば臨界電流が低くなる。そのため、一部のケーブルに障害が発生しても、冷媒温度を調整することにより、残った健全ケーブルだけでも全てのケーブルが健全な場合と同等の容量で送電を行うことも期待できる。ただし、冷却手段の設定温度を変えても、実際に冷媒がその設定温度となるまでにはある程度の時間が必要なため、冷媒の定常運転温度は、その沸点より低く、また融点よりも高くなるように余裕をみて設定することが好ましい。
【００４３】
このように、超電導ケーブルの運転には、冷凍機やポンプを駆動するエネルギーが必要になるが、この冷却は超電導体を超電導状態に維持するために行うものである。常電導ケーブルを用い、冷却水を循環させて導体を冷却する従来の送電システムでは、負荷に伴って導体の温度が大きく変化するため、冷却温度の制御も複雑で難しい。それに対して、超電導ケーブルを用いた送電システムでは、運転時の冷媒の温度変化は負荷の影響が小さく、その温度変化は非常に小さいため、冷媒の冷却制御が容易に行える。また、超電導ケーブルを用いた送電システムでは、ケーブルの発熱による損失が極めて小さいため、冷媒を冷却するエネルギーを考慮しても、常電導ケーブルを用いた従来の送電システムに比べれば、大幅にエネルギー効率の高い送電システムを構築できる。
【００４４】
＜その他の構成＞
その他の本発明システムに利用できる構成要素としては、遮断器が挙げられる。この遮断器は、事故時などに送電を遮断するもので、例えば、発電機と超電導ケーブルの間や、超電導ケーブルの一方の端末（変圧器と反対側の端末）と送電網との間などに設置される。
【実施例１】
【００４５】
以下、図1に基づいて本発明送電システムを説明する。
【００４６】
ここでは、揚水発電所における発電機300から送電網（架空送電線）800への送電システムを説明する。揚水発電所では、図示しない別の発電所における夜間電力を利用して、下池の貯留水を上池に汲み上げておき、汲み上げた水を利用して、電力需要の多い昼間に発電を行う。本発明システムは、発電機300、超電導ケーブル100、変圧器400、送電網800を主な構成要件として備える。
【００４７】
この発電所は山間部に建設されており、発電機300は山中Gを掘削して設けた地中の所定の空間に設置されている。発電機300は、上池の水を下池に放流する際に生じる水流Wでタービンを回転させ、発電を行う。この発電機300の出力電圧は、20kV程度である。この発電機300は、タービンを発電時と逆回転させることで、揚水にも利用する。
【００４８】
発電機300の出力は、超電導ケーブル100を介して変圧器400に送られる。ここでの超電導ケーブル100には、３心一括型ケーブルを用いた。このケーブルは、図２に示すように、断熱管20内に３心のコア10が撚り合せた状態で収納された構造である。
【００４９】
各コア10は、中心から順にフォーマ11、超電導導体層12、絶縁層13、超電導シールド層14、保護層15とを備える。フォーマ11には銅撚り線が用いられる。超電導導体層12および超電導シールド層14は、Bi2223酸化物超電導相を持つ超電導線材を多層に巻回して構成される。絶縁層13はPPLPを巻回して構成される。保護層15には布テープが用いられる。
【００５０】
このようなコア10は、冷却時の収縮分を吸収できるように、予め撚りに所定のたるみを持たせて撚り合わされている。
【００５１】
一方、断熱管20はステンレスコルゲート管からなる内外管21,22の二重管と、両間21,22の間に形成される真空断熱層とを備える。真空断熱層内には、スーパーインシュレーション（図示略）が配置されている。さらに、外管22の上にはポリ塩化ビニル製の防食層23が形成されている。
【００５２】
この超電導ケーブル100は、図示しない冷凍機とポンプを利用して、断熱管内に冷媒となる液体窒素が循環される。具体的には、断熱内管とコアとの間に形成される空間が冷媒流路として利用される。
【００５３】
超電導ケーブル100で送電された電力は、変圧器400に導入され、所定の電圧に昇圧される。ここでは、275kVに昇圧して送電する（図１）。昇圧された電力は、変圧器400に接続して設置される端末500を介して地中送電線600に供給される。
【００５４】
この地中送電線600には、OFケーブルやCVケーブル、或いはブスバーなどが好適に利用される。地中送電線600の端末500とは反対側の端部は開閉所700にて地上に露出され、そこに端末710が形成される。
【００５５】
開閉所700では、送電網への送電・遮断の切替を行う。端末710からは送電網を構成する架空送電線800により電力供給が行われる。
【００５６】
このようなシステムにおいて、発電機300から変圧器400までの間の送電路に超電導ケーブル100を用いることで、比較的低い電圧であっても、この送電路における発熱による損失を実質的に無視できるレベルに低減できるため、効率的な送電システムを構築できる。
【００５７】
例えば、10kA級の送電容量の常電導ケーブルと超電導ケーブルにおける導体での発生損失を比較すると、超電導ケーブルの方が３桁小さい値となる。超電導ケーブルでは、冷媒を液体窒素温度にまで冷却するため、その冷却システムの運転に要するエネルギーを送電に伴う損失分と考えても、超電導ケーブルの方が送電に伴う消費エネルギーは２桁小さい。
【００５８】
また、図５に示す従来システムでは、三相送電を行う場合、１相当たり１条或いは多条の常電導ケーブル150が必要であるが、本発明システムでは、これらを１本の３心超電導ケーブルに集約したり、条数を減じることができる。
【００５９】
なお、本例では、図５に示す従来のシステムの常電導ケーブル150を超電導ケーブルに置換した場合を想定している。この場合、既存設備の部分的更新であるため、変圧器は地中に設置された状態であるが、発電機と変圧器との間の送電路における損失は劇的に改善されることになる。
【００６０】
その他、本実施例の変形例としては、１条の３心一括超電導ケーブル100を単心の超電導ケーブル３条に置換したり、３条の３心一括超電導ケーブルに置換し、各条毎に各相を対応させて送電を行ってもよい。
【実施例２】
【００６１】
次に、変圧器も地上に設置した本発明実施例を図３に基づいて説明する。図３において、図１と同一符号は同一部材を示す。
【００６２】
本例の場合、主として揚水発電所を新設する場合を想定している。このシステムでは、発電機300が地中の所定位置に設けられている点は実施例１と同様であるが、変圧器400の一部または全部を地上の開閉所700にて露出させて、その開閉所700に端末710を形成して架空送電線800に送電を行っている。
【００６３】
また、発電機300と変圧器400との間を実施例１よりは長尺の超電導ケーブル100で接続している。この超電導ケーブル100の構成自体は、実施例１と同様である。
【００６４】
超電導ケーブル100は長くなっても実質的に抵抗をほとんど無視できるため、損失の増加は小さい。そのため、発電機300からの低い電圧の出力であっても、極めて低損失で長距離の送電を行うことができる。
【００６５】
さらに、変圧器400を地中に設置する必要がないため、変圧器400を設置するための工事、或いは地中端末500を構築するための工事を実質的に省略することができ、極めて経済的な送電システムを構築することができる。
【実施例３】
【００６６】
次に、３条の超電導ケーブルを用いた実施例を図４に基づいて説明する。各条のケーブルは、図２に示した３心一括ケーブルであるため、その構成の説明は省略する。図４では、発電機と変圧器は省略し、超電導ケーブルとその循環冷却システムを示している。つまり、本例の送電システムは、図１または図２における超電導ケーブル100を３条の超電導ケーブルに置換し、それらの超電導ケーブルを図４の循環冷却システムで運転している。
【００６７】
この循環冷却システムは、冷媒を冷却する冷凍機211〜213、冷媒を循環させるポンプ221〜223、超電導ケーブル110〜130と冷凍機やポンプとをつなぐ冷媒配管および冷媒配管に設けられた複数のバルブ231〜233、241〜243、251〜253、261〜263から構成される。
【００６８】
この循環冷却システムでは、冷凍機211〜213で冷却した冷媒をポンプ221〜223で送って超電導ケーブル110〜130に循環させ、超電導線材の冷却を行う。ここでは、回線数に対応した数の冷凍機211〜213およびポンプ221〜223を用いている。つまり、３台の冷凍機211〜213と３台のポンプ221〜223を用い、各々冷凍機とポンプを直列に配管で接続する。冷凍機から冷媒排出側に引き出される配管は、バルブ231〜233を介して各超電導ケーブル110〜130の一端側へと接続される。その際、冷凍機211とバルブ231との間、冷凍機212とバルブ232との間および冷凍機213とバルブ233との間の配管を相互に連結して各回線間の冷媒流路を連結し、その連結配管にバルブ251、252、253を設けている。一方、各超電導ケーブル110〜130の他端には冷媒排出用の配管が接続され、バルブ241〜243を介してから一旦１本に収束され、ケーブル一端側のポンプ側へと導かれる。ポンプ側へと導かれた１本の配管は３つに分岐され、バルブ261〜263を介して各ポンプ221〜223へと接続される。このように、冷凍機211〜213における冷媒排出側と、ポンプ221〜223への冷媒導入側とで冷媒流路を連結することで、いずれの冷凍機211〜213で冷却した冷媒も任意の回線の超電導ケーブル110〜130に送ることができる。
【００６９】
そして、本例では、冷媒として液体空気（大気圧において、沸点：約79K、融点：55K）を用い、各冷凍機211〜213は液体空気の融点まで冷却可能な能力を有するものとしている。
【００７０】
ここでは、送電網に接続された負荷側の電力需要の変化に対応した運転方法を説明する。
【００７１】
図４の線路において、定常運転時は例えば冷媒温度を77K弱として全ての回線を運転しておく。この定常運転時、各回線の冷媒流路の連結配管に設けたバルブ251、252、253を閉じ、他のバルブ231〜233、241〜243、261〜263を全て開いて、冷凍機211〜213の各々で各回線の超電導ケーブル110〜130の冷媒を冷却する。負荷側で電力需要が増大する場合、冷凍機211〜213の設定温度を調整して冷媒温度を下げる。例えば、68K程度に冷却すれば、臨界電流は約1.5倍になる。通常、発電機から変圧器までの送電は一定電圧で行なっているため、電流容量を1.5倍に上げれば送電容量を1.5倍とすることができる。さらに、60K以下にまで冷却すれば、臨界電流は約２倍となるため、さらに大容量の送電を行なうことができる。
【００７２】
つまり、この運転方法によれば、冷媒温度を下げることにより、定常運転時に比べて２倍程度の送電容量を容易に実現することができる。特に、ケーブルを増設することなく既存の超電導ケーブルをそのまま利用して送電できる電力容量を増大することができ、非常に有効である。
【００７３】
また、電力需要が減少する場合には、冷媒温度を上げて超電導ケーブルの送電容量を下げることも可能である。その場合、上げられた冷媒温度において超電導状態を維持できる超電導線材を用いる必要があるが、超電導ケーブルの冷却コストを低減することができ、超電導ケーブルの運転に要する費用を削減することができる。
【実施例４】
【００７４】
次に、一部の回線が事故で不通になった場合に、残る健全回線で送電を行う場合について説明する。図４に示す３回線のうち、１回線の超電導ケーブル130が事故で不通になり、残る２回線のみで送電が可能となったとする。その場合、不通となった回線の超電導ケーブル130は利用不能だが、循環冷却システムは全て健全で利用可能であるとする。
【００７５】
まず、事故前の定常運転時における各バルブの開閉状態は実施例3におけるバルブの開閉状態と同じである。
【００７６】
超電導ケーブル130が不通になれば、３台の冷凍機211〜213と３台のポンプ221〜223を用いて２回線の健全回線（超電導ケーブル110,120）に冷媒を供給し十分な冷却能力で冷媒をより低温に冷却する。その場合、事故回線の冷媒供給側バルブ233および同冷媒排出側バルブ243を閉じて事故回線を循環冷却システムから分離し、連結配管のバルブ251〜253を開け、全ポンプ221〜223を駆動して冷媒の循環を行なう。これにより、２回線の健全回線に導入された冷媒は３台の冷凍機211〜213と３台のポンプ221〜223を用いて冷却・循環されることになる。
【００７７】
この方法によれば、３回線への冷媒供給が可能な循環冷却システムを用いて２回線に冷媒供給を行なうため、効率的に冷媒を冷却することができる。その結果、冷媒温度を事故前の温度よりも容易に低温にすることができ、健全回線の送電容量の増大を実現することができる。例えば、事故前に各回線の冷媒温度を77K弱で運転しておき、事故後に健全回線の冷媒温度を約68Kとすれば、１回線あたり事故前の約1.5倍の送電容量を確保できるため、２回線の健全回線で事故前の３回線に相当する容量を送電できる。それにより、信頼性の高い送電システムを構築できる。
【００７８】
もちろん、各冷凍機として、１回線の冷媒を増容量運転温度（約68K）に冷却できる能力のものを用い、２台の冷凍機と２台のポンプで２回線の健全回線に冷媒を循環供給しても良い。その場合、事故回線の両端のバルブ233、243を閉じて事故回線を循環冷却システムから分離し、さらにポンプ223の冷媒導入側に位置するバルブ263も閉じて冷凍機213、ポンプ223を循環冷却システムから分離する。その状態で冷凍機211,212およびポンプ221,222を用いて超電導ケーブル110,120の冷媒を冷却・循環する。このとき、バルブ251を開放して、２回線の健全回線の冷媒配管を連通しても良い。
【００７９】
なお、以上に説明した各実施例は例示に過ぎず、本発明の範囲がこれら実施例に限定されるわけではない。例えば、上記実施例3の冷媒を液体窒素に置換してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明システムは、発電所における発電機から変圧器までの送電システムとして好適に利用することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１に係る本発明送電システムの模式構成図である。
【図２】本発明システムに用いる超電導ケーブルの断面図である。
【図３】実施例２に係る本発明送電システムの模式構成図である。
【図４】実施例３に係る本発明送電システムに用いる超電導ケーブル線路の模式構成図である。
【図５】従来の送電システムの模式構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
100,110,120,130  超電導ケーブル
10  コア  11  フォーマ  12  超電導導体層  13  絶縁層
14  超電導シールド層  15  保護層
20  断熱管  21  内管  22  外管  23  防食層
150  常電導ケーブル  160  冷却システム
211〜213  冷凍機  221〜223  ポンプ
231〜233、241〜243、251,252,253、261〜263  バルブ
300  発電機  400  変圧器  500  端末  600  地中送電線
610  電力ケーブル  700  開閉所  710  端末  800  送電網（架空送電線）
w  水流  G  山中
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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