(57)【要約】需要先と異なる遠隔地域にある炭田地域での石炭エネルギーをその炭田地域近傍での火力発電により電気エネルギーに変換する炭田近傍の火力発電手段と、需要先側の交流負荷と、交流送配電網と、前記炭田近傍の火力発電手段よりの電気エネルギーを電力輸送手段を介して前記送配電網に送電する電力輸送手段とからなる石炭エネルギー利用システムであって、前記電力輸送手段は、送電ロスの小さな直流電力において超電導の電力輸送ケーブルを利用して輸送を行う超電導送電系統と、常温における通常の送配電網の組み合わせであって、その接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設け、需要先若しくは発電所側の電力変動を吸収しながら前記送配電網を介して需要先に電気エネルギーの輸送を行うとともに、前記超電導送電手段は、前記電力輸送手段の入口側に設けて交流を直流に変換する第１の交直変換手段と、前記電力輸送手段の需要先送配電網接続端に設けて直流を交流に変換する第２の交直変換手段と、その間に設けた直流超電導送電ケーブルと、前記需要先需要先送配電網と連携して適正電力輸送量を規制する電力負荷調整手段とよりなる。
2004088815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要先と異なる遠隔地域にある炭田地域での石炭エネルギーをその炭田地域近傍での火力発電により電気エネルギーに変換する炭田近傍の火力発電手段と、需要先側の交流負荷と、交流送配電網と、前記炭田近傍の火力発電手段よりの電気エネルギーを電力輸送手段を介して前記送配電網に送電する電力輸送手段とからなる石炭エネルギー利用システムであって、
前記電力輸送手段は、送電ロスの小さな直流電力において超電導の電力輸送ケーブルを利用して輸送を行う超電導送電系統と、常温における通常の送配電網の組み合わせであって、その接続端に設けた交直変換機構により需要先へ給電する送配電網への給電位置で交流に変換して該交流送配電網を介して需要先に電気エネルギーの輸送を行うことを特徴とする石炭エネルギー利用システム。
【請求項２】
需要先と異なる遠隔地域にある炭田地域での石炭エネルギーをその炭田地域近傍での火力発電により電気エネルギーに変換する炭田近傍の火力発電手段と、需要先側の交流負荷と、交流送配電網と、前記炭田近傍の火力発電手段よりの電気エネルギーを電力輸送手段を介して前記送配電網に送電する電力輸送手段とからなる石炭エネルギー利用システムであって、
前記電力輸送手段が常温における通常の送配電網であって、その接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設け、需要先若しくは発電所側の電力変動を吸収しながら前記送配電網を介して需要先に電気エネルギーの輸送を行うことを特徴とする石炭エネルギーの利用システム。
【請求項３】
前記電力輸送手段が、天然ガスパイプラインに沿って配設された電力輸送ケーブルであって前記パイプラインに沿って所定間隔毎に配設された圧送ステーションからの廃熱を使ってランキンサイクルによる発電を行い、その電力を超電導送電手段若しくはその接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を介して前記電力輸送ケーブルに給電を行うことを特徴とする請求の範囲第１項若しくは２項に記載の石炭エネルギー利用システム。
【請求項４】
前記超電導送電手段は、前記電力輸送手段の入口側に設けて交流を直流に変換する第１の交直変換手段と、前記電力輸送手段の需要先送配電網接続端に設けて直流を交流に変換する第２の交直変換手段と、その間に設けた直流超電導送電ケーブルと、前記需要先需要先送配電網と連携して適正電力輸送量を規制する電力負荷調整手段とよりなることを特徴とする請求の範囲第１項若しくは３項に記載の石炭エネルギーの利用システム。
【請求項５】
前記超電導送電手段に沿い冷却手段を設け、前記超電導ケーブルを含む超電導機器の超電導状態維持のために冷熱を供給するようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項若しくは３項に記載の石炭エネルギーの利用システム。
【請求項６】
前記第１、第２の交直変換器と前記電力負荷調整手段の設置箇所若しくは超導電コイルからなる電力貯蔵施設に、冷熱基地を形成し、該冷熱基地には前記直流送電ケーブルと超電導機器とを冷却する冷却材を生成する低温冷凍機と、生成された冷却材を蓄える冷却材貯留槽と、該貯留槽に設けた供給ポンプとを設ける構成としたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の石炭エネルギーの利用システム。
【請求項７】
前記低温冷凍機は、ＣＯ２ガスを冷媒として作動する冷凍機により構成するとともに、前記低温冷凍機は、凝縮器より温熱を供給する温熱供給ステーションを形成する構成としたことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の石炭エネルギーの利用システム。
【請求項８】
前記冷却材は、液体窒素または極低温ブライン若しくは、ヘリウム等の冷媒ガスの噴き出しに吸引された液体窒素の噴き出しにより生成される微粒固体窒素と、液体窒素との混合物よりなるスラッシュ窒素を使用することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の石炭エネルギーの利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、泥炭を含む石炭エネルギーの利用システムに関し、詳しくは、寒冷僻地の遠隔地域で産出される石炭エネルギーの有効利用に係わり、前記石炭を産地で火力発電により電気エネルギーに変換させ、変換された電気エネルギーを送電ロスの少ない超電導電力ケーブルと既存の送電線網の組み合わせにより需要先まで送電する石炭エネルギーの効率的利用システムに関する。
【背景技術】  エネルギー利用のうち化石エネルギーの利用には、火力による石油、天然ガス、石炭の利用があり、石油はマンモスタンカー若しくはパイプラインで、天然ガスは液化天然ガスとしてＬＮＧ船若しくはパイプラインで、石炭は鉱石運搬船でそれぞれ輸送されている。しかし、化石燃料の採掘基地から輸出基地への輸送、運搬船への積み込み積み降ろし、輸入基地、発電所での貯蔵という問題で、上記石炭は石油、天然ガスに比較して物流条件の点で大きな優劣が生じている。
特に石油と天然ガスは陸上ではパイプラインで移送されるが、石炭は車両によって移送されるため、重たく、無駄が多い等の輸送上の問題がある。
しかし、世界のエネルギー供給の約３割を占め、石油に比較し資源量の豊富な石炭の利用について、低コストでの液体燃料や気体燃料に転換するエネルギー転換技術開発が行なわれ、産地での石炭を液体エネルギー転換により得られた液体燃料や気体燃料を日本国内で使用することも検討されている。
そして、石炭エネルギー技術開発については、国際間でも幾多の協力が実施され、二国間協力としては日米間、日豪間で協力が行なわれ、その他中国、インドネシア、ロシア、モンゴル等の産炭国の間でも技術協力が行なわれているが、いずれも実用段階には至らない。
従って化石エネルギーのなかでは、物流の点で石油、天然ガスに大きく劣っているが、埋蔵量では石油、天然ガスの数倍ある石炭の有効利用は２１世紀の課題である。
更に現在泥炭も世界の埋蔵量が５０００億トンから１兆トンと極めて大きく、特に泥炭は低熱エネルギーであり、硫黄分や灰分が少なくバイオマスエネルギーとしても有効である。
ところで、電力の需要、供給については、地域別の大きく異なる経済発展につれ、電力需要の急激な増加とともにピーク負荷も増加し、電力需要に対する充足度も地域的にアンバランスの状態にある。
特に電力需要，供給については、各地域の経済発展とともに、電力需要の絶対値が増加するとともにピーク負荷も増加し、負荷率が年々低下している。これに対処するため、電力会社がこのピーク負荷を補えるだけの電源容量を備えた発電設備を設置する必要にせまられている。電力系統の設備を増加するという要求に対応するためには、増加する負荷に見合った電力を送電するための発電所，送電線，変電所の建設が必要である。しかし、都市近傍では、原子力発電の用地の確保は困難な状況であり、水力資源は需要地から遠方にあるのが一般である。一方、最近では環境問題等の点から発電設備として利用可能な用地を確保することが益々困難になっており、発電設備を新設することが困難であるという問題が顕在化している。
多国間系統連系の構想としては、ＣＩＧＲＥ  Ｋｅｙｏｎｅ  Ａｄｄｒｅｓｓ（Ｐａｒｉｓ、Ａｕｇｕｓｔ  ２８，１９９４）がある。この文献には、アフリカ−ヨーロッパ系統連系として、地中海一周の系統連系，アフリカ大陸の系統連系が示されている。例えば、アフリカ大陸の系統連系では、適用効果として、（１）冬季と夏季とのピーク負荷の連系、（２）東西４時間の時差を考慮した日々の最大需要電力の軽減を記載している。
このように地域的電力需要に対する充足度のアンバランスを解消するため、地域差を考慮したエネルギー・電力の広域融通システムの実現が強く望まれているが広域送電網を設けた電力の輸送や融通では電力損失及び各国の送電線網間の電圧の違い等が大きな問題となる。
【発明の開示】
本発明は、超電導の電力輸送ケーブル若しくは超電導コイルからなる電力貯蔵施設と既存の送電線網を効果的に利用して僻地にある泥炭を含む炭鉱の石炭エネルギーを火力発電を介して電気エネルギーに変換しつつ、該電力エネルギーの効率的遠隔輸送を可能とする石炭エネルギー利用システムの提供を目的とするものである。
そこで、本発明は、需要先と異なる遠隔地域にある泥炭を含む炭田地域での石炭エネルギーをその炭田地域近傍での火力発電により電気エネルギーに変換する炭田近傍の火力発電手段と、需要先側の交流負荷と、交流送配電網と、前記炭田近傍の火力発電手段よりの電気エネルギーを電力輸送手段を介して前記送配電網に送電する電力輸送手段とからなる石炭エネルギー利用システムであって、
前記電力輸送手段は、送電ロスの小さな直流電力において超電導の電力輸送ケーブルを利用して輸送を行う超電導送電系統と、常温における通常の送配電網の組み合わせであって、その接続端に設けた交直変換機構により需要先へ給電する送配電網への給電位置で交流に変換して該交流送配電網を介して需要先に電気エネルギーの輸送を行うことを特徴とする。
又本発明は、前記電力輸送手段が常温における通常の送配電網であって、その接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設け、需要先若しくは発電所側の電力変動を吸収しながら前記送配電網を介して需要先に電気エネルギーの輸送を行うようにしてもよい。
本発明は、物流条件の悪い寒冷僻地にあるシベリア、ＣＩＳ（ロシア周辺国）、東ヨーロッパ等の泥炭を含む炭田地帯の石炭エネルギーの利用システムに係わるもので、従来から一般的に行なわれてきた産地で産出された石炭を最終需要先の火力発電所まで物流ルートで輸送し、需要先で火力発電する方式の代わりに考えられたもので、産地で産出された石炭を炭田近傍の火力発電所で電気エネルギーに変換し、変換した電気エネルギーを、既存の送配電網を利用して送電しつつ、その間に、それ自体が電力貯蔵機能を有する超電導の電力輸送ケーブルを介在させるか若しくは、その接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設けて、需要先送配電網へ輸送するようにしたために、需要先側や発電所側で電力負荷の変動や停止が生じても電力輸送ケーブル側で電力貯蔵機能を有するために、その変動や停止を補償してこれを吸収できる。
即ち第５図（Ｂ）にて具体的に説明するように、既存の送配電網が接続されていない部分に、需要先側の夜間や春秋のような電力余剰時には余剰電流を需要先側に送らずに電力変換機９２を作動させて分流器９１を介して超電導ケーブル８２、８３へ流入させ、余剰電流の取り込み後は電流バイパス回路９２ｓ、９４ｓを閉じて閉回路を形成させ、取り込んだ余剰電流を貯蔵する。
又需要先の昼間や夏冬のように、電力供給量が需要より下回り電力が不足したときは、電力変換機９４の電流バイパス回路９４ｓが開き貯蔵された電流を結合器９３を経由して電力ケーブル８１へ導出して需要先の送配電網に送ればよい。
更に第６図に示すように、発電所側（圧送ステーションの場合は発電機）の給電ラインと既存の送配電網その接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設けた場合も同様である。
なお、前記電力輸送手段は中間に海峡横断域や大河川等が介在する場合は、前記中継部を設けてその間に超電導の電力輸送ケーブルを設けるか、その既存の送配電網との接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設けるのがよい。
前記電力輸送手段が、天然ガスパイプラインに沿って配設された電力輸送ケーブルであって前記パイプラインに沿って所定間隔毎に配設された圧送ステーションからの廃熱を使ってランキンサイクルによる発電を行い、その電力を超電導送電手段若しくはその接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を介して前記電力輸送ケーブルに給電を行うのがよい。
また、前記泥炭を含む炭田産地側火力発電手段は、複数の火力発電所を有する系統若しくは国をまたがって構成してもよいがこの場合に発電所間の負荷変動を吸収する意味でもその接続端に超電導コイルからなる電力貯蔵施設を介して前記発電所間の電力輸送ケーブルに給電を行うのがよい。
更に超導電コイルからなる電力貯蔵施設は変電所で電力を落とした後の受電側に設けるとコスト低減につながる。
そして、前記超電導の電力輸送ケーブルを利用した超電導送電手段若しくは超導電コイルからなる電力貯蔵施設には、超電導機能維持のための冷熱供給手段を前記電力輸送手段に併設させてある。
また、前記超電導の電力輸送ケーブルと需要先送配電網の接続端には直流を交流に変換する直交変換手段と、前記直交変換手段の上流に設けられ前記需要先送配電網からの電力負荷状態をチェックして送配電網に送る適正電力輸送量を規制する電力負荷調整手段とよりなる電力中継部を設け、又前記直交（交直）変換手段と電力負荷調整手段は、前記冷熱供給手段を利用した超電導機器を使用したものが好ましい。
また、前記本発明の前記冷熱供給手段は、前記超電導送電手段に沿い冷却手段を設け、前記超電導ケーブルを含む超電導機器や超導電コイルからなる電力貯蔵施設の超電導状態維持のために冷熱を供給するのが好ましい。
更に前記発明は、前記冷熱供給手段について記載したもので、前記電力輸送手段を形成する超電導送電ケーブルの交直変換手段と電力負荷調整手段を配設した地域に冷熱供給手段を設け、超電導ケーブルと超電導機器の冷却を行うようにしてある。  なお、前記電力輸送手段の中継部がある場合は該中継部に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を設けるのが良い。
さて、前記僻地や寒冷地の炭田地域は、ロシアの極東を含むシベリア地域、ＣＩＳ若しくは東欧地域、更には中国の奥地等が考えられ、又需要先には送配電網が完備している日本、韓国、中国沿岸部、若しくはロシア都市部、欧州先進国等が予定されている。
上記ロシア周辺国（ＣＩＳ）、中国内陸部、極東を含むシベリア地域の炭田は、未開発の僻地に多く散在し、埋蔵量も多く、この地域に形成される火力発電所群よりなる炭田近傍の火力発電系統により得られた電気エネルギーを、ロシア等の都市部、欧州先進国、更には中国沿岸の都市部、韓国の都市部の送配電網の需要先である大都市圏の交流負荷系統、若しくは北海道を経由して日本の送配電網の需要先である大都市圏の交流負荷系統へ送電するのは極めて遠距離の送電になるために既存の送配電網がない区域、若しくは発電所や天然ガスパイプラインの送配電網間に給電するのに電力損失が少なく且つ電力貯蔵機能を有する超電導送電輸送手段を設けるか、若しくは既存の送配電網への接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を介して給電することにより、発電所（天然ガス圧送ステーションの発電機も含む）側、需要先側若しくは国や海峡を跨る既存の送配電網の電力負荷変動にも対応でき、最適である。
そして、本発明の石炭エネルギーを変換した電力給電ライン若しくは既存の送配電網との接続端や中継点に併設した冷熱供給システムは、  前記直交（交直）変換器と前記電力需要負荷調整機構の設置箇所と複数の中継部とに冷熱基地を設け、該冷熱基地には前記超電導直流送電ケーブルと超電導機器とを冷却する冷却材を生成する低温冷凍機と、生成された冷却材を蓄える冷却材貯留槽と、該貯留槽に設けた供給ポンプとを設ける構成を取る。
そして前記冷熱供給システムは、超電導機器よりなる火力発電所より需要先へ至る超電導送電輸送手段と既存の送配電網との組み合わせの電力輸送系統夫々の入口と出口側接続端に設けた交直変換器と需要先送配電網接続端の交直変換器の上流に設けた電力負荷調整手段と超電導ケーブルとを冷却材により冷却して、超電導機能の維持を図ったものである。
その構成は前記冷却材を生成する冷凍機と、生成した冷却材を貯留する貯留槽と、冷却材を超電導ケーブルや交直変換器や電力負荷調整手段へ送るポンプを備え、前記電力輸送系統に沿い設けてある。
また、上記本発明の冷熱供給システムにおける前記低温冷凍機は、火力発電所の排気ガスとして取り出されるＣＯ２ガスを冷媒として作動する冷凍機による冷凍サイクルと前記液体窒素または極低温ブラインの冷凍サイクルをカスケード構成で連結して構成して、極低温に冷却した冷却材を超電導ケーブルや交直変換器や電力負荷調整手段へ送るようにしてもよい。
これによりＣＯ２も窒素も自然冷媒であるために、大気汚染につながらず、しかも超電導維持が可能な程度の冷却ができる。
冷熱供給システムをシベリアよりサハリン、北海道の寒冷地帯を経由する電力輸送系統に沿い設けられるため、ＣＯ２冷媒の冷凍サイクルを用いても凝縮熱が余り高くならず、最適であり、また、前記火力発電所からの燃焼排気ガスから回収したものを使用し、環境保全に役立つ構成が好ましい。
また、上記発明は、ＣＯ２を冷媒として使用する場合は、凝縮顕熱による高温給湯水による温熱源を形成できる。
また、最近酸化物系高温超電導材の開発に関連して液体窒素領域での超電導状態の保持が可能になり、高温超電導体の場合は液体窒素領域のブラインの使用も可能である。
また、前記冷却材は、微粒固体窒素と、液体窒素との混合物よりなるスラッシュ窒素を使用することにより一層の冷熱エネルギーの効率化が達成される。
特に液体窒素と微粒固体窒素との混合物であるスラッシュ窒素を使用する結果、液体窒素を単体で使用する場合に比較して熱負荷吸収能力が優れ、高温超電導の送電ケーブルや超電導機器の冷却には効果的に使用できる。
なお、上記スラッシュ窒素の生成は、液体窒素をヘリウム等の低温冷媒ガスとともに吸引噴出させ、該噴出により形成された微粒固体窒素と液体窒素を混合生成さえることができる。
更に前記電力輸送系統は天然ガスパイプラインと併走させて、該天然ガス供給ラインの圧送ステーションで天然ガスを燃焼ガスとして駆動されるガスタービンの廃熱を利用して発電機を連結した蒸気タービンを駆動して電力を得、その電力を前記電力輸送系統に給電してもよいことは前記した通りであるが、特に天然ガスもシベリア等の内陸僻地に多く産出し、このため天然ガスパイプラインは夫々の需要先の港地まで延びている。そこで前記パイプラインの圧送ステーション毎に発電を行って、天然ガスパイプラインの送配電網間に給電するのに電力損失が少なく且つ電力貯蔵機能を有する超電導送電輸送手段で既存の送配電網に給電するか、既存の送配電網への接続端に超導電コイルからなる電力貯蔵施設を介して給電することにより、前記既存の送配電網やシベリア奥地からサハリン更には北海道までの長距離であるために、その途中経路で電力ロスがあってもこれを補充できる。
【図面の簡単な説明】  第１図は本発明の超電導送電による石炭エネルギー供給システムの概略構成を示す模式図である。
第２図の（Ａ）は第１図の電力輸送系統に沿って設けた冷熱供給システム概略構成を示す図で、（Ｂ）は同じく温熱供給システムの概略構成を示す図である。
第３図は、第２図の冷熱供給基地の概略構成を示す図である。
第４図は、前記電力輸送系統は天延ガスパイプラインと併走させて、該天然ガス供給ラインの圧送ステーションの概略構成を示し、（Ａ）は圧送ステーションから送電線を既存の送配電網と接続する場合にその送電線を超電導ケーブルで構成した図、（Ｂ）はその接続端に交直変換器と超電力貯蔵施設を設けた図である。
第５図は、（Ａ）は本発明に適用される超電導ケーブルと超電導の電力ケーブルを内蔵させ電力貯蔵を可能とした電力ケーブルの構造を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）の超電導ケーブルにより電力貯蔵を行う場合を示す図である。（本図は公知である。）
第６図は火力発電所若しくは圧送ステーションのから送電線を既存の送配電網と接続する場合に、その接続端に交直変換器と超電導コイルからなる超電力貯蔵施設を設けた図で、（Ａ）は充放電時、（Ｂ）は電力貯蔵時の状態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
先ず本発明に使用する  超電導送電系統の概略図を第５図に基づいて説明する。
例えば、超電導送電系統に関しては、特開平５−３０８７２６号公報に、余剰電力の貯蔵と急激な負荷変動を緩衝して電力系統を安定して維持できるとともに、建設コストと運転コストの低減化を図る超電導送電技術が提案されている。
その構成は第５図（Ａ）に示すように、電力ケーブル８１と並行に第１の超電導ケーブル８２を配置し、これら電力ケーブル８１と超電導ケーブル８２を内包するようにコイル状に巻かれた第２の超電導ケーブル８３を設け、更にその外側に円筒状の保護ケース８４を設けて電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統１２（第５図（Ｂ）参照）が構成される。
また、電力ケーブル８１及び第１の超電導ケーブル８２の外周部には、それぞれ電気絶縁層８５を設けるとともに、保護ケース８４内に液体窒素８７を充填し、電力ケーブル８１及び超電導ケーブル８２、８３を冷却する。
また第５図（Ｂ）に示すように、上記電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統１２は送電を行う電力ケーブル８１と電力貯蔵を行う超電導ケーブル８２、８３を一体化させただけで電力貯蔵をしている。
上記本提案では、送電を行う電力ケーブル８１と電力貯蔵を行う超電導ケーブル８２、８３とを一体化させた電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統１２を構成し、電力余剰時には余剰電流を、電力変換機９２を作動させて分流器９１を介して超電導ケーブル８２、８３へ流入させ、余剰電流の取り込み後は電流バイパス回路９２ｓ、９４ｓを閉じて閉回路を形成させ、取り込んだ余剰電流を貯蔵する。
電力供給量が需要より下回り電力が不足したときは、電力変換機９４の電流バイパス回路９４ｓが開き貯蔵された電流を結合器９３を経由して電力ケーブル８１へ導出される。
上記のようにして、現在の送電システムを出来るだけ維持しつつ送電機能に電力貯蔵機能を付加させ、負荷変動に対する緩衝と電力の安定運転を可能にしている。
即ち本提案に係る電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統１２は、送電を行う電力ケーブル８１と電力貯蔵を行う超電導ケーブル８２，８３とを一体化させたものであり、本超電導電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統１２を敷設するだけで電力貯蔵が可能となる。
即ち上記電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統１２は、超電導ケーブル３が無限遠ソレノイド型を成すため、単位長さ当たりの自己インダクタンスＬ、及び単位長さ当たりの蓄積エネルギーＥは次式で表される。Ｌ＝μπａ２ｎ２＝μＡｎ２［Ｈ／ｍ］…（１）  Ｅ＝（１／２）ＬＩ２［Ｊ／ｍ］…（２）ここで、μ：透磁率真空の場合４π１０−７ｎ：単位長さ当たりの巻線数［回／ｍ］ａ：コイル中心半径［ｍ］Ｉ：電流［Ａ］Ａ：コイル平均断面積＝πａ２［ｍ２］従って、蓄積エネルギーＥは、電流Ｉの２乗、及びコイル断面積Ａに比例するため、これらの値が大きいほど大きな電流貯蔵が可能である。
そして第６図に超電力貯蔵施設７０の別の概略を構成示す。
図において、４４は電力系統より交流電力を直流に変換する交直変換器、４１はアース側に接続された直流遮断機、４２は超電導コイル、４３は超導電コイル間をバイパスする直流遮断機で、（Ａ）に示すように、直流遮断機４１を閉成し、又直流遮断機４３をコイル４２側に接続することにより、超電導コイル４２に貯蔵されていた電流を交直変換器を介して電力系統３０に流したり、又電力系統３０よりの余剰電力を電気抵抗がゼロとなる超電導コイル４２に貯蔵する、充放電を繰り返すことができ、電力系統３０の負荷変動に対応できる。
又（Ｂ）に示すように直流遮断機４１を開放することにより、電力系統側３０より交直変換器４４を介して電気抵抗がゼロとなる超電導コイル４２に電気を流し続けることで電気エネルギーを超電導コイルに貯蔵できる。
次に第１図においては、第４図の電力貯蔵をする機能を持つ超電導電力輸送ケーブル１６からなる電力輸送系統（以下超電導送電系統１２という）と既存の送電線網３０若しくは天然ガスパイプランに沿って設けた送電線３００（この送電線は、超電導送電系統１２であってもよく、又常温の送電線であってもよい。）を組み合わせて電力輸送系統を構成し、シベリア奥地の泥炭田を含む炭田近傍に設けた火力発電所１０ａよりなる炭田側火力発電系統１０より、電力の供給を受ける日本の大都市圏の交流負荷１１ａよりなる需要先側交流負荷系統１１０間を電力輸送可能に構成している図である。
即ち、シベリア奥地等の遠隔寒冷の僻地に存在する石炭炭鉱が存在する炭田で、特に豊富な埋蔵量を持つ石炭の産出地域（炭田）に存在しながら、寒冷僻地のため悪条件にある物流の困難さのため従来までは開発不可とされていたが、前記炭田近傍に発電所１０ａを設置して火力発電系統１０を構成し、電気エネルギーに変換して、既存の送配電網３０がある地域までの給電ラインを超電導送電系統１２若しくは通常の常温の送電線３００を地上ないし地下に施設する。
この場合に火力発電系統１０に送電線３００を設置し、既存の送配電網３０と接続する場合には、その接続端に第６図（ａ）に示す交直変換器１３と超電導コイル４２よりなる超電力貯蔵施設７０を設ける構成としてもよい。
又、これにより送電線３００側で送電が一時的に停止若しくは負荷変動があった場合でも、円滑な電力供給がなされる。
又火力発電系統１０に直流の超電導送電系統１２を設置し、既存の送配電網３０と接続する場合には、超電導送電系統１２自体に電力貯蔵機能を有するために、その接続端には交直変換器１３を設けるだけでよい。
尚、超電導送電系統１２は設置コストが高いために、これを延々とは設置できない。そこで既存の送配電網３０を利用するか若しくはシベリア及びサハリン地区には天然ガスパイプライン５０が敷設されているために、そこに沿って送電線網３００を敷設してもよい。
即ちシベリアやサハリン等の既設の天然ガスパイプラインは１０００ｋｍ以上という長大なものであり、そのために必要となる圧送ステーションが２０ｋｍ間隔に設置されている。
圧送ステーション４０では１０万馬力の圧送コンプレッサ４１が天然ガスを燃焼器４２に取り込んで、ガスタービン４３で駆動されているが、ガスタービン４３からの排熱は利用されずに排出されている。
しかしながら天然ガスパイプライン５０上に沿って送電線網３００を敷けば、前記圧送ステーション４０のガスタービンからの廃熱を使ってランキンサイクルによる発電を行い、その電力を前記送電線網３０に給電を行うことができる。特に通常の送電線網３０を使って遠距離にわたって電気を流すとその電力ロスは極めて大きく、多大なエネルギーロスにつながるが、本発明では２０ｋｍ間隔に設置されている圧送ステーションを効果的に利用してそこに設けられているガスタービンの廃熱をボイラー４４で回収してその蒸気で発電機４５が連結している蒸気タービン４６を駆動してその電力を送電線網３０に給電すれば、通常の送電線でも電力ロスがなくなる。この場合に圧送コンプレッサ４１の出力端にも発電機４５を設け、その電力を送電線網３０に給電すればよい。
この場合に天然ガスパイプライン５０上に沿って施設された送電線網３０と、圧送ステーション側の給電ライン３００Ａとの接続端の間に第４図（Ｂ）に示す交直変換器１３と超電力貯蔵施設７０を設けてもよく、又第４図（Ａ）に示すように、その給電ライン自体を直流の超電導送電系統１２とし、既存の送配電網３０と接続するようにしてもよい。この場合には、超電導送電系統１２自体に電力貯蔵機能を有するために、その接続端には交直変換器１３を設けるだけでよい。
このように構成すれば例えば１０万馬力出力（７５，０００ＫＷ）のガスタービンの熱効率が２５％〜３０パーセントとすると、排熱の７５〜７０％を使って２０％の熱効率で発電すると７５，０００ＫＷ×３×０．２＝４５，０００ＫＷの電力が損失なく得られる。
具体的には、炭鉱近傍のシベリア奥地にある天然ガスパイプライン５０は、シベリア〜サハリンに延在しており、その長さが３０００ｋｍとすると、圧送ステーション４０は１５０ヶ所設けられ、６７５万ｋｗの電力が得られる。発電された電力をパイプライン網を使って送電する。
尚、送電線網３０までの給電は通常の送電線３００と交直変換器１３を介した超電導送電系統１２を組み合わせて設けて給電を行い送電ロスを回避する対策を取ってもよい。
そしてロシア側の天然ガスパイプラン５０に沿って設けた送電線網３０若しくは既存の送配電網３０を利用し、日本国内の送配電網３０と接続する場合に、シベリアやサハリン等の僻地を通るために、雪等の事情で、送配電の電力低下が生じたり停止したりする場合がある。
そこでロシア側と日本側の接続端である中継基地３１に交直変換器１３と超電力貯蔵施設７０を組み込んで構成してもよく、又その海峡の給電ライン自体を交直変換器１３を介した直流の超電導送電系統１２とし、ロシア側と日本側夫々の既存の送配電網３０と接続してもよい。この場合には、超電導電力輸送系統１２自体に電力貯蔵機能を有し且つ直流であるために、日本側とロシア側夫々の接続端３１である中継基地３１には交直変換器１３を設ける必要がある。
又海峡の給電ライン自体を直流の超電導送電系統１２とした場合に、その接続端側に需要先の電力必要量を把握する電力負荷調整手段１５を設けるのがよい。
電力負荷調整手段１５は超電導送電系統１２側では、第５図に示すように電力変換機９２と分流器９１と電流バイパス回路９２ｓ、９４ｓで構成され、下流端では電力変換機９４と電流バイパス回路９４ｓ及び結合器９３で構成される。
このように超電導送電系統１２に電力貯蔵機能を持たせて電力負荷調整をなすことは下記の点で極めて有利である。
即ち、炭田側の発電量と需要先側の必要電力は互いに無関係であり、又ロシアという長い距離を送電するために、両者の負荷バランスの調整するための電力貯蔵機能は是非とも必要である。
これを炭田側に形成すれば、炭田側の設備投資が増大し、又需要先側に設けるとその送配電網を通じての電力貯蔵であるために、送電ロスが大きくなる。
そこで本発明は海峡に施設した超電導送電系統１２の上流端と下流端に夫々電流バイパス回路９２ｓ、９４ｓを設けてこれを利用して電力負荷調整手段１５として機能させている。一方需要先である大都市圏の交流負荷系統１１は、夫々の地域電力会社の送配電網３０が接続されており、この送配電網３０は一般的に交流であり、交流であれば電圧条件は別にしてどの送電網３０とも接続できる。
これにより日本国内の都市圏の交流負荷系統１１のように電力の融通を必要とする地域では、新たな発電所を都市圏間近に建設する必要はなくなり、環境保全にも大いに貢献するとともに、二酸化酸素の排出量の削減を図ることができ、特に先進国にとっては、二酸化炭素排出権に基づく課徴金を支払う義務がなくなる。
尚、北海道と本州に挟まれる海峡の給電ライン自体も直流の超電導送電系統１２としその接続端（中継基地３１）側に需要先の電力必要量を把握する電力負荷調整手段１５を設ける構成にしてもよい。
本実施例では、ロシアとの国境及び津軽海峡の給電ラインを直流の超電導送電系統１２としその接続端の中継基地３１側に需要先の電力必要量を把握する電力負荷調整手段１５を設ける構成にしているが、日本側の電力受け入れ拠点としての中継基地３１と都市圏の需要先側交流負荷系統１１との間のいくつかの給電ラインに電力貯蔵をする機能を持つ超電導電力輸送系統１２を介在させ、交直変換器１３を介して都市近傍の交流送配電網１１０からなる商用電力輸送系統１２に接続させてるように構成すれば電力負荷変動に一層対応できる。
更に需要先の変電器３０１の下流側に第４図（Ｂ）に示す交直変換器１３と超電力貯蔵施設７０を設けてもよく、又第４図（Ａ）に示すように、その給電ライン自体を直流の超電導送電系統１２とし、既存の送配電網３０と接続するようにしてもよい。この場合には、超電導送電系統１２自体に電力貯蔵機能を有するために、その接続端には交直変換器１３を設けるだけでよい。この場合は都市圏の電力負荷系統の変動に対応できる。
またロシア側では、炭田近傍の火力発電所１０ａから前記ロシア側と日本側の電力受け入れ拠点としての中継基地３１までは、その間に天延ガス田がある場合は前記天然ガスパイプライン５０に沿って設けた送電線３００で構成している。そして前記ロシアと日本との国境には超電導ケーブル１６を介在させて両国間の電力変動に対処していることは前記した通りである。
以上のように、前記超電導電力輸送系統１２の送配電網との中継基地３１では電力負荷調整手段１５を導入して需要先の交流負荷系統１１の必要電力に対応して余剰電力は超電導ケーブル１６内に貯蔵させ、又電力不足の時は、前記交直変換器１４ｂを介して交流電力量を放電する構成にしてあるが、前記超電導ケーブル１６と交直変換器１４と電力負荷調整手段１５は超電導状態に維持する必要があるために、電力輸送系統１２に沿い極低温ブラインないし液体窒素よりなる冷却材を送給する第２図に示す冷熱供給システム１１３を設ける構成にしてある。
なお、上記冷却材には、前記液体窒素の単体使用に限らず、液体窒素と微粒固体窒素との混合物であるスラッシュ窒素を使用する構成としても良く、その結果液体窒素を単体で使用する場合に比較して熱負荷吸収能力が優れ、高温超電導の送電ケーブルや超電導機器の冷却には効果的に使用できる。
なお、上記スラッシュ窒素の生成は、液体窒素をヘリウム等の低温冷媒ガスとともに吸引噴出させ、該噴出により形成された微粒固体窒素と液体窒素を混合生成したものである。
上記冷熱供給システム１１３は、前記超電導の電力輸送系統１２の全域にわたり前記冷却材の送給を可能とするために、第２図（Ａ）に示すように、前記交直変換器１４ａ、１４ｂや適宜設けてある中継点３１ａ、３１ｂ、３１ｃに冷熱供給基地１３ａを設ける構成にしてある。
そして第３図に示すように、上記冷熱供給基地１３ａは、低温冷凍機１７と貯留槽２４と冷却材給送ポンプ２６とより構成してある。
前記低温冷凍機１７は、圧縮機２０と凝縮器２２と膨張弁２３と蒸発器２１とより構成し、前記蒸発器２１で冷却材２４ａを生成する。そして、生成された冷却材は貯留槽２４に貯留され、供給ポンプ２６を介して超電導ケーブル１６及び第１図に示す交直変換器１４ａ、１４ｂや電力負荷調整手段１５を形成する超電導機器に導入されて超電導状態を維持する構成にしてある。
なお、上記凝縮器２２で凝縮熱をポンプ１８ａを介して冷熱供給基地周辺居住域へ供給して、第２図（Ｂ）及び第３図に示す温熱供給ステーション１８ｂを設け、温熱供給システム１８を構成するのがよい。
上記低温冷凍機１７は、前記炭田近傍の火力発電系統１０の火力発電所や圧送ステーションの排気ガスより発生したＣＯ２を回収使用して環境保全に貢献するとともに、その凝縮器側にて前記ＣＯ２ガスの凝縮顕熱を利用して前記温熱供給ステーション１８での温熱に使用する。
また、前記冷却材２４ａは極低温ブラインを使用するが、酸化物系高温超電導材使用の場合は液体窒素を使用して該領域での超電導状態の保持が可能である。
【産業上の利用可能性】  本発明は、上記構成により下記の産業上の利用性を有する。
ａ、物流では石油、天然ガスに大きく劣っているが、埋蔵量では石油、天然ガスの数倍ある石炭を火力発電により物流条件に良い電力輸送に切り換え、安定した石炭エネルギーの供給を可能とする。
ｂ、広域規模でのエネルギー利用の問題と、生産地での火力発電をすることにより、環境保全対策を集中して行うことが出来、また、火力発電での排ガスであるＣＯ２ガスを回収超電導基材の冷却に使用する低温冷凍機の冷媒として使用することにより環境保全に貢献する。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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