(57)【要約】      （修正有）【課題】ランダムに発生する負荷変動に即応してこれを速やかに供給するための独立分散型電気エネルギー備蓄供給システムを提供する。【解決手段】長距離送電による電流損失を減らすためには、発電システムを小型化して需要地に単独で立地する。さらに蓄電デバイスを導入し、直流で回路を組むことにより、負荷のある時にだけ電流を供給する独立分散型の電気エネルギー備蓄供給システムを構築する。蓄電デバイスとしては、高温超電導応用技術、キャパシタ、リチウムイオンなどの二次電池を使用する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種の発電機が生み出した電力をキャパシタに備蓄し、負荷の発生に応じて適宜これを供給する仕組みの独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項２】
各種の発電機が生み出した電力をリチウムイオン二次電池に備蓄し、負荷の発生に応じて適宜これを供給する仕組みの独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項３】
各種の発電機が生み出した電力をリチウムイオン以外の二次電池に備蓄し、負荷の発生に応じて適宜これを供給する仕組みの独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項４】
各種の発電機が生み出した電流を直流の高温超電導環境で保存備蓄し、負荷の発生に応じて適宜これを供給する仕組みを有する独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項５】
各種の発電機が生み出した電気を磁気エネルギーとして高温超電導環境で保存備蓄し、負荷の発生に応じて適宜これを供給する仕組みの独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項６】
請求項４に記載の高温超伝導状態で直流電流を保存備蓄する電気エネルギー供給システムにおいて、緩衝装置として請求項１に記載のキャパシタを回路の中間に有する独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項７】
請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気エネルギーを保存する電気エネルギー供給システムにおいて、緩衝装置として請求項１に記載のキャパシタを回路の中間に有する独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項８】
請求項４に記載の高温超伝導状態で電流を保存する電気エネルギー供給システムにおいて、緩衝装置として請求項２に記載のリチウムイオン二次電池を回路の中間に有する独立分散型電気エネルギー供給システム
【請求項９】
請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気エネルギーを保存する電気エネルギー供給システムにおいて、緩衝装置として請求項１に記載のキャパシタを回路の中間の要衝に複数有する独立分散型電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１０】
請求項４に記載の高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムにおいて、緩衝装置として請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを回路の中間に有する独立分散型電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１１】
請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気エネルギーを保存する電力備蓄システムにおいて、緩衝装置として請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを導入して電力の受け渡しを円滑に行う機構を回路の中間に有する電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１２】
請求項４に記載の高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムをもつ直流回路において、緩衝装置として請求項１に記載のキャパシタを複数導入して、電力の受け渡しを円滑に制御する機構を回路の中間の要衝となる部分にそれぞれ分散配置する機構を有する電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１３】
請求項４に記載の高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムをもつ直流回路において、緩衝装置として請求項２に記載のリチウムイオン二次電池を複数導入して、電力の受け渡しを円滑に制御する機構を回路の中間の要衝となる部分にそれぞれ分散配置する機構を有する電気エネルギーの備蓄供給システム。
【請求項１４】
請求項４に記載の高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムにおいて、緩衝装置として請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを複数導入して、電力の受け渡しを円滑に制御する機構を回路の中間の要衝となる部分二それ分散配置する機構を有する電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１５】
請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気を保存する電力備蓄システムにおいて、緩衝装置として請求項１に記載のキャパシタを複数導入して、電力の受け渡しを円滑に制御する機構を回路の中間の要衝となる部分にそれぞれ分散配置する機構を有する電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１６】
請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気を保存する電力備蓄システムにおいて、緩衝装置として請求項２に記載のリチウムイオン二次電池を複数導入して、電力の受け渡しを円滑に制御する機構を回路の中間の要衝となる部分にそれぞれ分散配置する機構を有する電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１７】
請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気を保存する電力備蓄システムにおいて、緩衝装置として請求項３に記載のキャパシタならびにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを複数導入して、電力の受け渡しを円滑に制御する機構を回路の中間の要衝となる部分にそれぞれ分散配置する機構を有する電気エネルギーの備蓄供給システム
【請求項１８】
高温超伝導を維持するための冷熱を、大気成分中の窒素を冷却する方式で獲得する小型の液体窒素製造装置を導入し、気化した窒素を再び液化して超伝導に必要な冷熱を供給する、循環型の再冷凍システムを有する電気エネルギーの保存備蓄を目的とする冷却システム
【請求項１９】
直流回路で電気エネルギーの受け渡しを中継する目的をもつ小型の蓄電ユニットを、その内部に組み込んだ直流対応型民生用家電製品。および電気を一次エネルギーとする直流回路で使用することを目的とする、蓄電素子を装置内部に予め取り入れている工業用の省電力向け電気製品
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、電気エネルギーを各種の電力備蓄貯蔵装置に保存し、ランダムに発生する負荷変動に即応してこれを速やかに供給するための、独立分散型電気エネルギー備蓄供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】既存のエネルギー供給システムのインフラは、交流を高圧で長距離輸送する送電の系統を連携させることによって、電力の品質を高めた状態で全国津々浦々にまで遍く輸送することを可能にしているが、この方式を採用したことによって、送変電プロセスで避けることのできない電流損失を積み上げる結果を生み出している。即ち、送電線がもつ固有の電気抵抗を始めとして、無効電力や変圧器ごとに鉄損と銅損を発生させながら、最終需要地では負荷変動を吸収するための限流を行って、電力輸送の安全性を高める努力を常に行わなければならなくなっている。【０００３】送電系統を高圧化したことにより電流損失をある程度軽減することはできたのだったが、送電電圧に下限を設ける結果ともなったため、需給変動が拡大する深夜には、電気エネルギーとして消費されないことを承知の上で、発電を行っていなければならない状態に陥っている。電力の日負荷平準化が深刻な問題となっているため、その対策として深夜電力料金制度を設けたり、揚水式水力発電システムを導入したりするなどして、需要水準を超えて供給されている電力を有効利用するための算段をさまざま講じているのが現在の状況である。【０００４】深夜電力料金制度がどれほど効果を上げているのかということについては、公開されたデータがないため確認することができていない。揚水式水力発電では送電系統で余った電力を位置エネルギーに代えて保存備蓄しているのだが、これはダムの下にもうひとつ貯水池をつくる必要があるものであったため、高コストの電力となることを要求する技術になっていた。このことから、水力発電全体の発電単価を最も高いものにしただけでなく、効率においても電気エネルギーを位置エネルギーにした上で、改めて電気エネルギーへと戻す方式となっているため、エントロピーを重ねて増大させるという拙ない結果を生み出している。【０００５】日本の電力供給システムは６５％のベース電源と３５％の調製用電源（ミドル電源とピーク電源）とで構成されている。このため需要が大きく低下する深夜の需要率が平均でおよそ５０％となっていることから、その差である１５％の電力が深夜毎日過剰供給されるという事態を発生させている。このうち揚水式水力発電で３％の電力が消費されるとされているため、その差である１２％のうちのどれだけの割合が深夜電力の需要増でセーブされているのがが分かれば、電流損失に関するおおまかな数値を導くことができるはずである。だが、電力会社が公開している資料には、熱損で５％（ｍｉｎ）、無効電力で３％という記述しか見当られない。分かっている要素から損失となっている成分を積み上げてみると、概ね４０％近傍の値となる。このため未公開の要素などを含めると、更に大きな損失がでているとするのが妥当な解釈になっている。【０００６】交流が貯めておけない性質をもつ電流であったために、消費者が節電にどれほど励んだとしても、その結果は系統から限流するための電力を徒に増やすだけのことになっていた。火力発電所の多くが蒸気発電を行っているため、需要が減っても燃焼炉の火を落とすことはできない。蒸気タービンが要求する圧力を常時確保しておくためには、絶えざる燃焼による高温状態の維持が絶対的に必要なのである。世界中の温暖化対策に実効が得られていないという現実は、省エネ節電努力を行っても燃焼炉が稼働を続けている様式になっていた、ということが原因となって起きていたものだったのである。【０００７】日本の二酸化炭素の排出量を分野別にまとめたデータから、その４８％が電力部門で生み出したものであるということが分かっている。原子力発電所で運転を停止しているケースが増えているため、電力会社ではその不足分を補う必要に迫られ、休止させていた効率の悪い旧式の発電所を現役に復帰させて対応しているのだが、その結果電力分野が生み出すＣＯ２排出量の割合が、２％増えて５０％に達するということが既に公けにされている。これらの諸事情から交流の高圧送電という現在のインフラには無駄が多く、また二酸化炭素を減らすことがまったくできなくなっている、という現実のあることが明らかとなっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】交流を前提とする送電システムがエネルギー供給のインフラとなっていたことから、電力会社が発電して送電を行っている電力は、電気エネルギーとして消費されなかったものすべてが、地下へと捨てなければならないものになっていた。周波数という動態を維持して成り立つ交流電流を無理に止めようとすれば、逆流を起こすことになるのは当然の結末である。変圧器がダムの壁のように逆流する電流の前にたちはだかかっているため、交流電流はどこかで堰きとめられてしまうと、交互に末端で折り返して次第に電圧を高めていくものとなる。この危険な状態に陥ることを回避するために、限流機構というものが送電系統には必ず設けられている。
【０００９】電力会社が需要以上に電力を過剰供給しても電圧を一定のレベルに保っていることができているのは、接地点から余剰の電圧を直ちに地中へと逃がすことが可能な仕組みになっているからである。接地技術が進化していった頃から、漏電による火災や感電死する事例などが極端に減っていったことは、戦後の電力事故の統計を見ればあきらかである。反対に供給する電力が過小になってしまったら、需要者側の電気機器で電圧の低下が起きて電力の品質が極端に劣化する。照明は明滅を繰り返し、モーターの回転数がランダムに変化するようになって、電力の品質が著しく劣化してしまうと、製造装置は円滑な生産を続けることが困難な状態になる。当然ながら工場では精密な加工ができなくなるため、不良品を大量生産するという経過が発生し、損失が嵩んで係争が増えるという結果が生じるのである。このリスクを電力会社が回避するために、常に過剰な電力を供給し続けていなければならなかったのである。それでも尚需要の急増が起きてしまった場合には、敢えて送電を止めて広域停電を制御下で引き起こすことによって、供給する電力全体の品質を高く保つような仕組みが今のところ採用されている。
【００１０】その過剰に供給する電力の比率は、ピーク電源において概ね８％であるということが分かっている。送電系統にはこの他にミドル電源呼ばれるものが関与し、電力需要の変動に３０分単位で追随して供給する電力量を調整する仕組みになっている。ベース電源では日中の過剰供給はおきないのだが、深夜になると１２％相当の限流が行われているものとみなければならない。ミドル電源でも供給不足が起きないよう多めの供給量が定められており、ピーク電源ではその最大値を８％とすることが電気事業者らによって自主的に決められている。
【００１１】交流の高圧送電とは、このようなロスを本質的に許容することで成り立っているものである。燃焼炉を常に一定の稼働状態に保っておかなければ、需要の急増に電力会社が即応することはできない。燃焼炉に点火して発電に必要な蒸気圧にまで高めるのに、およそ二時間もの蒸気の圧縮プロセスを必要とするため、火力発電所では需要が減ったからと言ってすぐに燃焼炉の稼働を止めることはできない。需要と供給が一致していればロスは限られたものになるのだが、電力会社では消費者がいつ電気製品のスイッチをオンオフするのかを事前に知ることができない。そのために不測の事態に備えて、常時一定以上の電力を供給し続けていなければならなくなっているのである。
【００１２】電力業界で生み出している二酸化炭素は、したがって今後も減らすことはできない。日本で排出している二酸化炭素のうちの半分が、電力業界で発生させたものである。この大量の二酸化炭素を現状で減らすということは、事実上不可能なことである。だが、独立分散型の電気エネルギー供給システムに切り替えることによって、この困難な課題を克服して温室効果ガスの早期削減に実効をあげることができるようになる。送変電プロセスと長距離化、高圧化することで生み出している電流損失は、少なく見積もった値でも既述した如く４０％を超えている。この損失となっている成分の割合を減らしていけば、資源を節約して電気エネルギーの分散備蓄を需要地で成り立たせ、災害対応能力を個々にもたせることが住宅の単位でできるようになる。
【００１３】大規模発電所からの電力を統合して連携をとる形態で成り立っている現在の交流送電のインフラでは、地下資源の大量消費を避けることができない。原油相場をみると、資源コストはこのところ急騰したまま高値圏に張り付き、なお上昇を続けている状態が続いている。電流損失を減らして資源コストを削減することができれば、環境性能を高めて経済効果を隅々にまで波及させ、以て物価全体にかかっているインフレ圧力を軽減させることさえできるようになるのである。そのためには電気を需要地に貯めておく基礎となる直流化と、蓄電システムの早期普及の実現とが切に求められている。
【発明の効果】
【００１４】電気エネルギーを個々に独立した状態で日本中に分散配置することにより、原油の状態で陸上または洋上で備蓄している地下資源の全体量を減らし、送変電ロスも削減することができるようになる。電力輸送の不効率な部分を今後合理化することによって、消費する資源そのものを大きく節約することが可能になる。直流回路では交流とは違い、限流する必要が発生することはない。乾電池と豆電球のあの単純な回路から分るように、スイッチを入れた時にだけ必要な電流の供給が行われている。交流では需要予測に基づいてその日の発電量を事前に決め、電圧の低下が起きないよう常に多めの供給を実施することで、電力の品質を高めるシステムになっている。このため消費が減った時には、限流で地下へ逃がすための電力が増えるという結果となっていた。この違いにみられる差の全量が、交流のインフラを採用してきたために、巨大な損失を構成するようなものになったのである。
【００１５】消費する資源の量が少なくなれば、発電に要するコストはその分だけ低下してよい。燃焼炉で発生する二酸化炭素を含む各種の酸素化合物による大気汚染も、当然ながら低下していくことになる。電源を需要地に分散配置することにより、エネルギーの安全保障はより高度なものになるのである。輸入する原油などの各種資源の消費量が減れば、海上を長距離輸送することで発生する各種のコストとリスクも、同じ割合で低下するようになる。原油相場の高騰状態は、需要の増加を見込んだ先行投資が原因となって引き起こされたものである。エネルギー資源の消費プロセスを合理化することによって、需要の減退が顕在化すると資源のコスト全体を大きく低下させ、インフレ圧力そのものを引き下げることを可能にする。
【００１６】本発明に基づいた電源の独立分散化を鋭意推進していくことによって、電力の安定的な備蓄と保存とが同時に可能な状態へシフトする。蓄電システムの能力は消費者において任意に設定することができるため、小型のものであっても数時間の停電なら十分に対応することができる。蓄電する容量を増やせば長時間の停電というリスクからは解放され、不測の事態に遭遇しても電気がなくて困るようなことは一切おきない。大規模な蓄電を必要とするケースでは、高温超電導で電気エネルギーを備蓄するモデルを選択することが可能である。その場合、住宅向けのものなら一年間程度の電力需要を満たすことは十分に可能である。ここで重要なのは、消費者が負担すべきものが、設備導入コストただひとつだけでよい、という点である。発電機は資源コストのかからない太陽電池だけでも過不足が生じないからである。超伝導ケーブルの延長距離または超伝導バルクの大きさを調節することによって、希望する電力の備蓄量を任意に設定することができるという点で、既存のエネルギー供給モデルにはない優位性をもっている。
【発明の実施形態】
【００１７】電流損失のない環境で電気エネルギーを長期間保存しておくためには、超伝導という特殊な熱環境で実現する物理現象を制御することができていればよい。磁気エネルギーの状態で電力を備蓄するモデルは、ＳＭＥＳ（超伝導磁気エネルギー備蓄システム：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ）という名称で既に産業界の一部で実用機が稼働している。その応用方法の一つとなる小型のものは、未だ登場していない。この小型の住宅用蓄電システムの普及が遅れていたために、電力会社で生み出している二酸化炭素を節減することができなくなっていた模様である。住宅用または事業所用の小型ＳＭＥＳを作ることは問題なく可能である。小型モデルの市場性に関する調査を先送りしてきたことが、気候の変動をより早めて深刻なものにした原因のひとつになっている。液体窒素レベルの高温超伝導向けの冷凍機は、手で持てる程度の大きさのものが既にあり、未解決の残された課題があるとすれば、コスト対策と磁気シールド技術に関するものに絞られる。これらの課題には、いずれも複数の解決手段が用意されているので、どの方法を採用するかという意志決定次第で、装置システムの製作と供給には特段の問題は存在しない。
【００１８】電流の状態で電気エネルギーを備蓄保存するアイデアは、実用化されたものが未だでていない。電力会社などで研究開発しているものは、どれも電力輸送に関するものばかりである。液体窒素の冷熱で超伝導状態になるケーブルは、最長で１０００メール級のものが既に市販されている。この長さの範囲で５００メートルまたは３００メートルの短距離で送電実験が企業独自に行われているが、技術的な課題があるという報告は何一つでていない。この開発案件の残された未解決の課題は、長距離に及ぶ冷熱環境の維持に関する技術と交流電流の位相制御に関する技術、そしてコスト対策などにある。
【００１９】電力会社で開発している超電導電力輸送モデルは、三相交流を一つの管に収めた状態で実施する送電の可否を判定するためのものである。交流で行う超伝導では位相の制御が必要であるため、安定的な電力輸送を長期間維持していることが困難である。複数の位相をもつ交流が単線上に混在すると、高調波の原因となるばかりか、超伝導状態が突然破れる事故に繋がることがある。このため極めて危険な状態になることが、交流を前提とする超伝導において安全性を損なう要因になっている。電力会社では超伝導電力輸送が有効であることをよく承知しているのだが、安全性の確認に時間をかけて慎重に行っているため、超伝導電力輸送の導入実施がその分だけ遅れるようになっている。
【００２０】本発明は交流送電がもっている未解決の課題を解消することを目的としているため、超伝導ケーブルに流す電流は直流で統一された回路であることを前提としたものになっている。このため電力会社か抱えている位相制御が問題となることはおき得ない。電圧の制御ができてさえいれば、超伝導を惹起する冷熱環境の維持を基本条件として、どの地域でもこの電流の状態で電気エネルギーを長期間保存しておくことができるようなものを提供することができる。このことは、磁気でエネルギーを保存するモデルについても、同じように等しく当てはまることである。
【発明の詳細な説明】
【００２１】超伝導状態で電流を保存するには、電力輸送を目的として開発された超伝導ケーブルを任意の長さでループさせてやればよい。超電導環境でのみ永久電流を流すことができるという事実は、研究者にとって基本的な与件となっている。完全導電性が保たれていないモデルであったとしても、電流損失の割合は極端に少ない。超伝導コイルの半径を大きくとることによっても、所期の電流密度が維持されていれば、そこに永久電流を呼び込んで電気エネルギーを電流の状態で長期間保存しておくことが可能な状態になる。
【００２３】超伝導環境から常伝導環境へ電力を移動させる段階で、キャパシタまたはリチウムイオン二次電池を含むその他の蓄電装置を関与させ、バッファ機能を持たせることで電気エネルギーの授受を円滑に行うことができるようなシステムを選択した。各種の電気機器が必要とする電力はビルトイン型の小型蓄電ユニットから供給され、その電気エネルギーを中継する目的で回路の中間で受け渡しを適宜調整する役割をもつ各種の二次電源を、分岐点ごとに敢えて関与させる仕組みを取り入れている。この措置をとることによって、超伝導状態から常伝導状態へと電力の授受を円滑に行うことがより安定的にできるようになっている。
【００２４】高温超伝導電気エネルギー備蓄供給システムを有するモデルは、一次電源を太陽電池だけで賄うことが可能なシステムとなり得る。太陽光発電の特徴を生かすと、設置する面積に応じた発電量を予算に応じて柔軟に組むことが可能である。発電の見込み量と消費実績のデータを勘案して、蓄電する電気エネルギーの大きさを決定しておけば、必要となる太陽電池モジュールの総量を導くことは容易である。年間の電力消費量を導けば、それに対応する電流密度を実現する超伝導ケーブルの長さを割り出し、末端を接続してループをつくりそこに永久電流を流し続けるような仕組みを構築すればよい。十分な電力が貯まったら、通常の消費割合で電気製品を安心して使い続けることができるようになる。
【００２５】これまで温暖化対策で太陽光発電の量的拡大が有効であるとされてきた。だが、交流送電に連携するものになっていたことから、電力会社に売いとった電力はその分だけ発電所から送られてくる系統電力の方を限流するという結末を生じさせている。電力会社が太陽光発電からの逆潮流の買い取り価格を引き下げているのは、それが資源として有効利用することができないものになっていたからである。現在のレベルでみると、電力会社の自然エネルギー買い取り単価は、太陽光発電のケースで供給側の電力単価からみておよそ２５％の水準まで下がっており、風力発電のケースでならおよそ１２％のレベルにまで下がっている。これは、交流の送電系統が需要地で発生する逆潮流と呼ばれる電力と意味のある連携がとられていない、という現実のあることが原因となっておきていたことである。
【００２６】本発明は一次電源を選ばずに、需要地で電気エネルギーを効率よく保存備蓄することを可能にするためのものである。最終消費地で電気エネルギーを分散備蓄することができる状態になっていれば、災害などの不測の事態がおきたとしても、すぐに救難支援態勢を組むことが可能になる。本発明による電気エネルギーを分散して保存備蓄することができるシステムをもつ住宅であれば、日常と比べて過不足のない生活をどんな時でも維持することが可能である。免震構造住宅であれば、災害時にはその住宅を救護所として使うことができるため、罹災者の生命を早く確保するための救急活動の拠点が、全国到る所に用意されるような状況が民間のレベルで生み出せる。
【００２７】地方公共団体ではおおくの場合来るべき大地震に備えて、食料と水並びに非常用発電機を一定量確保しているのだが、決して十分なものにはなっていない。非常用発電機があっても長期間使われずに錆びついていたり、十分な燃料が確保されていなかったりしていたら、実のところ何の役にも立たないのである。本発明は不測の事態に即応することを可能にし、災害に遭遇して被害をこうむった罹災者の数を最小にすることができる、という潜在的な能力を基本的に備えている。すべての住宅がこの電気エネルギー備蓄供給モデルを導入するような時代になると、エネルギーの安全保障と災害に関する安全保障とが両立する、というきわめて良好な状態を生み出すことができる。
【００２８】独立分散電源を成り立たせるための要件は、直流を出力する発電機と蓄電するためのデバイスを組み合わせるということにある。電気製品は交流に対応するモデルが主流になっているが、周波数変換装置を経由させることによって所定の交流を供給するようにすればなんら問題はない。直流家電が普及するまでの間は、１００ボルトの交流に直流回路の方で対応をとり、電気製品が直流で標準化された後からは、昇圧工程を省いてより合理的な低圧回路に統一するように改めればよい。
【００２９】高温超伝導を成り立たせるための基礎的な条件は、超伝導ケーブルまたは超伝導バルク、そして液体窒素がもつマイナス１９６℃の冷熱の関与である。これらの条件をみたす製品は、既に市販されているものがある。入手が容易なものから本システムに取り入れ、製品化が遅れているものはスペックを定めて製造を委託することによって、消費者へ速やかに提供することが可能となる。液体窒素は冷凍機で大気を冷やすことによって容易に得ることができ、マイナス１８３℃で液化する酸素は所定の容器に備蓄して他の用途に転用するか、またはそのまま放置して大気へと戻しても酸素濃度が上がるだけでなんの問題もおきない。
【００３０】超伝導ケーブルをループして電流のままの状態で電気エネルギーを輸送するモデルは、電力輸送関連分野で複数の企業が独自に研究開発をすすめている。閉回路で超伝導が成り立つことは、永久電流の存在が超伝導の基本的な条件となっていたことから、疑いを挿し挟む余地はない。電源系はどのようなものであったとしても、それが同じ電圧をもつ直流電流に統一されている限り、超伝導による電力備蓄と長期保存とを目的とする本発明、即ち独立分散型の電気エネルギー備蓄供給システムを成り立たせることを阻害するものとはならない。
【００３１】超伝導バルクに磁気の状態でエネルギーを備蓄するモデルは、電磁誘導で磁気エネルギーから電気エネルギーを取り出す既存のＳＭＥＳと基本構成は同じである。違いは用途に対応するエネルギー備蓄容量の大きさが異なるという点であり、産業用の磁気エネルギーではなく、民生用の電磁エネルギーとして住宅または事業所などの、需要地に直接導入設置して使用するためのものである。超伝導バルクには渦電流の状態で電気エネルギーを備蓄するものもあるが、その選択は任意である。
【００３２】エネルギー安全保障政策の一助として、エネルギーを分散した状態で需要地に配置し、不測の事態に常時備えておくことが可能になるため、来るべき大地震などの不慮の災害に遭遇しても、日常生活を安定的に続けることができるようなものになっている。その点で既存の電力備蓄モデルだけではない、超伝導によるエネルギーの分散備蓄を成り立たせるアイデアは、世界中の国々に、立地条件を問わない電気エネルギーの分散備蓄供給システムを提供するものとなる。
【００３３】日照条件に恵まれた地域であれば、一次電源は太陽光発電だけで十分な量のエネルギー備蓄が成り立つ。太陽電池モジュールを増設することや、電力消費を抑制するなどの工夫をする必要はあるにしても、太陽の生み出したエネルギーを電気に変えて永久的に保存しておくのは決して不可能なことではない。風力発電も同じだが、交流を一旦直流にするというプロセスを経て、自然のエネルギーを超伝導環境で大量に備蓄保存しておくシステムは、温暖化対策に苦慮する国際社会が共に必要とする標準モデルの最適解を示すものといえる。
【００３４】自然エネルギーは一般に再生可能エネルギーとも呼ばれ、発電で有害な副生成物を排出せずに、繰り返し持続的な発電を行うことが無償でできるというモデルである。但し、太陽光発電は日照条件にその出力が大きく影響され、風力発電では風速の加減でその出力が常に影響を受けるという課題を残したまま、製品の供給だけが先行するという傾向を一貫して強めている。超伝導現象が一般にまで広く普及していくにつれて、自然エネルギーの持つこれら未解決の課題などはすべて消え去る。このため電気エネルギーに関する限り、ランニングコストは年間を通じて発生しなくなると断言してよい。
【００３５】請求項１については、既存の発電機で発生させた電力をキャパシタに導いてこれを一時的に保存し、消費者が電気製品のスイッチを入れた時にだけ所定の電流を供給する分散備蓄型モデルである。蓄電容量は任意に設定できるが、量産効果によるコストダウンが実現するまでは小容量のものが主流となるものとみられる。キャパシタの性能は年々向上しており、これまで課題とされていた放電に伴う電圧の急低下は、既に問題というレベルではなくなっている。低価格化が実現するようになれば、製品のライフタイムの長さが再評価され、国際標準の蓄電システムとなる可能性が極めて高い。住宅の単位で電気エネルギーを分散備蓄する、その基本形となるものである。
【００３６】請求項２については、請求項１で記述したモデルと同様の構成であるが、蓄電デバイスがキャパシタではなくリチウムイオン二次電池となっているところに違いがある。リチウムイオン二次電池は貯めておく電気エネルギーの密度が高く、電圧の変動が少ないため世界中で使われている小型の蓄電デバイスだが、資源の分布に偏りがあること、コストダウンに限界のあること、メモリー効果があることなどの諸点で住宅用の蓄電システムとなることが長い間できていなかった。しかしながら、温暖化問題が年々深刻化する一方の展開となってきたため、交流送電が生み出している電流損失を減らす効果を優先し、今後さまざまな用途へ進出するものとみられる。
【００３７】請求項３については、請求項１および２に記述したモデルと基本構成は同じだが、蓄電デバイスをキャパシタ及びリチウムイオン以外のものに置き換えたモデルである。蓄電能力のある各種の製品は鉛蓄電池を始めとして、ＮＡＳ電池、レドックスフロー（ＲＦ）畜電池などのバリエーションがいくつも存在する。これらの蓄電デバイスのうちの一つを、リチウムイオン二次電池の代わりに独立分散型電気エネルギー供給システムへと導入するモデルである。
【００３８】請求項４については、高温超伝導ケーブルを電力輸送の目的ではなく、蓄電システムのコンポーネントとして転用し、需要地にこれを導入して負荷変動への対応および自然エネルギーの有効利用を促進するためのものである。商用電源に掛っている２４時間の安定供給義務を緩和して、短時間で急速充電ができるという特徴を生かすことによって、発電所の稼働率を低下させる効果、燃焼炉を休止させておく効果、送変電ロスを低減する効果などを同時に引き出すことができるようになる。
【００３９】請求項５については、超伝導バルク単体または超伝導コイルを組み合わせ、磁気エネルギーを超伝導状態で備蓄保存しておくためのものである。超伝導は永久電流を維持するだけでなく、磁束の侵入を排除するという稀有な特性をもっている。このため外部から侵入してくる磁気を無効化することができ、付与されていた磁気エネルギーを安定した状態で保っておくことができる。この磁気エネルギーを電気エネルギーへと変換して、電力需要に即応することを可能にするための分散型の蓄電モデルである。
【００４０】請求項６については、請求項４に記載した高温超伝導ケーブルに直流電流を分散備蓄するモデルに、請求項１で記載したキャパシタを追加して組み合わせる独立分散型の電気エネルギー備蓄モデルである。電気製品に供給するための電力を高温超伝導ケーブルから引受け、キャパシタに一定量貯めておくことによって、システムにバッファ機能を付与することを目的としている。キャパシタの特性である内部抵抗の低さと、ライフタイムが長いというメリットを活用し、システムを長期間有効かつ安定的に維持することができるようになる。
【００４１】請求項７については、請求項５に記載した磁気エネルギーを超伝導状態で保存備蓄するモデルに、請求項１で記載したキャパシタを追加して組み合わせる独立分散型の電気エネルギー備蓄モデルである。請求項６と異なっている部分は、超伝導を電流で誘導するものと磁気で誘導するものとの方法の違いである。どちらのモデルを選択することも可能だが、それぞれ特性に違いがあるため、システム構成に配慮した組み合わせを柔軟に提供することができるよう配慮した。
【００４２】請求項８については、請求項４に記載の電流を高温超伝導環境で保存備蓄するモデルにおいて、請求項２に記載のリチウムイオン二次電池をキャパシタの代わりに用い、回路の中間にバッファを設けて電力の受け渡しを円滑に行うことを目的とする構成である。すべての直流型電気エネルギー供給システムは、バッファとなる蓄電デバイスを二次電源として組み込むことが可能なモデルである。キャパシタでは困難だった電圧の長期安定的な供給がこの方式を採用することにより成り立つことから、コストとライフタイムとを勘案して消費者が自在に選択することができる独立分散型の電気エネルギー備蓄供給システムとした。
【００４３】請求項９については、請求項５に記載した高温超伝導状態で磁気エネルギーを保存する電気エネルギー備蓄供給システムを支援するために、請求項１に記載のキャパシタをバッファとして回路の中間に導入するモデルである。キャパシタのメリットは充放電特性に優れ、内部抵抗が極めて少なく、寿命が相対的に永いという諸点にある。このシステム構成ではキャパシタが先に払いだした電力を、高温超伝導システムが速やかに補填し、二次電源が供給する電力に過不足が生じないよう急速充電しておくというところに特徴がある。
【００４４】請求項１０については、請求項４に記載した高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムにおいて、バッファとして請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを直流回路の中間に置き、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００４５】請求項１１については、請求項５に記載した磁気エネルギーを超伝導状態で保存する電力備蓄システムにおいて、請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを直流回路の中間に置き、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００４６】請求項１２については、請求項４に記載した電流を超伝導状態で保存する電力備蓄システムにおいて、請求項１に記載したキャパシタを回路の中間の要衝となる分岐点にそれぞれ複数混在配置して、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００４７】請求項１３については、請求項４に記載した高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムにおいて、請求項２に記載のリチウムイオン二次電池を回路の中間の要衝となる分岐点にそれぞれ複数混在配置して、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００４８】請求項１４については、請求項４に記載した高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムにおいて、請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを回路の中間の要衝となる分岐点にそれぞれ複数混在配置して、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００４９】請求項１５については、請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気を保存する電力備蓄システムにおいて、請求項１に記載したキャパシタを回路の中間の要衝となる分岐点にそれぞれ複数混在配置して、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００５０】請求項１６については、請求項５に記載の高温超伝導状態で磁気を保存する電力備蓄システムにおいて、請求項２に記載したリチウムイオン二次電池を回路の中間の要衝となる分岐点にそれぞれ複数混在配置して、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００５１】請求項１７については、請求項５に記載した高温超伝導状態で電流を保存する電力備蓄システムにおいて、請求項３に記載のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池以外の蓄電デバイスを回路の中間の要衝となる分岐点にそれぞれ複数混在配置して、負荷変動に小刻みに対応させるための緩衝機構を複合させた状態で用いる、独立分散型の電気エネルギー保存備蓄型の供給システムである。
【００５２】請求項１８については、高温超伝導を維持するための冷熱を大気成分中の窒素を冷却液化することにより需要地でこれを精製して生産したものを備蓄し、高温超伝導ケーブルまたは高温超伝導バルクを超伝導状態に保つための冷却並びに再冷凍するためのサブシステムであり、大気が存在する地球上のあらゆる地域において、超伝導現象を誘導することを可能にするための冷熱を確保することを目的とした循環型液体窒素製造モデルである。冷却の過程で先に液化する液体酸素は、備蓄してさまざまな用途に転用することもできるものだが、そのまま放置しておいても最終的に酸素濃度を引き上げる効果を大気圏へと与える効果がある。
【００５３】請求項１９については、直流回路で電気エネルギーの受け渡しを円滑に行うための措置として、最終消費を要求する電気製品の内部に小型のキャパシタ並びにリチウムイオン二次電池などの小型蓄電素子を組み込み、低圧の直流回路で使用するための無停電電源を兼ねる蓄電システムである。この措置をとることにより、あらゆる家電製品がアウトドアで使用することができるようになり、停電や舜停などを惹起することなく、安定的に一定の電力を確保して災害などの不測の事態にも即応できる潜在能力を電気製品に付与するためのものである。  この措置をとることによってすべての電気製品にバッファが組み込まれるようになると、交流対応の電気製品であってもインバーターで交流を制御することが可能となり、現在のシステムが陥っている限流で地下へ投棄する無駄な電流を生み出す必要そのものを消し去ることが可能になる。エネルギー資源を節約するその最終的な効果は、従って絶大なものがある。