2014 年 6 月発行

ISBN978-4-7983-1263-7

電力中央研究所の組織

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監事
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理事長
専務理事

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部

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研究・試験機関

社会経済研究所
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地球工学研究所

バックエンド研究センター

環境科学研究所
電力技術研究所

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横須賀運営センター

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業務グループ
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研究契約グループ
会計グループシステムグループ

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研究年報 2013年度版

電力中央研究所

CRIEPI Annual Research Report Fiscal Year 2013

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目次

index

1. 研究活動概要
2013年度研究課題構成 研究の柱と8研究所

2. 主要な研究成果

1
3
5

重点／重点
（プロジェクト）
課題
リスクの最適マネジメントの確立
軽水炉のシステム安全評価

6

原子力施設に対する自然外部事象のハザード評価

8

自然外部事象に対する原子力施設のフラジリティ評価10

放射性物質の拡散・長期動態に関する予測手法の開発

12

原子力施設における火災現象評価技術の確立

14

低線量放射線リスクの定量評価と放射線防護への反映

16

放射性廃棄物処分の長期安全性評価技術の体系化

18

使用済燃料の長期貯蔵管理技術の開発

20

電力設備に及ぼす気象・気候影響予測手法の開発

22

送配電設備の風雪害対策技術の実証

24

雷リスクマネジメント技術の構築

26

健全に機能する電力市場とネットワークの中立化

28

省エネ・環境制度の分析 〜経済・安全保障との調和の視点で〜

30

科学・経済的合理性を持ったCO2排出削減シナリオの構築

32

設備運用・保全技術の高度化
原子炉圧力容器・炉内構造物健全性評価

34

軽水炉の機器・配管健全性評価

36

軽水炉のケーブル健全性評価

38

軽水炉機器・配管に対する非破壊検査技術の開発

40

高クロム鋼製高温機器の設備診断技術の開発

42

火力発電の大気環境総合評価技術の開発

44

生物多様性に配慮した電力施設の建設・運用支援技術の開発

46

ダム流域土砂管理のための統合システム開発

48

経年電力流通設備の維持管理技術の構築

50

経年鉄塔の健全性評価技術の開発

52

次世代電力需給基盤の構築

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微粉炭火力の燃料種拡大のための運用技術開発

54

低品位資源利用技術の高度化

56

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次世代電力需給協調システムの開発

60

次世代通信ネットワークシステムの構築

62

日本型デマンドレスポンスの成立性評価

64

次世代ヒートポンプの開発と評価

66

高性能二次電池評価技術の確立

68

基盤技術課題システム技術研究所

72

原子力技術研究所

74

地球工学研究所

76

環境科学研究所

78

電力技術研究所

80

エネルギー技術研究所

82

材料科学研究所

84

87

4. 活動実績93〈 付表 〉
98（2）
主要な出版物

104（3）
主要な外部表彰105（4）
公刊物等一覧

107

３ 主要な新規研究設備

（1）
研究報告等

２ 主要な研究成果

3. 主要な新規研究設備

２ 主要な研究成果

70

２ 主要な研究成果

社会経済研究所

２ 主要な研究成果

58

１ 研究活動概要

太陽光発電大量導入時の系統セキュリティ評価

４ 活動実績

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して
アクセスし

Q13001

され検索することで容易に入手することが出来ます。

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1.研究活動概要

１
研
究
活
動
概
要

2013年度研究課題構成- 研究の柱と8研究所

年度研究課題構成

2
0
1
3

研
究
の
柱
と
８
研
究
所

1

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１.研究活動概要
2013年度、当所は、我が国の経済活動の基盤を支える電力の安定供給に向け、堅固で柔軟なエネルギー需給構造の構築を目指した研究を、中期的な研究の方向性を示す「リスクの最適マネジメントの確立」、「 設備運用・保全技術の高度化」、「 次世代電力需給基盤の構築」の3つの研究の柱のもとで推進しました。また、電気事業にとって喫緊の課題となっている
軽水炉の安全性高度化や電力設備の自然災
害対策について、当所の総合力を発揮し、最優先で取組みました。
電気事業にとって現在または近い将来に必要不可欠な技術のうち、当所が重点的に取組
み、維持・継承または発展させる32課題を重点課題として研究を推進しました。また、重点課題の中でも、特に総合力を発揮して早急に解決すべき喫緊の10課題を重点（プロジェク
ト）
課題とし、着実な成果の創出を図りました。
なお、連携すべき重点課題および重点
（プロジ
ェクト）
課題を11の課題群にグループ化し、効果的に研究を推進しました。また、36の基盤
技術課題を設定し、8つの専門別研究所*の特長と専門能力を活かした取組みにより、電気事業の現場における課題解決の源泉となる基盤技術力や専門分野毎の研究力を強化しました。具体的には、現場での調査や実験・計測によるデータ・ノウハウの蓄積、分析手法や解析手法の開発・整備・改良、新たな着想を具体化するための基礎研究などに取組みました。
2013年度に得られた主要な研究成果を、重点課題については課題毎に、基盤技術課題については専門別研究所単位で、各研究課題の目的などと合わせて2章（主要な研究成果）に示します。
電気事業の技術基盤を支え、当所の基盤研究力を維持・強化するための大型研究設備については、陸上氾濫した津波特有の流れを再現可能な「津波・氾濫流水路」、電線やがいしへの強風・湿型着雪およびギャロッピング現象の観察および対策効果を検証する「実規模送電線雪害試験設備」、種々の燃料を用いた模擬燃焼が可能な「火力次世代燃料高度燃焼試験
設備」、炭化燃料化技術における最適な条件設定を評価できる「炭化燃料化実験設備」、各
種ヒートポンプ商品の性能評価に資する「ヒー
トポンプ開発試験設備」等を導入しました。
＊「社会経済研究所」、「システム技術研究所」、「 原子力技術研究所」、「 地球工学研究所」、「 環境科学研究所」、「電力技術研究所」、「 エネルギー技術研究所」、
「 材料科
学研究所」

設備運用・保全技術の高度化

次世代電力
需給基盤の構築重点／重点（プロジェクト）課題
重

リスクの最適マネジメントの確立

基盤技術課題2

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2013年度 研究課題構成 （2014年3月31日現在）
重点／重点（プロジェクト）
課題
重点課題：・ 重点（プロジェクト）課題：○ 基盤技術課題：◆ 課題群：枠囲み （：原子力、：発電（原子力除く）、：電力流通、：需要サイド、：社会・経済）リスクの最適マネジメントの確立

設備運用・保全技術の高度化

次世代電力需給基盤の構築

軽水炉安全性高度化〇軽水炉のシステム安全評価〇原子力施設に対する自然
外部 事 象のハザード評 価〇自然外部事象に対する原子力施設のフラジリティ評価〇放射性物質の拡散・長期動態に関する予測手法の開発〇原子力施 設における火 災
現象評価技術の確立

軽水炉保全支援・原子炉圧力容器・炉内構
造物健全性評価
・軽水炉の機器・配管健全性評価
・軽水炉のケーブル健全性
評価
・軽水炉機器・配管に対する非破壊検査技術の開発

火力発電技術の高度化
・微 粉 炭 火 力 の 燃 料 種 拡
大のための運用技術開発
・低 品 位 資 源 利 用 技 術 の高度化

放射線リスク解明
・低線量放射線リスクの定量評価と放射線防護への反映

発電施設の建設・運用・保全支援〇高クロ ム 鋼 製 高 温 機 器の設備診断技術の開発
・火力発電の大気環境総合評価技術の開発・生物多様性に配慮した電力施設の建設・運用支援
技術の開発
・ダム流域土砂管理のための統合システム開発

次世代グリッド技術の確立〇太陽光発電大量導入時の系統セキュリティ評価
・次世代電力需給協調シス
テムの開発
・次 世代 通 信ネットワーク
システムの構 築
・日本型デマンドレスポン
スの成立性評価

2
0
1
3

-

電力流通設備の自然災害対策
・電力設備に及ぼす気象・気候
影響予測手法の開発
・送配電設備の風雪害対策
技術の実証
・雷リスクマネジメント技術の構築

研
究
活
動
概
要

年度研究課題構成

バックエンド事業支援
・放射性廃棄物処分の長期
安全性評価技術の体系化
・使用済燃料の長期貯蔵管理技術の開発

１

研
究
の
柱
と
８
研
究
所

エネルギー高度利用技術の開発〇次世代ヒートポンプの開発と評価
・高性能二次電池評価技術の確立

電力流通設備の運用・保全支援〇経年電力流通設備の維持管理技術の構築・経年鉄塔の健全性評価技
術の開発

エネルギー・環境制度の評価・分析〇健全に機能する電力市場とネットワークの中立化
・省エネ・環境制度の分析〜経済・安全保障との調和の視点で〜
・科 学・経 済 的 合 理 性 を持ったCO 2 排出削減シナ
リオの構築

基盤技術課題社会経済研究所

システム技術研究所

原子力技術研究所

地球工学研究所◆ 電気事業経営◆ 電力システム◆ 原子炉システム安全◆ 地圏科学◆ 経済･社会システム◆ 需要家システム◆ 燃料・炉心◆ 地震工学◆ エネルギー技術評価◆ 通信システム◆ 燃料サイクル◆ 構造工学◆ 情報数理◆ ヒューマンファクター◆ 流体科学◆ 地下エネルギー利用技術

環境科学研究所

電力技術研究所

エネルギー技術研究所

材料科学研究所◆ 大気・海洋環境◆ 高電圧・絶縁◆ 高効率発電◆ 構造材料◆ 水域環境◆ 雷・電磁環境◆ 燃料高度利用◆ エネルギー変換・貯蔵材料◆ 生物環境◆ 高エネルギー◆ ヒートポンプ・蓄熱◆ 機能材料◆ 応用生物工学◆ 電力応用◆ エネルギー変換◆ 高性能SiCパワー半導体◆ 環境化学◆ 大電流技術◆ 熱流体・反応数値解析◆ 材料評価共通技術

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2.主要な研究成果
重点／重点（プロジェクト）課題 - リスクの最適マネジメントの確立
設備運用・保全技術の高度化

基盤技術課題重点／重点︵プロジェクト︶
課題

次世代電力需給基盤の構築

5

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - リスクの最適マネジメントの確立

軽水炉のシステム安全評価
背景・目的

主な成果

原子力発電プラントの安全性を高めるためには、詳細な現象を把握できる解析モデルによる事象進展シミュレーションと定量的リスクを施す必要がある。
本課題では、安全性向上策の評価システムを高度化し、それらの対策の有効性の定量的評価を行って脆弱な部分を明らかにし、安全性の向上に有効な設備改造や設備追加など評価を目的としている。

1

過 酷 事 故 解 析コードの モデ ル 解 明

BWR代表プラントの全交流電源喪失に起因するTBU＊1 解析をできる限りモデルパラ
メータを合致させた上で、MELCOR2.1＊2とMAAP5.01＊3 で実施し、両コードの解析モ
デルの違いが事象進展の解析結果に及ぼす影響を調べた。その結果、燃料落下開始までの事象発生時間は比較的よく一致するものの、炉心支持板破損から格納容器（PCV）破損までについては、いくつかの解析モデルの違いに起因して、事象発生時間に差が現れるこ2

B W R原 子 炉 建 屋 内 水 素 ／ 水 蒸 気 挙 動 評 価 手 法 の 開 発

BWRの過酷事故時に、原子炉格納容器を経て建屋内空間に漏えいする水素挙動をCFD（ 数 値 流 体 解 析 ）コードを用いて３次元解析を行った。また、
これまでに開発したCFD解析の結果を予測する集中定数系（LP）モデルを、ブローアウトパネル等の側壁開口部を通る対向流が生じる場合（図3）も扱えるように拡張し3た。様々な開口条件についてCFD解析とLPモ
デルの評価結果を比較し、よい一致が確認された。これにより、計算コストの大きなCFD解析の実施に先立ち、LPモデルを用いて結果を予測することで効率的な評価を行うことが可能となった。

反 応 度 事 故（ R I A ）時 の 評 価 モデ ル 高 度 化 の ため の 計 測 技 術 の 開 発

RIAは、制御棒落下などにより原子炉出力が急速に増大し、1秒未満の短時間に被覆管
表面が乾く事象である。当該事象における沸騰気泡挙動と燃料温度を把握することは、反応度フィードバック＊4を考慮する上で重要である。そのため、RIAを模擬する直接通電加熱

4とが明らかとなった（図１）。また、原子炉容器(RPV)破損時に1次冷却系が高圧となるため、格納容器直接加熱（DCH）を考慮した場合、RPV破損直後にPCV破損が生じる結果となる（図1）。またその場合、ペデスタル床と壁のコンクリートの侵食は発生せず、かつ溶融炉
心−コンクリート相互作用（MCCI）による水素もほとんど発生しない結果となることがわ[L13006]。
かった（図2）

体系において、ボイド率と過渡温度の計測が可能な技術を開発した。被覆処理を施したワ
イヤメッシュセンサで平衡回路を組むことで電位影響を消去できる3点式熱電対システムを構築し、時定数0.1秒以下の優れた応答性で高精度の二相流計測を可能とした（図４）。

外部事象による共通原因故障を考 慮したレベ ル１PRAモデル の 構築

2012年度作成した代表的BWRプラントの内部事象および地震影響レベル１PRA（炉心損傷頻度を評価する確率論的安全評価）モデ
ルを基に、津波の重畳影響を考慮したプロト
タイプモデルを構築した。また、このモデルに入力するフラジリティデータを整備するため、プラントの津波影響に対し重要な設備である
水密扉と海水ポンプの津波フラジリティ＊5 の評価を行い、津波ハザードとフラジリティを結合する際の課題を抽出した。

＊1 電源喪失（DG起動失敗を含む）。
＊2 MELCOR:NRC（米国）
が開発している過酷事故解析コード。日本では、規制側が利用している。
＊3 MAAP:EPRI（米国）
が開発している過酷事故解析コード。主に事業者側が利用している。
＊4 炉出力の急上昇時に燃料温度変化に対応して炉出力を抑制する効果。
＊5 ある規模の津波に対する条件付き機能損失確率。
6

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Ề⣪Ὦථ

0

1

4

5

200

400

160

320

120

電気出力

10mm

80

160

40
0

240

内表面温度

0

2

熱電対の時定数0 .1 s 以下

80
04
経過時間 [s]ロッドの電気出力[W]

ロッドの内表面温度 [℃]䜮䝞䝙䝱

ボイド率 α [-]䝚䝱䞀䜦䜪䝌䝕䝑䝯Ề⣪⃨ᗐ䟺%䟻23

図２ TBUシーケンスに及ぼすDCHの影響（ペデス
タルでの水素発生量とコンクリート侵食深さ）
D C Hとは、R P V 破 損 時に高 温 の 炉 心デブリが 水 蒸 気
等 のガスとともに高 圧でP C V へ 放 出され、P C Vに熱的・機械的な負荷が発生する事象である。DCHを考慮した場合、デブリの大部分がペデスタルからドライウェ
ルへと流出するため、ペデスタルでのMCCI発生が小規模となり、コンクリート侵食量および水素発生量ともに少なくなる。一 方 、D C Hを考 慮しない 場 合は、すべてのデブリがペデスタル内に留まり、大規模なMCCIが発生する。

重点︵プロジェクト︶
課題

図１ TBUシーケンスにおける主な事象の発生時間の比較
炉 心 支 持 板 破 損 以 降 の 事 象 発 生 時 間にM A A PとMELCORで大きな差が現れること、また1次冷却系が高圧状態で原子炉容器が破損したときに発生する可能性のある格納容器直接加熱（DCH）を考慮した場合、原子炉容器破損直後に格納容器破損が発生するという厳しい結果になることが確認された。

6

1
二相流

0.5
0

液単相

0

0.05

0.1

0.15

0.2

経過時間 [s]図3 建屋内水素挙動評価
ＢＷＲの過酷事故時に、原子炉格納容器から建屋内空間に漏えいする水素の詳細挙動に対してCFDコードを用いた3次元解析を実施した。ブローアウトパネルにおいて上側から排気、下側から吸気の対向流となることを考
慮して、これまでの集中定数系モデルを拡張した。

図4 RIAを対象とした計測技術の開発
RIAを模擬する直接通電加熱体系において、ボイド率と過渡温度の計測が可能な技術を開発した。模擬発熱
体の表面温度を計測するために3点式熱電対システムを構築し、過渡的な温度変化に追従できることを確認した（上図）。また、ワイヤメッシュセンサを被覆処理により改良したセンサにより、直接通電時においても二相流計測を行うことが可能となった（下図）。

7

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - リスクの最適マネジメントの確立

原子力施設に対する自然外部事象のハザード評価
背景・目的

東日本大震災以降、原子力発電所の稼働率が著しく低下し、電力の安定供給への支障が主な成果

原子力発電所の安全性を確保することが喫緊の課題となっている。

指摘されている。地震・津波・火山噴火等の巨本課題では、安全性確保の取組みに対する大な自然外部事象の規模や発生頻度を把握

信頼回復に向け、自然外部事象に起因するハ

し、発生地点や敷地への到達時間など現象のザードの評価手法を開発し、原子力施設の安メカニズムを理解した上で対策立案を進め、全性向上と高度化を図る。

1

長大活断層帯を対 象とした合理的な強震動評価法

複数のセグメントが連動する100km超の1992年Landers地震のパラメータ（アスペ

長大活断層帯を対象とした強震動評価では、

リティの位置やサイズ・すべり量等）と、それにアスペリティ＊を設定するための経験則が適伴い生じた地表変位量の分布の関係を整理し用できない可能性が指摘されている。そこで、た。その結果、アスペリティの幅やすべり量が従来の経験則ではなく、地表で得られる活断

定性的に地表変位量の分布と相関があること

層情報に基づいてアスペリティを設定する手を見出した[1]。

法の開発を目的として、長大断層地震である

2

バランス断 面 法に基づく震 源 断 層 評 価 法

活断層の定量的な連動性評価手法の開発

めた堆積層の変形について、バランス断面法

にあたり、震源断層端部の特徴を明確にする

解析を行うことにより、2次元断層深部形状を必要がある。そのため、1964年新潟地震震源

モデル化した。さらに、2次元モデルの重ね合域（海域）の2次元反射法地震探査によって求わせにより3次元断層構造を得た[2]。

3

噴 火 実 績と数 値 流 体 解 析に基づく火 山 活 動 評 価 法

噴火実績に基づく火山活動の評価のため、

価ガイドや火山影響評価指針類（IAEA SSG-

北海道恵山火山における過去5万年間の噴火

21やJEAG4625）に基づく、安全性評価手法

史（活動年代と噴出量）
を整理・解析し、経験的の改良と精度向上を目指す。また、重要構造

噴火予測モデルを構築した。モデルの前提条物に対する降灰のハザード評価の視点から、件が正しいとみなされる場合は、最新の溶岩

火山灰の輸送に関わる数値流体解析技術とし

ドーム噴火から約9,000年が経過しているこて、火山灰の移流・拡散・沈降評価および噴煙とから、地下のマグマ溜りには、大きな体積の柱評価の現状と、今後取組みが望まれる空間[3]

マグマが蓄積していると推定される 。この的な評価が可能な多次元モデルの適用に関ようなモデルにより、原子力発電所の火山評する課題を抽出・整理した[4]。

＊ 断層境界上の凸部分で、強度 (摩擦抵抗) が大きく、すべると大地震が起こる。
［1］栗山・佐藤、日本地震学会2013年秋季大会予稿集、2013［2］Kimura and Okamura, Abstract for 2013 AGU Fall Meeting, 2013［3］Miura et al., GSA Bulletin, 125, 1503-1519, doi:10.1130/B30732.1, 2013［4］須藤・服部・土志田, 日本風工学会誌, 38, 416-425, 20138

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図1 長大活断層帯を対象とした合理的な強震動評価手法の検討
帯を対象とした合理的な強震動評価手法の検討を対象と た合理的な強震動評価手法 検討
複数のセグメントが連動した1992年Landers地震について、震源断層パラメータ(Wald and Heaton, 1994)と地
表変位量分布(Sieh et al., 1993)をセグメントごとに整理した［1］。各セグメントについて、震源断層面上で相対的にすべり量が大きいアスペリティ領域の幅や出現位置が、定性的に地表変位量の分布と相関があることが示唆される。

重点︵プロジェクト︶課題

図2 バランス断面法に基づく震源断層評価法
1964年新潟地震（M = 7.5）震源域でバランス断面法による断層深部形状モデル作成の推定例［2］。反射法地震探査→解釈→バランス断面→3D断面構造の順に地下構造をモデル化し、震源断層・連動性評価への活用を図る。

図3 経験的噴火予測モデルに基づく火山評価
北海道恵山火山における過去5万年間の噴火史に基づく経験的噴火予測モデル［3］。A：時間―累積噴出量の実績図。
B：マグマ溜りの移動によりAにみられる噴出量の変化を説明した概念図。EsMP, EsHD1, 2, 3, 4は主要な噴火活動の名称を示す。

9

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - リスクの最適マネジメントの確立

自然外部事象に対する原子力施設のフラジリティ評価
背景・目的

2011年東北地方太平洋沖地震による福島と将来の不安払拭に向けた継続的な取り組み

第一原子力発電所の事故以来、原子力発電所が不可欠である。本課題では、地震・津波等のの稼働率が著しく低下し、電力の安定供給へ

自然外部事象に対する原子力発電施設の安の支障が指摘されている。原子力発電は、低全性評価手法を確立することにより、原子力

炭素社会を実現するための有力な発電方式

発電所の安全性向上と信頼回復に貢献し、以であるとともに、安定供給を支える重要電源て電力の安定供給に資する。

である。このためには、安全に対する信頼回復
主な成果

1

津 波 漂 流 物リスクの 評 価

原 子 力 発 電 所における津 波 漂 流 物リスク評価手法を開発した。これらの手法を用いる

評価手法の確立に向けて、津波漂流物の簡易ことにより、津波漂流物リスクのスクリーニン

移動判定手法（図1）および新しい漂流物衝突

グ、および津波漂流物に対する発電所設備・機力の推定手法を提案するとともに、津波漂流器のフラジリティ評価における外力推定が可物挙動解析モデルを用いた漂流物衝突確率

能となる。

2

津 波・氾 濫 流 水 路 の 導 入原子力発電所施設・機器の対津波健全性評

つ長時間継続する速い流れを大規模に再現で価試験が実施可能な大型研究設備「津波・氾き、津波による波圧や漂流物の衝突力、また、

濫流水路」（ 図2、3主要な新規研究設備参照）

津波外力作用時における施設・機器を対象とを開発・導入し、実用化のための動作確認試験

した応答・破壊変形挙動の評価試験などに適を実施した。津波・氾濫流水路は、陸上氾濫し用が可能である。

た巨大津波の特徴である段波状の先端を持

3実規模免震破断試験による軽水炉向け免震装置 の 破断限界 の 評価*

原子力施設への建屋免震構造の適用性を

径1600mm、支持荷重900トンの積層ゴムを検討する上で必要となる免震装置の終局特性

実物大スケールで用いた。実験の結果、実物大を実験的に評価した（図3）。試験体には、軽水の積層ゴムが従来の縮小試験等から予測され炉発電の実機プラントを想定して設計した直た破断力学性能を有することを実証できた。

4

鉄 筋コンクリート部 材 崩 壊 解 析プログラム の 開 発

従来の鉄筋コンクリート構造物の耐震性評

コンクリート部材・架構が崩壊に至るまでのシ

価は、一部材の破壊を評価基準としているが、ミュレーションを目的とした構造解析プログ

部材が破壊した後の挙動まで追跡できるようラムの開発を進めている(図4)。これまでに、になれば、冗長性（全体として求められている

コンクリート用平面要素、および幾何非線形

機能を維持する性質）を定量化でき、評価の性を考慮した梁（鉄筋）要素を組込み、試解析

合理化・設計想定を超えた場合に生じる現象

によってそれらが単体で機能することを確認の解明に役立てることができる。そこで、鉄筋した。

＊ 資源エネルギー庁補助事業「平成25年度発電用原子炉等安全対策高度化技術開発」
ならびに電力共通研究「免震システム評価手法開発」の一部であり、公募研究として当所が破断試験を受託した。
［1］T.Hiraki et.al: Development of a evaluation method for seismic isolation systems of nuclear power facilities (Part 9),
Proc. on the ASME-PVP,2004.
10

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Ềም䛴㊬䛳୕䛒䜐重点︵プロジェクト︶課題

図1 津波による軽油タンクの簡易移動評価
直下置き（黒）、および、底部基礎ボルト止め（赤）された
軽油タンクの滑動・転倒・浮き上がり限界と、流速・浸水深の関係を表している。破線は転倒限界を表し、実線は滑動限界を表し、一点鎖線は浮き上がり限界を表す。評価設備周辺の流速および浸水深の値が、滑動・転倒・浮き上 がりの 限 界を表す各 曲 線よりも左・下 の 範 囲であれば、津波による滑動・転倒・浮き上がりが生じない。

図2 津波・氾濫流水路での試験例
津波・氾濫流水路を用いた試験の一例。高さ1.5mの防潮堤に作用する波圧を調べる試験にて、大量の気泡が混入された津波先端部が防潮堤に衝突する直前の流れ( 上 図 )と、衝 突 直 後に水 塊 の 跳ね上 がりが 生じた様 子
(下図)。

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せん断破壊する
コンクリート平面要素(a)ム㥺మ 水平ひずみ100％(設計レベル)Ềᖲንᙟ
鉛直力を受けて曲がる梁（鉄筋）要素(b)
水平ひずみ450％(破断直前)(c)
水平ひずみ450％(破断後)シミュレーションの目標（2012年度実験）

図4 RC構造物崩壊解析プログラムの開発
図3 実規模免震装置の破断試験映像［1］試 験 の 一 例として、定格荷重約900トンの上下荷重を作 用させた状 態で、水 平 方 向 の 変 形を徐々に大きくして破断に至った試験ケースにおける試験体の変形状況を示す。試設計された免震装置は、設計レベルを大きく超える変形性能を有することが確認された。

左下写真のような状態に至るまでのシミュレーションを行うための構成要素の開発を進めている。せん断破壊
過程の追跡精度に優れた前川の鉄筋コンクリート平面
要素モデル（上）、および幾何非線形を考慮した梁要素（右）を当所の構造解析プログラムMastrdに組込み、それらの動作確認を行った。

11

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - リスクの最適マネジメントの確立

放射性物質の拡散・長期動態に関する予測手法の開発
背景・目的

原子力発電所の安全性を評価し、継続的なに、海生生物や森林等を対象とした環境放射向上を図るためには、過酷事故時の大気およ

能のモニタリング手法および放射性物質の移び海洋などの環境影響評価や原子力防災措行を評価する手法を開発する。これらの手法

置を事前に検討しておく必要がある。

の開発により、環境影響評価の側面から原子

本課題では、放射性物質の大気および海洋力発電の安全性向上に寄与する。

の環境中での拡散予測手法を開発するととも

主な成果

1

原子力発電所から放出された放射性物質 の 大気拡散予測

当所が開発した大気拡散モデルを改良し、1）。また、広域大気輸送モデルの高解像度化

過酷事故時に大気放出された放射性物質のを行い、既往の野外実験による観測値と比較

拡散・沈着量評価に加えて、地表沈着に伴う外した。格子解像度や放出源からの距離に応じ部被ばく量なども評価できる機能を追加し、た再現精度の評価を行い、現状の問題点を明数10km範囲を対象として発電所からの放射らかにした。

性物質放出時における適用性を確認した（図2

原子力発電所から放出された放射性物質の海洋拡散予測と海生生物移行評価

福島第一原子力発電所事故時に放出された [1]（図2）。また、海底土の 137 Csの存在量とた放 射 性 物 質 の 環 境 中 実 態 把 握 のため、海移行を推定するとともに [2] 、食物連鎖による

洋 中に直 接 漏 洩した 場 合 を 想 定し、大 気 か移行を含む海生生物移行シミュレーション解

らの放射性物質降下も考慮した北太平洋ス

析から、初期の海水中 137 Cs濃度とその減衰

ケールの海洋中 137 Cs濃度シミュレーション

条件を設定し、海水および海生生物中の濃度を実施した。その結果、海洋中層への沈み込

減衰と両者の関係を明らかにした [3]（図3）。

みといった海洋特有の拡散特性を把握でき3

環 境 中 放 射 性物 質 の 樹 木における移 行 評 価

千 葉 県 北 西 部 にお い て 、2 0 1 1 〜 2 0 1 3

れた（図4）。一方、放射性Csは枝や葉の伸長

年 の 夏 期に17 種 5 1 本 の 樹 木から試料を採を通して新芽などで高い場合も見られ、新た取し、枝と葉 別に放 射 性 C s（ 1 3 4 C s 、およびに展開した組織に移行している可能性を示し

137 Cs）
濃度を測定した。その結果、放射性Cs

た。これらの結果は、汚染樹木の伐採・管理等

濃度は樹種によらず経年的な減少傾向が見らへの応用が期待できる [V13008]。

［1］Tsumune, et al., Biogeosciences, 10, 5601-5617, 2013［2］三角和弘 他、日本海洋学会、2013年度日本海洋学会秋季大会、2013［3］立田 穣, Isotope news, 719, 201412

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14/05/28 10:55

ᨲᑏᛮ䜿䜻䜪䝤⃨ᗐ䟺㻥㼔100

重点︵プロジェクト︶課題㻏㻥㼔㻃㼎㼊㻐㼚㼈㼗㻐㻔䟻

図 1 大 気 拡 散モデ ルによる計 算 例
仮 想 的 な 原 子 力 発 電 所 地 点 にお い て 、排 出 源 高 さや
周 辺 の 気 象 条 件に基 づき複 数 の 放 出 源からの 放 射 性
プ ル ー ム の 大 気 拡 散 予 測 を 行 い 、次 い で 放 射 性 物 質（Cs、I、希ガスなど）による外部被ばく量を評価した。

0.01
㻓

㻜㻓

図2 2012年１月‑３月における北太平洋の 137 Cs濃度
分布(Bq m -3 )図 3 海 水と海 生 生 物 中 の 1 3 7 C s 濃 度 変 化 の シミュ
レーション結果

137

C s は 北 太 平 洋 の 東 向きに拡 散し、カラーコンター

海 水 中 濃 度 が 5 日 間 で 1 B q L - 1 に達し、5 日 後に低 下はシミュレーション結 果 、丸 印 は 観 測 結 果 の 濃 度に対した条件で海生生物中の 137 Cs濃度(Bq kg -1 )を計算

応する色を示す。白丸印は福島事故以前のバックグラした。海水中最大濃度1Bq L -1 に対する海生生物中のンド濃度を示す。

137

Cs濃度(Bq kg -1 )と同時に濃度比も示す（縦軸）。

図4 枝葉別放射性セシウム残存率の経年傾向
枝、葉別に、各年次採取試料における放射性セシウム濃度を2 0 1 1 年 採 取 試 料に対する濃 度 比（ 放 射 性セシウ
ム残存率;%）
として表示した。2012年には樹体内の移動 などにより特に枝にお いて高 い 残 存 率であったが 、
2013年には枝で約30%、葉では20%まで低下しており、物理的な放射性セシウムの壊変に伴う減少（半減期は 134 Csが2年、137 Csが30年）を上回る大幅な減少が確認された。これらは、樹体の生長にともなう新芽への移行や風雨による洗浄の効果と考えられる。

13

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - リスクの最適マネジメントの確立

原子力施設における火災現象評価技術の確立
背景・目的

原子力発電所の新規制基準適合性審査で

本課題では、火災影響軽減対策（消火設備は、平成25年6月に制定された火災影響評価

等）の評価試験を行い、妥当性を確認する。さガイドに従い、説明性の高い検証結果に裏付らに、火災源（補機油やケーブル火災、アーク

けられた火災影響軽減対策を提示する必要が火災等）に応じた燃焼挙動の予測精度向上にある。さらに、再稼働後の定期安全レビューでより、火災ハザード評価手法の高度化を図り、求められる内部火災によるリスク低減のため、合理的かつ科学的な火災影響軽減対策の構火災ハザード評価を行い、火災影響軽減対策

築に寄与する。

脆弱部の継続的な改善を図る必要がある。

主な成果

1

ケーブルトレイ内火災に対するチューブ式自動消火装置の施工方法の確立

原子力発電所の火災影響を軽減するため

スの過電流による難燃性高圧電力ケーブルに実施する対策のうち、ケーブルトレイ内火の火災消火試験（図2）を行った。その結果に災に対する自動消火設備として、チューブ式

基づいて、環境配慮型ハロゲン化物消火剤を自動消火装置（図1）の施工が有望とされてい充填した消火装置の最長対応範囲50mの消る。その有効な施工方法を確立するため、水火能力となる施工方法を確認し、実施工への平および垂直姿勢の実機最大幅（1.8m）の金

適用性の見通しを得た。

属蓋付きケーブルトレイを用いて、2kAクラ

2高圧スイッチギア の 内 部アーク火災発生限界 の 解 明

東日本大震災の際に女川原子力発電所でいことを明らかにした（図3）。さらに、高圧ス発生した高圧スイッチギア＊1 の大規模アーク

イッチギア内に発生する圧力や筐体の破損に火災を踏まえ、アーク発生時の火災ハザード

伴う高温ガスの放出状況を予測可能なCFD

評価に向けて、2種類（6.4kVと8.0kV）の高コード（数値流体解析コード）を開発し、内圧に圧スイッチギアを用いた内部アーク試験を行よる筐体の破損形態や周辺への熱的影響範い、アークエネルギーが25MJ以下では、アー囲を同定できることを確認し、火災ハザード評

クの発生位置にかかわらず、火災に進展しな価に適用できる見通しを得た。

3

火災解析コードFDSによる区画火災時の空気温度等の高精度推定方法の構築

火 災 影 響 評 価にお いては、安 全 上 重 要 な件に大きく依存する。このため、火災上昇流や機器等の発火時間や損傷時間（損傷に至るま

高温鉛直壁面の熱伝達を対象にしたFDSのでの時間）を合理的に算定する必要がある。

検証試験を実施し、計算メッシュ間隔や火源

代表的な火災解析コードの一つであるFDSの熱分解条件を適切に設定することによって

＊2は、
複雑な
Simulator）

空気温度等を高い精度で推定できる手法を（Fire Dynamics

形状で構成された区画の火災事象の詳細な確立した（図4）[N13010]。

評価に適しているが、その解析精度は入力条＊1 電力系統を保護・制御するためのしゃ断器等の保護継電器と高圧の母線を一緒に金属製筐体に収めたもの。
＊2 米国NIST（National Institute of Standards and Technology）
により開発された、火災時の熱流動や物質輸送等を主な対象とする
CFDコード。計算負荷は比較的大きいが、空気温度の空間分布等の評価が可能である。
14

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図1 チューブ式自動消火装置のケーブルトレイへの施工例
チューブ式自動消火装置は、消火剤ボンベ、検知チュー
ブ 、消 火 用 配 管 、容 器 弁 等にて 構 成 される。作 動 原 理
は 、窒 素を加 圧 封 入したポリアミド製 の 検 知 チューブが、火炎の熱（感知温度：180℃）で破裂することにより、ボンベ入口の消火剤容器弁（空気作動弁）を作動させ、剤が有する燃焼反応の抑制作用および冷却効果により消火を行う。熱（温度異常）を検知して自動的に作動するため電源不要で、停電時にも消火が可能な自動消火設備である。

図3 高圧スイッチギア内部アーク試験で測定された
アークエネルギーと火災発生限界
2種類の高圧スイッチギア（電圧6.4kVおよび8.0kV,
三 相 三 線 式 ）を用 い て 、アーク発 生 時 間をパラメータ（0.1〜2.2秒）
として、三相短絡電流条件（約20ｋA）におけるアーク放電（母線材質：銅）試験を行い、アークに発生するエネルギー量 ※を測定した。アークエネルギー
が25MJ以下では、アークの発生位置（遮断器室内および母線室内）にかかわらず、二次的な火災に進展しないことを確認した。
※アーク放電エネルギーにより盤内の空気が加熱され、その高温空気が盤外あるいは隣接する電気盤内へ噴出し、隣接機器へ熱的影響を及ぼす可能性がある。

重点︵プロジェクト︶課題

消火剤（Novec1230：常温液体、沸点49℃）が放出される。消火ノズルから消火剤を対象区域に噴射し、消火

図2 過電流によるケーブル火災試験概要
電 力 技 術 研 究 所・大 電 力 試 験 所（ 横 須 賀 地 区 ）の 過
電 流 試 験 設 備 を 用 い て 、非 難 燃 性 高 圧 電 力 ケ ー ブ ル（6.6kV-CV-3C-150sq）の許容電流の約6倍（2kA）の過電流によるケーブル火災消火試験を実施した。試験では、リングトランスにより連 続 通 電し、ケーブ ル 火災を再現した。
消火剤配管の端部を模擬した耐火シートで被覆した実機最大幅（1.8m）の金属蓋付きケーブルトレイを用いて、垂直姿勢および水平姿勢における火災消火試験を実施し、チューブ式自動消火装置の最長対応範囲である50mの使用が可能であることを確認した。

図4 火災解析コードFDSによる火災上昇流の解析例
火災解析コードFDSでは、温度・流速・酸素濃度等の空間 分 布 および そ の 時 間 的 な 変 化 が 得られる。左 図 に示す液体可燃物（エタノール・火皿直径30cm）からの
火 災 上 昇 流 解 析において、計 算メッシュ間 隔 が 火 炎 特
性 長 さ（ 発 熱 速 度を基に定 められる長 さスケ ー ル ）の
1/20以下であれば、非定常状態の瞬時空気温度などが精度良く再現できる。また、右図に示す高温鉛直壁面
近傍の自然対流解析においては、計算メッシュ間隔が層流対流境界層の相似変数（壁面からの規格化した法線
方向スケール）の0.6以下であれば、壁面極近傍の非定常な熱流動が再現できる。

15

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

低線量放射線リスクの定量評価と放射線防護への反映
背景・目的

主な成果

原子力施設の作業員の被ばくや、原子力事
故等によって生じた放射性物質による環境汚防護基準の合理化につながる。また放射線リ
スク評価の基盤となる線量評価の精度向上も染から受ける公衆の被ばくは、低線量率であるものの長期間にわたる被ばくとなる。このよ
うな被ばくは高線量率被ばくと異なり健康リ

重要な課題となっている。
本課題では、低線量率での放射線影響の根拠となる生物学的機構を実験的研究により解スクが増大しないこと、すなわち線量率効果があることが、高自然放射線地域での疫学調査から示唆されており、その生物学的な機構を示すことは、放射線に対する不安の軽減や明し、線量率効果を放射線防護体系に反映することを目指すとともに、放射線リスクの不確実性低減に向けた線量評価手法を開発する。

1

線量率効果 の 解 明に向けた組織幹細胞 の 放射線影響評価手法 の 開発

がんは組織幹細胞＊1（以下、幹細胞）に障害が蓄積することで生じる。通常、生体組織内においては、複数の幹細胞が集団を形成して機能を維持していることが知られている。低線
量率放射線被ばくでは、放射線によって傷ついた幹細胞と傷ついていない健常な幹細胞が集団内に混在するような状況が生じる。このとき、傷ついた幹細胞と健常な幹細胞との間で競合が起こり、傷ついた幹細胞が排除されれば、放射線による幹細胞の障害は集団全体として蓄積しにくくなると考えられる。当所は、これが線量率効果のメカニズムの一つで2あると考えて、その検証に取り組んでいる。
この競合を詳細に解析するために、腸管幹細胞のオルガノイド＊2 培養技術（図1）を用いた実験系を開発し、0〜4 Gyの照射を受けた幹細胞の生存率を明らかにした（図２左）。さらに、この実験系を応用して、2 Gy以上の高線量照射後に生き残った幹細胞の組織を再生する能力が高くなっていることを定量的に明らかにした（図２右）。このように、本実験系は放射線照射後の幹細胞の挙動を試験管内で定量的に解析可能で、幹細胞間の競合による線量率
効果の検証に適用できることを確認した[1]。

クリアランス検 認＊3 における放 射 線 計 数 効 率 の 経 年 影 響 の 評 価

原子力施設から搬出される廃棄物等のクリ
アランス検認では、低い放射線量を正確に計測する必要があることから、線量計測の精度向上が課題となっている。精度の高い計測を困難にしている要因の一つが、金属廃棄物に発生するさびの影響である。さびによって放射線が遮へいされる場合に、放射性物質による汚染を過小評価しないために、さびが放射試験片を用いて、さび発生試験を実施し、さび
量と放射線計数効率の低減度の関係を明らかにした（図３）。また、原子力関連施設倉庫内の実環境におけるさびの発生状況を1年以上にわたって観測し（図４）、実環境での金属廃棄物

線計測に及ぼす影響を評価する必要がある。
本研究では、放射性同位元素（α核種としての放射線計数効率の低下を推定することを可能にした。さらに、放射線のエネルギーの違いを考慮することで、ウランで汚染した廃棄物についても、経年変化による不確実性の影響を適切に評価したクリアランス検認を可能とす

241 Am、β核種として60Co）を付着させた金属る評価方法を提示した[2,3]。

＊1 組織を構成する細胞の源となる細胞。自己増殖する特徴から発がんの起源であるとされる。
＊２ 幹細胞から分化して生じた各種機能細胞が生体内組織と同様な細胞配置を示す立体的な組織構造体。
＊3 放射性物質として取り扱う必要がないレベルの放射性物質濃度以下であることの確認。
［1］Yamauchi, M. et al., J Radiat Res, 55(2), 381-390, 2014［2］伊知地・河村、Jpn. J. Health Phys., 48(4), 171-179, 2013［3］伊知地・河村、Jpn. J. Health Phys., 48(4), 200-205, 201316

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培養日数
5

7

9

12

緑：幹細胞
赤：幹細胞からつくられた機能細胞

図1 腸管幹細胞オルガノイド培養実験系
マウス小腸から分離した幹細胞を含む小腸組織細胞を試 験 管 内で培 養して得られたオルガノイド。緑は幹 細胞、赤は幹細胞が分裂してつくられた細胞。培養日数が進むにつれて、金平糖状になり、小腸の絨毛の根元に存在するクリプトに類 似した突 起 が 生じた。さらに、生 体内における分布と同様に、その底部に緑色の幹細胞が存在することが確認できた。

*
*

100
80
60
40
20
0
0

7.25 29

101 304 1000 2000 4000

二次オルガノイド数* 䛵⤣゛ᏕⓏ䛱᭯ណᕣ䛒䛈䜑䛙䛮䜘⾪䛟
*
*

12
10
8
6
4
2
0

重点課題

オルガノイド数*
120

07.25 29

101 304 1000 2000 4000

線量 (mGy)

線量 (mGy)

図2 オルガノイド実験系による放射線影響評価
放射線照射後に形成されたオルガノイドの数（左）。オルガノイドは幹細胞からできるため、オルガノイド形成効率は幹細胞の放射線照射後の生存率を表す。非照射群と比べて1000 mGy以上で有意に減少することが分かった。
また、放射線照射後に傷ついた組織を修復するため、生き残った幹細胞は活発に組織再生すると考えられるが、これを定量的に評価したデータはこれまでなかった。そこで、照射後に形成された一次オルガノイドを細胞に分解し、再度培養して二次オルガノイドを形成させて、幹細胞の組織再生能を評価した（右）。1個の一次オルガノイドから形成された二次オルガノイドの数を計測し、照射線量が大きいほど増加することを定量的に明らかにした。

図３ さびによる放射線計数効率の低下（試験結果及び理論値）

図４ 原子力関連施設倉庫内の実環境におけるさび発生試験結果

炭素鋼にα核種である241Amを滴下した試験結果を、例と炭素鋼とステンレス鋼を原子力関連施設倉庫内の実環して示す。試験結果はほぼ理論値と一致した。

境に設置し、経年変化によるさびの発生量を観測した。

このことから、エネルギーの違いによる理論式の傾きの違

図3の評価から、238 Uで汚染した炭素鋼では500日経238

いを考慮することで、さびによるUの放射線計数効率低減度を推定することが可能となる。

過後には放射線計数効率が0.4〜0.5程度に低下すると推定できる。

17

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

放射性廃棄物処分の長期安全性評価技術の体系化
背景・目的

原子力発電所の運転に伴って発生する低レ

本課題では信頼性の高い処分技術を構築す

ベル放射性廃棄物の貯蔵容量が逼迫してきるため、低レベル放射性廃棄物処分の人工バており、浅地中ピット処分施設ならびに余裕深リアを対象に透水試験法およびガス移行評価度処分施設の設置を遅滞なく進める必要があ

手法を開発する。また、高レベル放射性廃棄物る。また、高レベル放射性廃棄物については国処分では地下水年代評価手法および処分場でによる将来の安全確保や調査地区の選定等の使用するセメントの選定方法を開発する。

制度化、直接処分の検討が進められている。

主な成果

1

Ca 型 ベントナイト混 合 土 の 透 水 試 験 法 の 開 発

浅地中ピット処分施設で用いられる可能性

度を事前に評価する方法、および透水中の細があるCa型ベントナイト混合土の透水係数は粒分移動による透水性変化の影響の軽減方

小さく、我が国で広く用いられているJISの透法を示し、透水係数を高精度で測定する方法

水試験法で測定することは困難である。そこを提案した（図１）。今後、この測定法を学会等でJISの試験法に改良を加えて供試体の飽和の規格・基準に反映していく[N13005]。

2

Ca 型 ベントナイト混 合 土 のガス移 行 特 性 評 価

Ca型ベントナイト混合土は透気性が低く、ンを行った。その結果、実際の地点におけるガ

金属腐食等により発生する水素ガスの挙動を

ス移行特性の正確な評価には、混合土の材料評価する必要がある。そこで、ガス移行試験を特性の把握とともに、その地点の初期応力状実施するとともに当所が開発した力学連成気

態や境界条件を考慮する必要があることがわ

液二相流解析コードによる数値シミュレーショ

かった
（図2）
[N13011]。

3

掘 削 水 が 混 入した地 下 水 の 年 代 評 価 法

放射性廃棄物処分場選定では、候補地周辺て期待されるが、調査孔掘削時に地下水に混における地下水流動の把握が重要である。そ入する蛍光染料によって、14Cの正確な測定がのために地下水の滞留時間（地下水年代）が阻害される。そこで、合成吸着樹脂への吸着

有用な情報として用いられている。有機物は挙動の違いを利用して天然の有機物と蛍光染

岩石と相互作用しにくいため、有機物に含ま料を分離する方法を確立し、正確な地下水年れる放射性炭素（ 14 C）は地下水年代指標とし[1]
代の評価を可能にした
（図3）
。

4

処 分 場 の 各 部位に用 いるセメント種 類 の 選 定

処分場で用いるセメント系材料を適切に選よび変質による状態変遷の推定を試行した。

定するために、その適用が想定される部位ご

この試行を通じて、処分システムの安全確保とに材料への要求特性を検討・整理した。さらにおいて相対的に重要な部位の抽出が可能に、処分場閉鎖後の長期間のセメント劣化おであることを確認した（図４）[N13009]。

［1］Nakata, K., Kodama, H., Hasegawa, T., Hama, K., Iwatsuki, T., Miyajima, T., Journal of Hydrology, 489, pp.189-200,
201318

研究年報̲P06-P33-課題01.indd 18

14/05/28 11:04

図1 新たな試験手順を反映した透水試験の結果

図2 ガス流量急増時のガス圧の評価結果

試験中に飽和を確認することにより、飽和後の透水係数

ガス流量急増時の有効ガス圧は、ガス移行試験における供試体に比べて実際の地点（原位置）における方が小さい。これは、ガス移行試験における供試体に比べて原

Ca型ベントナイト混合土では、従来の測定でも供試体位置における初期有効応力ならびにガス圧増大に伴う内部の透水係数が得られることを確認した。

反力による有効応力の大きさが小さいためである。

重点課題の変化が飽和度の変化によるものか、あるいは、細粒分移動による目詰まりによるものかを判別できる。また、㻘㻓㻃ኮ↓᭯ᶭ∸
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図3 天然有機物と蛍光染料の分離方法
pH7.0の溶液では合成吸着樹脂（DAX-8）に、天然有機物がほとんど吸着しないのに対して、蛍光染料はほとんどが吸着することを利用し、これらを分離する手法を確立した。

図4 化学的影響ならびに物理的変化によるHLW処分坑道（縦置き方式）周辺の状態変遷の予測例
コンクリート中のセメント成分の溶脱が進展し、強度プラグおよび緩衝材上部近傍のコンクリート周辺部位に緩みが生じる。長期変遷を考慮したこれらのコンクリート部位の設計技術の確立が優先課題となる。

19

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

使用済燃料の長期貯蔵管理技術の開発
背景・目的

原子力発電所から出る使用済燃料は、再処理するまでの間、安全に中間貯蔵する必要が国等で実績があり、経済性の観点で優れたコンクリートキャスクの実用化が望まれている。

ある。さらに、貯蔵量の増大や貯蔵期間の長期化に備えることも重要である。中間貯蔵の方式として、金属キャスクを使った乾式貯蔵

本課題では、金属キャスク密封部の経年劣化に着目した評価手法を開発するとともに、コンク

は、国内外で数多くの実績があるが、今後、貯蔵期間中の経年劣化を考慮した貯蔵後輸送の安全性を明らかにする必要がある。また、米
主な成果

1があることを明らかにした（図2）。この結果を含め当所の成果は、2013年度作成のキャニスタ構造に関する日本機械学会規格＊2 の改訂案に反映された。今後、民間規格の整備を通じてコンクリートキャスク貯蔵の実現に寄与する。

キャニスタ表 面 塩 分 量 遠 隔 計 測 機 器 の 開 発

貯蔵期間中のキャニスタのSCC発生をモニタリングするためには、キャニスタ表面の塩分量検査の実施が有効である。検査手法として、レーザー誘起ブレイクダウン分光法（LIBS）が有力であることを確認しているが、キャニスタとコンクリート容器との狭隘な間隙に機器を

4

残留線荷重は、材料のクリープ特性を表すラー
ソン・ミラー・パラメータ（LMP）と高い相関があることを明らかにした（図1）。この結果に基づく長期密封性能評価手法の開発を通じて金属キャスクの貯蔵期間の長期化に寄与する。

コンクリートキャスクの 日本機械学会規格改訂案 の 作 成

使 用 済 燃 料を収 納するキャニスタ一 次 蓋の初層溶接は、水蒸気環境下で欠陥が生じる
可能性がある。水蒸気環境下での溶接試験を行った結果、溶接時のバックシールドガスの流量の安定性や酸素濃度管理（5%以下）が不十分な場合、初層溶接部に割れが発生する恐れ

3

対策技術や溶接検査方法を確立することで、使用済燃料の安全な中間貯蔵の実施に資する。

金 属ガスケットの 長 期 密 封 性 能 評 価 手 法 の 開 発

金属ガスケットの長期密封性能評価に必要なデータを取得するため、断面径の異なる二種類の銀被覆のガスケットを用いた応力緩和試験を実施した[1]。温度一定条件では、試験時間50,000時間以上経過後の金属ガスケットの2

リートキャスクの実用化上の課題であるキャニ
スタ＊1溶接部の応力腐食割れ
（SCC）
に関する

挿入しての遠隔計測が課題となっていた。そこで狭隘部で上下に移動可能な機器を考案・試作し、性能確認試験を行った（図3）。その結果、レーザー光を実機で想定される約22m伝送した場合でも、塩分量を計測できることを確認した[H13004]。

ヘリウム漏えいを考 慮したキャニスタ内熱流動解析モデ ル の 構築

貯蔵中のキャニスタの密封性能をモニタリングする方法として、キャニスタ上部と下部の温度差を常時監視する方法を提案している。
キャニスタ内部のヘリウムガスが漏えいした
場合に生じるキャニスタ上下温度差の変化を評価するため、ヘリウムガスの密度変化（圧縮性）を考慮した非定常熱流動解析モデルを構築した（図4）[N13008] 。今後、この方法を検証
しキャニスタの密封性能評価法を確立することで、コンクリートキャスク貯蔵の実現に寄与する。

＊1 使用済燃料を収納したステンレス鋼製の円筒容器で、コンクリートキャスクの中に設置されている。
＊2 日本機械学会,使用済燃料貯蔵施設規格（JSME S FBI-2003）［1］A.Béziat, M.Wataru, K.Shirai et al., 17 th International Symposium on the Packaging and Transportation ofRadioactive Materials, 2013年8月
20

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溶接部
キャビティ水一次蓋500

ᐇ㦂ࢹ࣮ࢱ㸦Υ㸧ᐇ㦂ࢹ࣮ࢱ㸦Υ㸧㏆ఝ┤⥺ṧ␃⥺Ⲵ㔜䠄N/mm䠅

450
400
350
300

ブローホール

250
200
150
100
50
0
3500

割れ
4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

LMP

キャニスタ
溶接部断面写真

図2 水蒸気環境下での蓋溶接部施工試験で観察された欠陥
使用済燃料装荷後のキャニスタ一次蓋溶接時には、燃料の崩壊熱により、キャビティ水が温められ、水蒸気を含む環境下での 溶接となる。SUS304L材の小規模試
験体（直径50cm、肉厚12.6mm）で溶接施工確認試験を行った結果、バックシールドガス（Arガス）流量が減少
した場 合やA rガス中 の 酸 素 濃 度 が 5 %を超えた場 合 、
初層に欠陥が発生した。これより、水蒸気環境下での自動溶接では、溶接士や検査員のトレーニングの充実が必要なことや施工前の実機大の溶接施工試験実施の重要性を規格改訂案に反映させた。

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重点課題

図 1 銀 被 覆 金 属ガスケットの 残 留 線 荷 重とL M P の関係
上 図は金 属ガスケットの 断 面 径 が 6 . 2 m mφのデ ータであり、横軸はLMP=T*(C+Log(t))で、Tは絶対温度(K)、Cは材料定数（ここではC=11）、
ｔは時間(hr)である。縦軸は、金属ガスケットの 残留線荷重である。温度
100,200℃における残留線荷重とLMPは、高い相関があることが確認された。断面径8.4mmφのデータも同様である。本研究は、フランス原子力・代替エネルギー庁（ C E A ）およびドイツ原 子 力サ ービス会 社（ G N S ）との共同研究として実施し、試験は、今後、10万時間（2015年度）まで継続する。

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l1
計算領域

解析モデル

解析結果
（縦軸は無次元高さ、横軸は無次元温度である。）

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キャニスタ表面の付着塩分を遠隔で計測するための機器（レーザー光の集光とプラズマ受光機能を備えたもの）をキャニスタとコンクリート容器の間隙を模擬した模型に挿入し、LIBS計測を行った。ミラーを用いて、空間的にレーザーを約22m伝送した場合でも、塩分中の塩素の発光が計測可能であり、塩分量を推定できることを確認した。

図4 二次元矩形を対象としたヘリウムガス漏えい解析
既往の圧縮性解法では、基礎式を非保存型で表し、時間経過を段階的に進める手法がとられてきた。本手法では、保存型かつ安定して解析が行える圧縮性解法モデルを構築した。本手法を検証するため、二次元矩形の一部からヘリウムが漏えいする事象の熱流動解析を行い、安定した解が得られることを確認した。今後、実機への適用のための三次元化、さらにキャニスタ内部構造を模擬した複雑形状での解析により、本手法を検証する。

21

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

電力設備に及ぼす気象・気候影響予測手法の開発
背景・目的

主な成果

巨大台風や急速に発達する低気圧、局地的
豪雨・豪雪、竜巻等の突風に伴う災害が頻発し解像度の気象データベースを作成し、各種ハ
ザードおよび温暖化影響を評価する。また、ている。中には既往最大を上回る極端な事象も発生しており、地球温暖化の影響も懸念されている。

日々の運用において災害を事前に回避し、被災した後でも迅速に復旧するための支援技術として、一週間先までの暴風雨雪をさまざま

本課題では、電力施設・設備の設計において想 定 すべき極 端 気 象・海 象 の 規 模を設 定するための基礎データとして、長期間かつ高なリードタイムに対して予測する手法を開発
し、現場での利便性を考慮したシステム化を図る。

1

高 解 像 度 長 期気 象・気 候デ ータベ ース

数日先までの 気 象 予 測を目的とした気 象
モデルNuWFASに対し、数十年先までの気候
計 算 を 、計 算 誤 差 が 蓄 積 することなく実 行できるよう改良した（図1）。ヨーロッパ中期予報センターの全球の再解析データ（1958年〜
2010年、解像度約120km）
をもとに5kmメッシュ（地表〜上空20km）
・1時間毎の風速、気2

水力施設 の 防 災に役立つ大雨 の 短時間予測技術

国内の気象ドップラーレーダの観測データを用いて、気象モデルの計算初期値を改善するためのレーダデータ同化手法を、VDRAS＊1
をもとに構築した。これにより、気象モデルの適用精度が低い大雨事例に対しても、局地的に発達した雨雲における降雨および風向・風3

速分布の再現・予測精度を改善した（図3）。また、レーダが観測した降雨分布の動きを単純に外挿して予測した結果と気象モデルによる予測結果をリアルタイムで融合させるシステ
ムを開発した。

火力・原子力発電所 の 高 潮・高 波ハザード評価技術

海洋モデルROMS＊2を用いて高潮計算モ
デルを開発した。台風通過時の潮位計算に適用した結果、観測結果を的確に再現できた（図4）。進路・気圧・暴風半径等に関する過去の観
測 実 績をもとにモデ ル 台 風に対して本 手 法

4温、気圧、降水量等の気象要素を53年間にわたって算出し、CRIEPI-RCM-Era2としてデータベース化した [N13004] 。この長期データベー
スは汎用性があり、高い解像度を有しているた
め、送配電設備をはじめとした電力設備の各種
ハザードの評価に活用できる（図2）。

を適用し、台風に伴う高潮ハザードを評価できることを確認した。さらに、CRIEPI-RCMEra2をもとに高波ハザード評価に適用するための長期波浪推算データベース(CRIEPIOWCM05)を作成した。

原子力発電所の竜巻影響評価技術

CRIEPI-RCM-Era2を用いて巨大積乱雲に伴う大きな竜巻の発生に関する地域性を明らかにした（図5）。この地域性にもとづき、発電所立地地点と竜巻発生の観点において類似の地域を抽出し、過去の発生記録をもとに地域内の竜巻風速のハザードを確率論的に評価できる手法を開発した。また、想定飛来物の挙動（飛来速度、飛散高さ等）
を評価可能なツー

ルTONBOSを開発した（図6）。さらに、飛来物の衝撃に対する対策工としての防護ネットの効果実証試験を実施し、設置工法や吸収エ
ネルギー算出方法を提案した [N13014] 。これ
らの結果は、原子力発電所の新規制基準適合性評価で求められている各評価項目への対応に活用された。

＊1 米国大気研究センター（NCAR）
が開発したレーダデータ同化システムを指す。
＊2 Rutgers大学やUCLA等の米国の大学機関が中心となって開発している海洋モデルを指し、そのソースコードは無償公開されている。
22

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[mm-1]1

Observaon

0.1

3,000

NuWFAS-RCM
0.01

2,000
0.001

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年積算降水量（mm/year）

4,000

1,000
0
1955

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

0.000110-510-6

図1 年積算降水量の53年間解析結果
高解像度計算のもととなるヨーロッパ中期予報センターの再解析
データは、データベースの作成対象期間に2種類ある（ERA-40お
よびERA-Interim）が、データ種類が変わることによって解析結果が不連続になる、あるいは誤差が蓄積・増大する影響は見られず、
観測データの推移が解析期間を通じて的確に表現できていることを確認した。

レーダエコー
（観測）

10-7
0

100

200

300
400
500
᪝㜾Ề㔖䟺mm/day䟻

600

700

800

図2 日降水量の確率密度分布
観測値と解析値との間で確率密度パターンが整合しており、本データベースは、極値解
析・ハザード解析に活用できる精度を有している。

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レーダ
データ
同化

重点課題

T0
0416

雨水量
（予測）
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修正
気象場

T0418
誤差の大きな予測結果

図3 NCAR VDRAS＊1による短時間降雨予測精度の向上
気象モデル計算の初期値または予測結果に誤差があるために予測
困 難な集 中 豪 雨に対しても、一 定 期 間に取 得された４次 元レー ダ
データを同化して気象力学的に修正することにより、予測精度が大きく改善する。

図4 潮位観測値と計算値の比較
2 0 0 4 年 台 風 1 6 、1 8 号による高 潮を計 算
し、九州沿岸9箇所の潮位観測結果と比較した結果、日周期による変動を除き、両者の高潮はほぼ一致した。

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図5 F3規模以上の竜巻の発生しやすさ
下 層 渦 度 の 親 雲 へ の 輸 送 量や大 気 不 安 定 度 が 設 定 閾
値を超過する頻度を分析した結果、茨城県以西の太平洋側で特に発生しやすいという実態に整合する地域性が見られた。

図6 飛来物の最大飛来速度の算出例
地 上 高 4 0 mにある飛 来 物 が 地 上に落 下するまでにとる最大飛来速度は、抗力係数C D・断面積A・質量m で表される物 性 値で決まり、風 速 場 の 違 いによる影 響は小さい。

23

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

送配電設備の風雪害対策技術の実証
背景・目的

2005年12月、日本海側の送電設備において、過大な着雪の重みによる送電鉄塔の一部
故、塩分を含む多量の雪が、がいしに付着した検証を目的として現地観測を中心に推進した第一期研究（2007年度〜2011年度）
を踏まえて、2012年度から、効果的な雪害対策と実ことによる絶縁低下（塩雪害）が発生した。これを受けて、当所では、電力各社の協力の下、10カ年計画（2007年度〜2016年度）
で雪害用的な解析･予測ツールの提案を目標とする
第二期研究を進めている。併せて、得られた知見の配電設備の雪害対策への応用を目的

対策研究を開始した。

とした検討も進めている。

損壊や、電線のギャロッピング＊1による短絡事

主な成果

本課題では、主に雪害事象解明や対策効果

1

送 電 設 備 の 雪害 現 地 観 測 の 継 続と取 得デ ータの 一 元 管 理・分 析

雪 害 の 現 地 観 測システム（ 全 国 7 箇 所 ）により、雪害発生気象や対策効果検証に関わるデータを蓄積した。また、電力各社の雪害事例と関連気象情報を格納した雪害データベースの一元管理を継続するとともに、新たに223

2

電 線 着 雪に対する熱 収 支 の 影 響 評 価

当所開発の動的着雪シミュレーションコー
ドSNOVAL-dynにおいて、外部との熱収支（外気との熱交換、日射、電線発熱等）の影響や着雪体の含水率と付着力を考慮可能なコードに改良した（図1、2）。これにより、電線に付3着した雪の融解や脱落も評価ができ、着雪現
象のより精緻なシミュレーションが可能となるとともに、既開発の簡易着雪モデルの予測精度向上を図る。

着 雪 が いしのフラッシオーバ 機 構 の 詳 細 解 明

着雪したがいしがフラッシオーバに至る過程で、風雪の息継ぎと雪の導電率が、放電の進展に及ぼす影響を評価するため、一定電圧で課電した33kV長幹がいしへ風雪を供給し、着雪を成長させてフラッシオーバ過程を観測した。その結果、風雪の導電率が高いほど、課電時間経過とともに、(1)放電発生が活発になり、フラッシオーバに進展する局部アーク放電が多数発生するが、(2)反対に、がいし着雪へ

4

件の雪害事例情報＊2を収集してデータベース
へ格納した。収集した観測および事例データ
は、雪害発生気象の解明や予測手法検証、対策効果検証へ活用される。

の入熱も大きくなり、着雪が融雪・脱落して耐圧する可能性も高くなることを見いだした。また、散水による人工雪の生成と最高35kVまでの課電試験が可能な「着雪がいし放電・閃絡
特性測定設備」（ 図3）を横須賀地区に新たに設置した。今後は、より詳細な局部アーク放電
信号の観測や、当所が開発した着雪がいし耐電圧試験法の妥当性の確認などを進める。

新 規 雪 害 現 地観 測システム「 実 規 模 送 電 線 雪 害 試 験 設 備 」の 設 置

北海道釧路市に、電線やがいしへの強風・
湿型着雪およびギャロッピング観測を目的として、新たに「実規模送電線雪害試験設備」を設置して運用を開始した（図4）。本設備は、4導体2相、単導体5相、着雪観測用サンプルがいしと各種気象測定器等で構成され、着雪やギャロッピングの発生気象に関わるデータ蓄
積と、ルーズスペーサのギャロッピング対策
効果や、難着雪リングおよびカウンタウェイトの難着雪化効果の検証を進める。

＊1 着雪した電線が、風を受けて上下に大きく揺れる自励的な振動現象。振幅が大きくなると電線短絡などの電気事故に、あるいは大きな振動が継続すると疲労で設備損傷に至る場合もある。
＊2 着氷雪に起因する送電線事故事例(電気事故、および電気事故には至らなかったが支持物・電線など電気工作物に被害が発生したもの)。
24

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図 1 熱 収 支 を 考 慮した 動 的 電 線 着 雪 シミュレ ー ション（SNOVAL-dyn）による着雪量と含水率の時間変化
ワイヤ支持式着雪サンプラ上において観測された着雪量の増加傾向を気象観測データ（降水量、気温、湿度、風向・風速）をもとに計算により再現した例を示す。着雪体と外気との熱交換も考慮しており、時々刻々と着雪体内の融雪量や含水率の変化を計算でき、着雪開始時間や

図2 結合力と付着力、重力と空気力の時間変化
着 雪 体 内 の 雪 粒 同 士 の 結 合 力や着 雪 体と電 線 の 間 の付着力は含水率の関数である。含水率が増加し、結合力や付着力が小さくなり、着雪量増加に伴って着雪体に作用する重力と空気力が大きくなると落雪する。図中赤線と黒線の交点から、図1に示すような落雪のタイミングを推定できる。

落雪時間も予測できる。
重点課題

図3 着雪がいし放電・閃絡特性測定設備の概要
がいしフラッシオーバのメカニズム解明に向けて、横須賀地区に環境試験設備を設置した。人工雪生成室内では、氷点下の雰囲気で食塩水溶液粒子を噴霧（散水）することにより、導電率を調整した人工雪（氷粒）を生成することが可能である。隣接した課電試験室では、着雪がいしを模擬したカットモデル電極系に高電圧を印加して、各種放電信号を測定する。フラッシオーバに至るまでの放電信号の推移は、フラッシオーバメカニズムを推定する上で重要な指標となり得る。

着雪観測用がいしポリマーがいし×5 種類

No.1 鉄塔

上段：4 導体×2 相

2

線種：ACSR410mm , 径間長：400m
対策：無，ルーズスペーサ
2

線種：ACSR240mm , 径間長：300m
対策：無(通電有・無), リング(通電有・無),
リング+カウンタウェイト

懸垂がいし(標準,耐塩)スペーサカメラ, LED ターゲット

下段：単導体×5 相
長幹がいし(懸垂吊,耐張吊)

No.2 鉄塔

反射式ターゲット
二重防風柵付重量式雨量計

気象観測ポール

No.3 鉄塔

図4 実規模送電線雪害試験設備（略称：釧路試験線）の概要
鉄塔と気象観測ポールに取付けられた各種測定器で気象データを取得し、電線支持部に取付けられた張力計・振角計、
赤外線投光器・WEBカメラや径間内のターゲット、スペーサカメラにより電線の挙動を観測する。また、着雪特性を比較するための複数のがいしを設置しており、強風時でも降雪量を高精度に観測することが可能な雨量計も導入している。詳細は89ページ参照。

25

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

雷リスクマネジメント技術の構築
背景・目的

これまでに、送電、変電、配電設備の雷害対

え、情報通信機器や再生可能エネルギー関連策の研究が進められてきており、電力設備のの設備に対する雷害対策が求められている。

基 本 的 耐 雷 設 計 技 術は確 立されている。一

本課題では、各種電力設備・機器に対する雷方、今後、スマートメータなどの情報通信技術

リスク評価技術の開発、ICT適用電力機器（制（ICT）などの導入や、風力発電・太陽光発電

御・通信機器）の電磁耐性（イミュニティ）を考などの再生可能エネルギーの導入が拡大し、慮した雷害対策指針を確立し、電力設備の合このような新たな設備に雷被害が及ぶことが

理的耐雷設計に活用する。

予想される。このため、既存の電力機器に加

主な成果

1

超高建造物への雷撃特性の解明

我が国の雷電流波形データの精緻化および結果、東京スカイツリーでは上向き雷と共に

ＵＨＶ送電線などの超高建造物への雷撃特性

通常の下向きの雷撃もかなりの頻度で発生すの解明を目的として、高さ634ｍの東京スカることが明らかとなった（図1）。上向き雷と下イツリーに広帯域の雷撃電流観測装置を設置

向き雷の発生は、雷撃発生時の気象条件の違し、2012年より観測を開始した＊。超高建造物

いに起因するものと考えられる。雷撃電流のでは接地側の構造物からの上向き雷撃が主とピーク値は、これまでの観測例と比較して、従考えられていたが、2か年の雷撃電流観測の来と同程度であることを確認した[H13012]。

2

サージ解析プログラム「VSTL REV」の高速化と鉄筋コンクリート造建築物の雷サージ解析への適用

建 築 物 など の 三 次 元 構 造 物 や 接 地 網 ななった。高 速 化したV S T L R E V の サ ージ 解

どの 接地構造物のサ ージ現象を高精度に析例として、実規模の鉄筋コンクリート造建

予 測 するために、数 値 電 磁 界 解 析 技 術に基築 物を対 象に、直 撃 雷 および 近 傍 雷 が 発 生

づくサ ージ 解 析 プログラム V S T L R E Vをした際の建築物内部に発生する電磁界を計開 発して き た 。2 0 1 3 年 度 は 、並 列 お よ び

算した。これにより、コンクリートの存在や鉄GPU（Graphics Processing Unit）コン

筋コンクリート構造（壁の存在、壁の構造）が

ピュー ティングにより、複 数 の G P Uに基 づ

建築物内部の電磁界に大きく影響すること、く並 列 計 算にV S T L R E Vを対 応させ 、高 速

建築物内部に布設したグリッド状シールドに化を実現した。これにより、CPUの場合に比よって 電 磁 界 を 低 減 可 能 で あること（ 図 2 ）べて40倍以上に高速化させることが可能とを定量的に明らかにした [H13009]。

3

電 気 所におけるＩP 機 器 のイミュニティ特 性 の 評 価

電 気 所におけるI P 機 器 の 適 切 なイミュニ

出 現 の 様 相 が 異 なり、通 信 線 印 加 時はバ ー

ティ性 能 の 試 験 法 の 確 立に向 け 、伝 導 性 のストノイズのパルス列に同期したパケットロ

バーストノイズに対するIP機器のパケット単スが生じるのに対し、電源線印加時は、この位での挙動を観測可能とした。観測の結果、同 期 は 見られず 、ノイズ 印 加 電 圧 の 上 昇にバーストノイズを電源線に印加した場合と、伴いパケットロスが増加することを明らかに

通信線に印加した場合とでは、パケットロス

した（図3）。

＊ 東京大学、東武タワースカイツリー社と共同で実施。
26

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14/05/26 12:43

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雷撃電流>N$@$

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時間>PV@(b) 下向き雷の例（第1雷撃の拡大図）

図1 東京スカイツリーで観測された上向き雷と下向き雷の電流波形の観測例
夏季雷の場合、一回の雷放電には複数の雷撃が含まれる場合が多い。また下向き雷の例のように、雷撃電流波形の立
ち上がり時間はマイクロ秒のオーダーである。

雷撃電流 [kA]

雷撃点（直撃雷の場合）

重点課題

60
40

後続雷撃電流波形
波頭長：0.25μs
波高値：50 kA

20
0

雷放電路

0

2

4

時間 [μs]
18 m
5F

鉄筋

グリッド状シールドの設置（格子状のファラデーケージ）

4F
3F
2F

コンクリート1F

鉄筋の構造：二層構造
鉄筋の格子間隔：0.4 m
コンクリートの電気定数：導電率 0.0082 S/m，比誘電率 8.6

以上[A/m]3F の磁界（波高値）分布

図2 雷撃を受けた鉄筋コンクリート造建築物内部の電磁界解析
建物屋上に雷が直撃した状況を模擬して、建物内部に発生する電磁界分布を計算し、建物内に布設したグリッド状シー
ルドによる電磁界低減効果を確認した。

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AC100V(a)ノイズなし

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(b)ノイズパルス列

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(IP䝕䜵䝇䝌ུಘ)(d)電源線印加ࣂࢢࢴࢹࣞࢪฝ⌟ࡡᵕ┞

図3 電源線および通信線へのバーストノイズ印加時のパケットロス出現の様相
通信線へのバーストノイズ印加時は、バーストノイズのパルス列が重なったパケットに損失が生じるのに対し、電源線印
加時は、ノイズパルスとの同期は見られず、ノイズ印加電圧の上昇に伴いパケットロスの数が増加する。

27

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - リスクの最適マネジメントの確立

健全に機能する電力市場とネットワークの中立化
背景・目的

我が国では、政府の電力システム改革の方針を受け、詳 細 制 度 設 計 の 議 論 が 進 んでい

主な成果

電力システム改革を進める上での留意点を明らかにする上で有益である。

る。電力システム改革が社会にとって有益で本課題では、電力システム改革で検討されあるためには、諸制度に潜むリスクを予め特ている様々な制度設計の論点について、海外定し、その軽減策を提示していくことが重要で事例の評価などを通じて、潜在的なリスクをある。特に、先行的に自由化を進めてきた海外解明し、我が国にとって真に有益な改革に資の事例を客観的に評価することは、我が国がすることを目的とする。

1

欧 米 の 容 量メカニズム の 比 較 分 析

欧米における自由化後の供給力を確保すがある。また、域内統一市場を目指す欧州でるための仕組みについて調査した（図１）。米は、イギリスで集中管理型の容量市場、フラン

国の容量市場には、ニューヨークなど北東部

スで（相対契約を中心とする）分散型容量市の集中管理型容量市場とカリフォルニアの相場の創設が予定されている他、様々な容量メ

対契約型容量市場がある。相対契約型は、取カニズム＊1 が導入されており、供給力を確保

引を事業者同士に委ねるため、価格の透明性する最適な仕組みはまだ確立されていないが低いといったデメリットがあり、集中管理型[Y13011] [Y13013] 。

には複 雑な制 度 設 計 が 価 格を歪めるリスク2

ドイツの 発 送 電 分 離 の 評 価

ドイツの4大電気事業者の発送電分離につの下で戦略的に位置付けられている。発送電

いて調査した(図２)。
「 法的分離」を選択した2

分離後は、発電所の立地に関する発電と送電

社では、送電部門に対し厳格な行為規制を伴の調整が難しくなり、将来的に送電網の形成

うITO＊2 化により、親会社が送電事業を戦略が非効率になる恐れがある。我が国でも、分的にコントロールできなくなった。このため、離後の発電と送電の設備形成の調整をどのよ「 所 有 権 分 離 」を実 施した2 社との 違 いは実うに図っていくのか、検討を重ねる必要があ

質的には少ない。ただし欧州でも、配電事業にる [Y13029]。

は厳格な分離が求められておらず、持株会社

3

小 売 市 場 の 競争 評 価と規 制 料 金 の 課 題

英国規制当局が約15年間行っている電力

また、わが国家庭用需要家へのアンケートの小売市場の競争評価の事例を調査した。市調査にもとづき規制料金が残る中での自由料

場シェアや供給者変更率などの指標のみで金の選択要因を分析した（図4）。規制料金には、競争実態を捉えることは難しいと考えられ料金査定があることが強調されると自由料金ており、規制当局は、需要家アンケートを含めの選択が進まない可能性がある一方、自由料るなど定性的評価を取り入れつつ、指標の見金の選択を促すには自由料金から規制料金へ直しを余儀なくされている（図3）。

の回帰を認めることなどが有効であることが分かった [Y13005] [Y13017]。

＊1 自由化後に，長期的に必要な供給力を確保する仕組みのこと。
＊2 Independent Transmission Operator（独立送電事業者）。
28

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14/05/26 12:43㞗୯⟮⌦ᆵᐖ㔖ᕰሔ

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（A1）
料金規制
への信頼

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英国の競争評価では、市場シェアや供給者変更率などの 指 標を補 足するために、アンケート調 査による需 要
家の自由化に関する認識を含めた定性的な指標も利用している。また2 0 0 0 年 代 後 半に燃 料 価 格 の 高 騰を背景に、小売マージンを重視したものの、正しく推定することが困難になっている。さらに近年になると、エネル
ギーセキュリティの確保や気候変動への対応など、設備投資の必要性が高まり、競争評価の指標は、ビジネスモ
デルの新規性や独創性など定性的な指標の多用を余儀なくされている。今後、わが国でも競争評価を行うことになるが、英 国 の 事 例に見るように電気 料 金 の 上 昇 局
面では指標の選定に困難な作業が予想される。

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図2 ドイツの発送電分離の現状と課題
ドイツでは発送電分離により、発電と送電の間の設備投資の調整が困難になり、非効率な送電線投資や系統運
用 の 複 雑 化を招 いている。また、分 離された送 電 会 社
は、程度の差はあるがいずれも設備投資のための資金調達に苦慮しており、分離が資金調達の問題を複雑化し解決を困難にしている。発電分野の競争は、再生可能
エネルギーの普及拡大もあって進んだが、将来的な電源不足が懸念されており、現在検討中の容量メカニズ
ムが有効に機能することが重要となる。

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2000ᖳ௥ᚃ༖

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（A2）
自由化へ
の期待

（A3）
自由化へ
の懸念

プラスの影響マイナスの影響（B）選択に有意に影響する契約条件（B1）
自由料金が安い／規制料金が高い

値上げから守られるといった印象を与える説明を避ける

影響
大重点︵プロジェクト︶
課題

図1 米国の容量市場の類型化
米国で運用されている容量市場には、北東部の集中管
理型容量市場（上図）とカリフォルニアの相対契約型容量市場（下図）がある。一斉入札で価格を決める集中管
理型の容量市場は、制度設計のリスクが大きい。取引を事業者同士に委ねる相対契約型の容量市場には、価格の透明性が低いなどのデメリットはあるが、容量市場を創設するのであれば、単純な相対契約型から始めて、段階的に改善を図っていくことも考えられる。

1999䡐
2000ᖳ௥๑༖

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規制料金の査定があること

自由料金の選択（vs. 規制料金）
影響
大

（B3）
規制料金の
値上げ可能性

自由化への懸念を規制料金への解消する回帰を認める（供給者の信頼性確 （自由料金を試す
保、固定料金による という行動をとり
料金変動回避など）やすくする）（B4）
自由料金から規制料金へ回帰可能

図4 規制料金と自由料金の選択要因と対応策
わが国家庭用需要家を対象としたアンケート調査にもとづき規制料金が残る中での自由料金の選択要因を分析した結果、（ A）需要家の意識と（B）契約条件がそれぞれ影響しうることが明らかとなった。
（ A ）需 要 家 の 意 識 のうち、特に料 金 低 下など自由 化 への期待が高いと自由料金が選択されやすい傾向にある（ A 2 ）。一 方 、自由 化による悪 質な営 業 、料 金 規 制 の 撤
廃、料金変動の拡大などへの懸念が大きいと自由料金の選択を躊躇する可能性がある（A3）。
（B）契約条件のうち、規制料金に査定があることを需要家が認識すると、自由料金の選択が阻害される可能性がある（B2）。他方、自由料金から規制料金への回帰を認めると、自由料金が選択されやすい傾向が見られる
（B4）。

29

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

省エネ・環境制度の分析〜経済・安全保障との調和の視点で〜
背景・目的

地 球 温 暖 化 問 題に関する国 際 動 向としては 、2 0 1 5 年 の 合 意 期 限 に 向 け て 、各 国 が2020年以降の枠組みについて新提案を行
い 、交 渉 を 開 始して い る。一 方 、国 内 で は 、2020年以降の国内CO 2 削減目標をはじめ、国内政策のあり方の議論が2014年度に本格

主な成果

1

格改定時期の高頻度化、量的規制がPVの急増対策として実施されている（表1）。FITは導入量を直接調整するものではないが、これらの対策により、PV導入量と、その裏返しとしての費用負担の調整が実施されていることを明らかにした。

自主的取組 の 評価視点 の 確 立

業界団体による環境自主行動計画の策定と企業による自発的な温暖化対策の実施との因果関係について、アンケートデータを用いて定量的に調べたところ、自主行動計画によって技術情報の企業間での共有化が図られ、特に中小企業の自発的な活動が促進されたことを明らかにした。また、その役割は、産業界のCO 2 総量の規制ではなく、企業の経済合理的

4

省エネ補 助 金を利用した事業 所 へ のアン
ケート調査に基づき、補助事業の費用対効果を評価した［Y13028］。エネルギー価格やCO 2
価格に換算した日本全体での費用対効果は、政策全体としては妥当な水準であったが、ア
ンケートデータからは補助金がなくとも同じ投資をしたフリー・ライダーが5〜6割と推定され、制度改善の余地があることを明らかにした。

再エネ制度 の 分 析

我が国で2015年度に予定されている固定
価格買取制度（FIT）の見直しに向け、欧州のFIT先行国における太陽光発電（PV）の急増に対する賦課金抑制策を整理し、制度設計の（ドイ
課題を抽出した［Y13031］。FIT先行5ヶ国
ツ、イタリア、スペイン、フランス、イギリス）の全てで、買取価格の大幅な切り下げ、買取価3取引等）について、その実施実態の調査と制度の実効性の評価を行い、経済や安全保障と調和した温暖化対策制度の形成に資する。

省エネ・節電 の 分 析

東電・関電管内の家庭と、全国の事業所を対象にアンケート調査やインタビューを実施
し、2011〜2013年夏の節電率や対策実施
率 、意 識 の 変 化 等を明らかにした［ Y 1 3 0 1 0 ］[Y13014］。節電の取組み水準は全体的にやや緩和の傾向にあるが、削減実績は2010年比
10%前後で推移していることや、その理由として、節電行動の緩和を補う形で、高効率技術の導入効果が累積しつつある点などが考えられることを示した（図1、図2）。

2化すると見られる。
本課題では、温暖化対策制度（自主的取組、
省エネルギー、再生可能エネルギー、排出量な範囲内での最大限の対策促進にあることを示した。これらに基づき、今後の経団連低炭素
社会実行計画では、数値目標に過度に注目するよりも、省エネの実施など企業の具体的活動に注目して評価すべきとした。当所のこの提案は、経済省「自主行動計画の総括的な評価に係わる検討会」
においても報告された。

温暖化問題の国際動向の分析

温暖化問題をめぐる国際交渉動向について各国の主張を整理した（図3）。その結果、先進国と一部途上国の間で、「 自国の排出削減に関する目標・取組を自国決定する、ただし、決定の前に、目標・取組の草案を事前提示し、草案に対する国際的な協議・評価を行う」という
ハイブリッドアプローチへの関心が高まっている一方、中国・インド等は、先進国はトップダ
ウン・途上国はボトムアップとする立場に固執していることが明らかになった［Y13020］。

30

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14/05/26 12:43

[Υ] 28.0

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31%

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25%
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2012

2013

2011

2012

2% 4% 3%

2011

2013

2012

2011

2013

2012

2013

2011

2011

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10.5

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10.3

10

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25.0

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図2 業務系事業所における夏の空調温度設定温度と照明間引き率の平均値の変化
2011年夏から2013年夏にかけて事業所における節電行動は緩和傾向にあるが、震災前のレベルには戻って い な い 。例えば 、オフィスでは 照 明 間 引きの 実 施 率は低下しているが、2013年でも平均10%程度が間引
きされており、冷房設定温度も2010年より1℃程度上回っていた。これらの行動は今後も次第に緩和されていくと考えられるものの、短期間で震災前の水準に戻ることはなく、相当の間にわたって継続すると推察される。

重点課題

図1 家庭の主な節電対策の実施率の変化
実施率は2013年にかけて低下傾向にあった。一方、調査対象世帯の7〜9月分電気使用量（kWh）は、気温影
響控除後で2010年水準を約1割下回ったままである。
統計分析によれば、エアコン・冷蔵庫・テレビ・照明の購入や交換がもたらす使用量減は、2013年には3%弱にまで積 み 重なっているものと推 定された。同 程 度 の 需
要抑制が維持されているものの、これら高効率化効果の蓄積も含まれるため、節電の定着という点では、利用行動関連の効果が減少傾向にあることに注視が必要で
ある。

30

27.2

26.1

2010

38%

41% 44%

2013

31%

[%]
27.4

2012

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2013

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2011

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表1 欧州FIT先行国におけるPV急増に対する賦課金抑制対策
想定していたPV年間導入目標を大幅に超過する、いわゆるP Vバブ ルは、欧 州 F I T 先 行 5ヶ国 の 全てで発 生した。これらの 国々では、3つの 対 策 ( 買 取 価 格 の 大 幅な切り下げ、買取価格改定時期の高頻度化、量的規制）によって、導 入 量（ 費 用 負 担 ）のコントロー ル が 不 可 欠になっている。
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図3 2013年に表明された見解から読み取った各国 ・各グループの意見分布
先進国は、多少の相違はあるが、全ての国にハイブリッ
ドアプローチを適用することを提案した。ブラジルや南アフリカは、先進国・途上国の区別を実質維持する形のハイブリッドアプローチを提唱した。中国・インド等の有
志途上国は、先進国はトップダウン・途上国はボトムアップとすることを求めた。後発開発途上国等は全ての 国へのトップダウンアプローチ適用を志向している。

31

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２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

科学・経済的合理性を持ったCO2排出削減シナリオの構築
背景・目的

主な成果

国内ではエネルギー政策の見通しはまだ不必要がある。

透明なものの、国際的には、大震災前と同様

本課題では、当所における気候科学と低炭に、CO 2 排出削減が重要な課題である。排出素技術の知見を総合的に活用し、CO 2 排出削削減の前提となる地球温暖化の科学知見に減の長期目標に関して、技術的裏づけと経済は不確実性が避けられないが、合理的な削減

的合理性の見通しを得て、我が国の長期エネに向けて新しい知見を適宜反映する必要があ

ルギー計画の立案に貢献することを目指す。

る。また、排出削減につながる低炭素技術のまた、将来の導入議論に備えるため、CO 2 回

開発については、最新の技術動向と潜在的な収・貯留（CCS）の導入に係る各種リスクの評

各種リスクを踏まえて、適切な見通しを示す価を実施する。

1

気候科学 の 新知見が長期目標におよぼす影響 の 分 析

2013年9月に発表されたIPCC（気候変動の関係は当所の気候モデルにおいても確認に関する政府間パネル）第1作業部会（気候科された（図1）。ただし、気温上昇と累積CO 2排学分野）の第5次評価報告書（AR5）について、出量の間の比例定数はモデルによって大き長期目標の観点から重要事項の整理・分析をく異なり、気候安定化目標（気温上昇の上限）行った。同報告書では、世界平均の気温上昇と累積CO 2 排出量の関係は確定的ではないが、産業革命前から累積したCO 2 排出量とほ[V13013]。

ぼ比例関係にあるという新見解が示され、こ2

統合評価モデル（ B E T ）による長 期 の C O 2 排出削減目標 の 分 析

IPCC第3作業部会（緩和策分野）の第5次

は、電化推進に加え、バイオマス利用とCCS

評価報告書（AR5）に引用された当所開発のを組み合わせる技術を世界規模で展開する

統合評価モデル（BET）
は、所定の累積CO 2排必要があり、利用可能なバイオマス資源量に出量に対し、世界の人口やGDPの見通しとエ

よっても2050年時点の排出量が大きく異な

ネルギー資源等の条件を考慮して、経済最適ることが示された（図2、3）。排出削減の長期な排出削減経路を評価することができる。本

目標は、気候科学の知見も考慮し、低炭素技

モデルを用い、2℃目標＊に適合する累積排出術の発展とともに柔軟に見直す必要がある量の条件を評価した。その結果、目標達成に[Y13015]。

3

低炭素技術導入による潜在的な環境・健 康リスクの 比 較

今後、日本においても石炭火力発電所への（図4）。この結果、CCSの導入は地球温暖化

CCSの導入議論が予想されることから、低炭以外の項目では通常の石炭火力発電と比べ素技術におけるCCSの位置づけを明確化して環境負荷が増大することなど、各技術で特ておく必要がある。そこで、発電技術のライフ

徴的な違いが明らかになった。低炭素技術のサイクルにわたる環境・健康リスクを評価する

技術導入については、環境・健康リスクを幅広手法を構築し、CCS付き石炭火力発電、太陽く考慮して、より慎重に検討する必要がある

光発電、地熱発電を対象とした評価を実施した[V13021]。

＊ 産業革命前を基準とする世界平均気温の上昇を2℃に抑える目標。気候変動枠組条約の締約国会議の合意文書（2010年、カンクン合意）に盛り込まれた。2℃は義務ではなく理念的目標。
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図1 世界全体の累積CO 2 排出量と世界平均の気温上昇の関係
排出量を年0.1 GtCずつ増加させて、100、140、180年目以降ゼロとする条件で、CO 2 濃度と気温上昇を計算した結果。IPCC第5次評価報告書（AR5）では、1000 GtC当たりの気温上昇を0.8̶2.5℃の範囲（66%確率）と評価（右図の色塗りされた部分）。右図の点線は50%確率で所定の温度目標を達成するための排出上限を表す。
重点課題

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図2 2℃目標に適合する化石燃料起源CO 2 排出量の
図3 2℃目標に適合する世界の発電構成（左軸）と電18推移化率（右軸、実線）の推移（EJ=10 J）
図2は2℃目標が達成可能なシナリオのCO 2 排出経路を利用可能なバイオマス資源量を4通りに設定して計算した結果。図3に示されたように、何れのシナリオでも電化率の向上は必須である。また、将来的なマイナス排出を達成する
ためには、革新技術（ヒートポンプ、電気自動車、ハイブリッド貨物車等）に加え、バイオマス利用とCCSを組み合わせる
CO 2 除去技術が必要となる。
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図4 低炭素発電技術のライフサイクルにわたる領域別環境影響の比較
通 常 の 石 炭 火 力を基 準とした各 発 電 技 術 の 環
境影響の割合を示す。石炭火力にCCSを導入した場合、地球温暖化以外では環境影響が増加する。太陽光はパネル製造に伴う鉱物資源消費等
による環境影響が顕著。地熱は土地改変以外の環境影響は相対的に小さい。

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

原子炉圧力容器・炉内構造物健全性評価
背景・目的

主な成果

軽水炉の安全かつ安定な運転を実現する
ため、原子炉圧力容器・炉内構造物を対象と的な把握を目指す。
本 課 題では、圧 力 容 器 鋼 の 照 射 脆 化に係して、経年劣化に関する諸現象のメカニズムの解明、予測手法の開発と改良といった技術的基盤の拡充と強化を図る。これにより、原わる健全性評価手法の高度化、ステンレス鋼のミクロ組織変化に関する照射影響評価、マ
スターカーブ 法 の 実 機 適 用 技 術 の 開 発 、ノ子 炉 圧 力 容 器・炉 内 構 造 物 の 構 造 健 全 性を的確に評価することによって、リスクの定量

ズルコーナーき裂に対する破壊評価法の適用性を検証する。

1

圧 力 容 器 鋼 の 照 射 脆 化に係わる健 全 性 評 価 手 法 の 高 度 化

廃 炉となった圧 力 容 器 鋼 の ナノ組 織を原子レベルで観察できるアトムプローブトモグ
ラフィー（APT）で観察した。国内廃炉材は入照射によってナノメートルオーダーの溶質原子クラスターが形成していることが確認された（ 図 1 ）。また、溶 質 原 子クラスター 以 外に手できないため、既に廃炉となったドイツ グライフスバルト発電所の圧力容器溶接金属を対象とした。国内の圧力容器鋼とは異なった規 格 の 材 料ではあるが 、運 転 中 の 中 性 子

も、材料の強度に関係する微細炭化物も観察されるなど、今後国内廃炉材を分析する上で重要な知見を得た。

2

ステンレス鋼 のミクロ組 織 変 化に関する照 射 影 響 評 価

照射誘起応力腐食割れ（IASCC）の原因の一つに考えられている、結晶粒界での元素の偏析をAPTで調査した。中性子照射により実機にお いて劣 化 が 観 察されるレベ ル の 5 . 5
dpa＊まで損傷した304ステンレス鋼におい3て、粒 内 および 粒 界での 元 素 偏 析 が 観 察された（図2上）。粒界にはＮｉ、
Ｓｉ、
Ｐ、
Ｃ、
Ｂが偏
析し、
Ｃｒ、Ｍｎが欠乏しており（図2下）、今後
これらの偏析がＩＡＳＳＣに及ぼす影響を明らかにする。

マスターカーブ 法 の 実 機 適 用 技 術 の 開 発

監視試験片は貴重であるため、シャルピー
衝撃試験で使用した試験片を再加工して作製した 平 面 寸 法 1 0ミリ角 程 度 の 超 小 型 試

きることを確認した。同法の妥当性を確証するため、国内外の研究機関の参加の下、ラウンドロビン試験を主導し、他機関でも同様の験片を使ったマスターカーブ法を開発した。

結果を得たことから、規格への反映を関係機

図３に示すように、超小型試験片を使用しても、大 型 試 験 片と同 等 の 破 壊 靭 性を評 価で関と協力して進めていく[1] 。

4ノズルコーナーき裂に対する破壊評価法 の 適用性検証

日本 電 気 協 会 の 規 程 [ 2 ] では、原 子 炉 容 器適否を把握する必要があることから、各種ののノズル内面コーナー部に仮想欠陥を想定した場 合でも健 全 性 が 確 保されることを評

評価式に基づく応力拡大係数の予測結果を有 限 要 素 解 析 結 果と比 較し、評 価 式 の 適 用価することが求めている。国内の原子炉においては、運 転 期 間 延 長 認 可 制 度 へ の 対 応 の性が検証されたことから、評価手法の整備を
進めていく
（図4）。

＊ dpa (displacement per atom): 材料の原子が一個当たり何回はじき出されたかを示す値。
［1］M. Yamamoto, et al., Sixth International Symposium on Small Specimen Test Techniques, 2014［2］日本電気協会,「原子力発電所用機器に対する破壊靱性の確認試験方法」, JEAC4206-200734

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図１ 廃炉となった実機プラントの圧力容器溶接
金属の原子マップ
廃炉となったドイツ グライフスバルト発電所4号

図2 中性子照射された304ステンレス鋼の原子マップ（上）および粒界分析結果（下）察 結 果を示す。中 性 子 照 射によって形 成したと考照射により5.5dpaまで損傷した304ステンレス

スター の 形 成 が 確 認できる。また、鋼 材 中 の 微 細シリコン、リン、炭素 の 偏析が確認され、粒界にお察されている。

している様子が確認できる。

機の圧力容器から切り出された溶接金属のAPT観えられる銅、
リンの偏析を特徴とする溶質原子クラ

いてはニッケル、シリコンが偏析し、クロムが欠乏

重点課題ࢿࢫࣜࢤ࣭ࢻ࣭
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図３ 超小型試験片、より大きな試験片を用いて得られた参照温度の比較
マスターカーブ法にしたがって計算された参照温度（ 破 壊 靱 性 の 大 小を温 度で表した指 標 ）の 比 較

結果を示す。超小型試験片から得られた参照温度

は、より大きな 試 験 片から得られたそ れとほぼ 同等であることがわかる。

図4 ノズルコーナーき裂の応力拡大係数の比較
有限要素解析結果に比べ、いずれの評価式もこれに近 い 応 力 拡 大 係 数を与えている。ただし、日本
電気協会規程の評価式は炉容器に働く一様応力しか扱えないのに対し、それ以外の評価式はノズル
コーナー部の複雑な応力分布を考慮できるといった特長を備えている。

35

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

軽水炉の機器・配管健全性評価
背景・目的

主な成果

配管の主要な劣化事象である流れ加速型
腐 食（ F A C ）や液 滴 衝 撃エロージョン（ L D I ）材）については、さらなる安全性向上を図る
ため材料規格からの削除が検討されており、に対しては 、日 本 機 械 学 会 の 配 管 減 肉 管 理
技 術 規 格に基 づき、肉 厚 測 定による配 管 減
肉管理がなされている。同規格の改訂ロード

その代替として溶接性や靭性に優れた建築
構造用圧延鋼材（SN材）が有力な候補として挙げられているが、原子力プラントへの適用

マップに従い、FACやLDIの機構に基づく精度の高い予測手法を開発することにより、減肉管理に係わるより効果的な資源配分が期には詳細材料特性の評価に基づく早期の規格化が求められている。
本課題では上記に関して、配管減肉予測手待される。
また、発電プラントで一般的に多く使用されて い る従 来 材（ 一 般 構 造 用 圧 延 鋼 材：S S法の開発・高度化と実機プラントへの適用に向けた実用化を図ると共に、SN材の規格化に向けた高温強度特性の評価を行っている。

1

水単相流系統配管データによる配管減肉予測ソフトウェアFALSETの検証

当 所 では 、F A C および L D I 減 肉 予 測 手 法を 、実 際 にプ ラントの 減 肉 管 理 に 適 用 することを目 的として、配 管 減 肉 予 測ソフトウェ
アFALSET [L11007] を開発している。PWR
プ ラントの 復 水・給 水 系 配 管（ 水 単 相 流 系統）の減肉データを用いて本ソフトウェアの検2[L12403] 。今後、実機データを用いた更なる検証・改良の積み重ねによる予測精度の向上と、学会管理規格への導入を図り、減肉管理
ツールとしての実用化を目指す。

気液二相流条件下 の 流れ加速型腐食 の 予測に向けた評価手法 の 構築

発電プラントの抽気・ドレン系配管等において発生しうる気液二相流条件下のFACに対する予測モデルの開発を目的として、当該配管において想定される流動様式（環状流）に特 有 な 現 象 の 評 価 手 法を構 築した。流 動因子に関しては、管内壁に生成される液膜の挙動（厚さ・流速）の実験値を精度良く予測できる解 析 手 法 を 開 発した（ 図２）[ L 1 2 0 0 8 ] 。

3証を行った結果、減肉後の残余肉厚を概ね±10%以内で予測できることを確認した（図１）

また、水化学因子に関しては、pH調整剤の気液分配挙動を考慮して、液膜pH値の計算手
法を整 備した（ 図３）[ Q 1 1 0 2 5 ] 。水 単 相 流 条件とは異なるこれらの評価事項を考慮し、今
後 、既 存 の 予 測 手 法を気 液 二 相 流 条 件 へと拡張し、実験・実機データを用いた検証を経て、FALSETの適用範囲の拡大を目指す。

高 い 安 全 性を有するS N材 の 高 温 強 度 特 性 の 評 価

軽 水 炉プラントの 支 持 構 造 物 等に使 用されている従 来 材 ( S S 材 )に比 べ 、優 れた溶 接板 厚 の 違 いによらず 定 性 的にほぼ 同じであり、鋼材のチャージによる違いは小さいこと性と高い靭性を有する建築構造用圧延鋼材（SN材）を実機で使用可能とするため、原子力発電設備規格材料規格の策定に必要となを確 認した（ 図４）。また、不 純 物 元 素である
PまたはSの含有量やひずみ速度は引張特性に及 ぼ す影 響 が 小さいことを明らかにしたる高温下での引張データを体系的に取得した。降伏点や引張強さの温度依存性は材料、[Q13009] 。

36

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図１ 実機プラント配管（単相流）の残余肉厚の実測
値とFALSETによる予測値との比較

図 2 気 液 二 相 流（ 環 状 流 ）における液 膜 厚さの評価

代 表 P W R プ ラントの 復 水・給 水 系 統 配 管 の エ ル

既存文献 (1)から引用した気液二相流体系実験の液FALSETによる評価は、一部に過小評価が見られ手法により概ね定量的に予測できる。

ボ約160体における減肉による残余肉厚に対し、るものの、概ね±10%以内の精度で予測できる。

膜挙動データ（平均液膜厚さ）を、当所開発の解析( 1 ) 植 田 、能 勢 、日 本 機 械 学 会 論 文 集 3 9 、3 2 5(1973)

重点課題
設- 備運用 保･ 全技術の高度化

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図3 気液二相流条件におけるpH調整剤の気液分配挙動に伴うpH値の評価
pH調整剤（アンモニア）の気液各相への分配挙動を考慮し、液膜pH値の温度および乾き度（x）への依存性を、簡便に評価できる。

300

0B41
0B42
0B43
0C41
0C42
0C43
400

ᗘ, °C

図4 SN材の引張強さの温度依存性
高 温での 引 張 強さを常 温での 引 張 強さで無 次 元化してそ の 温 度 依 存 性を示した。0 B 4 1 ～ 0 B 4 3は チャージ の 異 なるS N 4 0 0 B 鋼（ 厚さ4 0 m m ）、
0C41～0C43はチャージの異なるSN400C鋼
（厚さ
40mm）
を表す。両鋼の主たる違いは不純物元素（PまたはS）の含有量であるが、温度依存性は一本の傾向曲線で表すことができる。

37

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

軽水炉のケーブル健全性評価
原 子 力 発 電プラントを安 全かつ安 定に運背景・目的転するためには、プラント内で使用されてい本課題では、熱・放射線ストレスを受けた実る計装・制御系ケーブルの健全性を確認する

機ケーブ ル 材 料 等 の 劣 化 特 性 評 価を行 い 、

絶縁材料は、熱と放射線に同時に曝されるた図り、環 境 条 件を考 慮した、より高 精 度な寿ことが重要である。特に、これらケーブ ル のめ、その影響を正しく考慮した健全性評価手

1

主な成果

法の確立が求められている。

既に提案されている劣化モデルの精緻化を命評価手法を開発することを目的とする。

実 機 経 年ケーブ ル の 劣 化 評 価による健 全 性 の 確 認

既往研究（ACA研究）[1] では、加速劣化試

験に基づく劣化予測において、一部の難燃エ測定等による機械特性評価と顕微FT-IRによる酸化劣化評価、酸化誘導時間(OIT)測定に

チレンプロピレンゴム絶 縁 体につ いて想 定よる酸化防止剤残量推定等を実施した。そのと評価された。これと同種で、実プラントよりも、当該ケーブル材料が健全性を保持していされる供用期間はこれまでと比べかなり短い撤去された経年ケーブル試料に対し、伸び率2

結果、布設24年（実稼働年数16年）
においてることを確認した（図1）。

実 機デ ータの 統 計 解 析による劣 化 予 測と実 態 の 乖 離 評 価

既 往 研 究と同 種 の 難 燃エチレンプロピレの 経 年 数 へ 換 算し、この 環 境 下で の 経 年 変

ンゴム絶縁体について、これまでに報告され化として統計解析を行った（図2）。得られた

し、加速劣化試験による劣化予測と実機経年伸びデータについて、推定供用期間を算出している実機破断伸び評価結果 [2]を統計解析

変化の差を評価した。対象となる実機ケーブ

ル の 布 設 温 度・線 量 率 条 件 が 互 いに異 なるため、実機絶縁体の破断伸びデータを、実プ

ラント条件を模擬した60℃、10 mGy/h相当

3

実機経年変化を参照曲線として、個々の破断た結果＊1 、ACA研究での 劣化予測手法による評価結果 [1] は、実際より相当に短く見積もられていることが示唆された［H13002］。

W ea r- o ut 人 工 追 加 劣 化 試 験による実 機 劣 化 特 性 評 価

原 子 力 プ ラントより撤 去された 経 年 ケ ー4）、実プラントでの熱や放射線によるストレブル試料に対し、Wear-out法 による人工スは、ACA研究における加速劣化試験の条から実機劣化特性評価を行った（図3）。そのロジスティック関数による回帰解析を行うこ＊2

追 加 劣 化 試 験を行 い 、そ の 劣 化 様 相 の 分 析

結 果 、実 機 試 料 の 追 加 劣 化 挙 動は、A C A 研究における未使用試料に対する加速劣化試
験結果よりも緩慢であることが確認され（図件よりも小さかったことが示唆された。また、とにより、劣化が緩慢であることが定量的に示された [3] 。

以上のように、今回実施したいずれの試験でも、ACA研究におけるケーブル劣化評価手法は、保守的な評価であることが示された。

＊1 破断時伸びの耐性管理値を70%とし、この値に至ると推定される実稼働年数を設計想定事故環境を考慮した供用期間とした。
＊2 材料寿命が疲労（ダメージ）の積算で求まるとして、経年試料にさらに人工追加劣化を行った場合、経年数と追加劣化より求まる「使いきり」時間の相関関係より、寿命推定ができるとされるもの。
［1］原子力安全基盤機構：JNES-SS-0903，2009(Assessment of Cable Aging for Nuclear Power Plant, ACA研究：
原子力プラントのケーブル経年変化評価技術調査研究)［2］Y. Eguchi: 2012 Equipment Qualification Technical Meeting, San Antonio, TX, 2012［3］布施 他：電気学会誘電・絶縁材料／電線・ケーブル合同研究会、DEI-14-42, EWC-14-3, 201438

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図１ 実 機 経 年ケーブ ル の 劣 化 特 性 評 価 結 果とACA研究予測の比較

図2 実機ケーブル推定供用期間（実稼働年数）とそ の温度環境（アレニウスプロット）

実機経年ケーブルについて、各種機器分析によりカラーのプロットは、それぞれ異なる実機ケーブル

機経年傾向とが異なることを確認した。波線は、実された回帰直線を黒実線で示し、黒破線は99.7％

健全性を評価した。ACA研究評価結果（実線）と実機データ（プロット）に合わせて、実線のACA予測曲線をシフトさせた。

の推定供用期間を示している。統計解析より、推定（3σ）
予測区間を表す。

これらと比較するため、ACA研究が80～120℃で実施

した加速劣化試験結果を示す（灰色プロット）。灰色一点鎖線は、
劣化予測手法による推定供用期間である。

重点課題
設- 備運用 保･ 全技術の高度化

図3 Wear-out法による人工追加劣化試験の実施
状況（恒温槽内の様子）
実機経年ケーブルに対し、110℃熱環境での人工追加劣化を行った。試験は、JIS規格に則り、ギア式

恒温槽内で1回／時間以上の換気を行い、最大で100日間連続して実施した。各試験片とも、試験前に導体を引き抜いた状態で供試した。

図4 Wear-out法による実機劣化特性評価結果とACA研究予測の比較
ACA研究における110℃熱環境での加速劣化試料（黒色プロット）、ならびに実機追加劣化（白抜きプ
ロット）挙動を示す（ ：未使用試料）。各プロットは、
時間依存データの重ね合わせ手法により、110℃相当挙動としている。曲線は、それぞれロジスティック関数による回帰曲線である。

39

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

軽水炉機器・配管に対する非破壊検査技術の開発
背景・目的

原 子 力 発 電 施 設をはじめとする電 力 関 連

要な機 器について、最 適な非 破 壊 検 査 技 術

設備を適切に維持・管理し、安全性を確保すを開発するとともに、その検査手法の「規格るために、機器を構成する金属材料の欠陥の化」や、必要に応じた「PD認証制度化＊1 」など有無を非破壊で検査する技術が重要である。

の 取 組 みを通じ、軽 水 炉 の 安 定 運 転を支 援

本 課 題 では 、軽 水 炉 の 安 全に関 連 する重

1

主な成果

することを目的とする。

埋 込 み 基 礎ボルトの 疲 労き裂 測 定 手 法 の 開 発

原子力発電所の大型機器を固定している

観測し、シミュレーション結果を確認した。こ埋 込 み 基 礎ボルトに発 生した疲 労き裂を非れらの 反 射ピ ークはき裂 深さと相 関を有す

破壊で検査する手法の開発に向け、フェーズることから、本 手 法によりボ ルトに発 生したドアレイ超 音 波 法で探 傷する場 合 の 超 音

き裂 の 深さを推 定することが 可 能であるこ波 の 伝 搬シミュレーションを実 施し、2 つ のとが確認できた。なお、本手法によるき裂深

ピークが出現することを見いだした（図1）。

さの 推 定 値 は 実 際 のき裂 深さより2 m m 程

さらに、き裂を模擬した人工欠陥付与ボルト

度大きく見積もる結果となっている。

＊2

に対する探傷検査を実施して2つのピークを

2

低 炭 素ステンレス鋼 の 応 力 腐 食 割れ発 生・成 長 挙 動 の 解 明

沸騰水型軽水炉の再循環系低炭素ステン

らの１粒界分の平均深さに相当）以上のき裂

レス鋼 配 管 の 応 力 腐 食 割れ（ S C C ）発 生・成の発生数は初期には時間とともに緩やかに、長挙動を解明するため、実験室加速試験法とその後は急激に増加する傾向にあること（図して知られるすきま付定ひずみ曲げ（CBB）

２）を明らかにした。本試験で観察された20試 験 法 ＊3 を 用 い て S C C 発 生 挙 動 を 観 察し

ミクロン以 上 の き裂 は 、微 小き裂 の 合 体 のた 。そ の 結 果 、C B B 試 験 片に発 生した S C C

結果として生じた可能性もあることから、さき裂 の 深さ分 布は、試 験 片 表 面 のひず み 条

らにき裂の合体過程を評価する必要がある

件によらないこと、また20ミクロン（表面か[Q13008] 。

3

P D 認 証 制 度 の 有 効 性を確 認

日本非破壊検査協会のPD認証規格名）を分析し、合格者の測定誤差はばらつき（NDIS0603）に基づく沸騰水型軽水炉の再が非常に小さいことを示した（図3）[1]。これは循環系ステンレス鋼配管溶接部のSCC深さ

PD認証制度が機能し、SCCき裂深さの高精サイジングのPD試験の結果（2006年3月か度測定を通じて、軽水炉の維持・管理に有効で

ら2013年1月まで、合格者：44名、受験者：89

あることを示唆している。

＊1 軽水炉の非破壊検査における超音波探傷試験システムの性能実証による技術者の認証の制度。
＊2 複数の素子から構成される探触子に対して各素子の送受信タイミングを電子的に制御し、異なる伝搬方向と集束位置の超音波を励起させる技術をもちいた探傷方法。
＊3 試験片を曲げて応力を付与し、隙間により環境条件を厳しくする加速試験方法。
［1］H. Shohoji et al., E-Journal of Advanced Maintenance Vol.4, 125-132, 201340

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図１ 埋込み基礎ボルトの疲労き裂測定手法
フェーズドアレイ超音波法でボルトに発生したき裂を探傷すると、き裂の開口部と先端付近での反射に対応する2つのピークが出現する（き裂が浅い場合は両ピークが重なり見かけ上1つとなる）。このき裂先端からの反射ピー

クはき裂深さと相関があることから、き裂深さの推定が可能となる。

重点課題
設- 備運用 保･ 全技術の高度化

図2 低炭素ステンレス鋼のSCCき裂（20ミクロン以上）数の経時変化
低炭素ステンレス鋼のCBB試験で得られた20ミクロン以上のき裂の数は、初めは穏やかに増加し、その後急激な増加へと変化する。初期の穏やかな増加は、表面き裂が合体後すぐに進展に進む従来モデルでは説明できず、微小き裂の合体が引き続き生じていると考えられることから、今後、応力腐食割れ発生・成長挙動の解明には、き裂の合体過程の詳細な検討が必要である。

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図3 PD試験結果の分析結果
合格者のSCCき裂深さの測定誤差の平均値は0.33mmで、標準偏差は1.92mmであり、不合格者の平均値は1.05mmで、標準偏差は4.87mmであった。

41

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - 設備運用･保全技術の高度化

高クロム鋼製高温機器の設備診断技術の開発
高 効 率かつ 大 規 模 電 源である超 々 臨 界

背景・目的

圧（ U S C ）火 力 発 電 所において、高クロム鋼

製高温機器に対する信頼性の高い設備診断技術の確立が求められている。

（ 9 C r 鋼 、1 2 C r 鋼 ）製 大 径 管 の 各 種 の 溶 接

本 課 題 では 、高クロム鋼 製 大 径 管 の 懸 念部でクリープ損傷に起因する不具合が発生事項である周溶接部や管台溶接部のクリーした事例がある。大径管 の 不具合はUSC火プ損傷に対する設備診断技術を開発し、現場

力発電所の安定運用に支障をきたすことかの保守・管理への反映を目指す。

ら、これを未然に防止するために高クロム鋼

主な成果

1

内圧曲げクリープ条件下における12Cr鋼周溶接部 の 破壊形態 の 解明

周溶接部の破壊形態の解明を目的として

面き裂が確認された（図1）。試験体を切断し実 施した1 2 C r 鋼 大 径 管 周 溶 接 試 験 体 の 内溶接部断面を詳細に観察した結果、クリープ

圧曲げクリープ試験において急激な変形をき裂 の 起 点は配 管 内 部であり、母 材 の 溶 接捉えて試験を停止したところ、曲げによる軸

熱影響部（HAZ）細粒域に沿ってき裂が進展

方向引張応力が作用する側の周溶接部で表することが明らかとなった。

2

12C r鋼 周 溶 接 部 のクリープき裂 ／ 寿 命に対する検 査と評 価

周溶接部に対する設備診断技術の確立にには相 関 が あり、非 破 壊 検 査 法 の 有 効 性 が向けて、切断調査の前に12Cr鋼大径管周溶

実 証された（ 図 2 ）。また、これまでに当 所で接試験体に対して超音波非破壊検査法を適開発してきた解析技術に基づき本試験体の用したところ、肉厚内部の広い範囲でクリー寿命評価を実施したところ、ひずみを基準にプき裂 の 存 在 が 示 唆された。この 検 査 結 果

評価することで概ね妥当な精度で寿命を評を断 面 観 察 結 果と比 較したところ両 者 の 間価することができた。

3

9C r鋼 溶 接 部 のクリープ 寿 命 へ の 影 響 因 子 の 検 討

溶 接 部に対 する信 頼 性 の 高 い 設 備 診 断

リー プ 寿 命 は 低 下 することが 明らかとなっ技 術を開 発 するために、9 C r 鋼 溶 接 部 のク

た（図3）。本試験結果より、溶接部を評価す

リープ寿命に対する各種影響因子についてる際には開 先 角 度も考 慮すべきであること

実 験 により調 査したところ 、溶 融 線と応 力が示唆された。

方向のなす角度（開先角度）が小さいほどク

49C r鋼 再 溶 接 部 のクリープ 寿 命 の 評 価

9Cr鋼溶接部の劣化損傷材に対して初期と再溶接の交差箇所）にき裂が生じた。溶接

溶接部と交差するような再溶接を施した後、部の各位置での材料特性を詳細にモデル化

クリー プ 試 験 を 実 施したところ、再 溶 接 のしクリープ解析を実施したところ、溶接金属

無 い 場 合と比 べ て 顕 著 な 寿 命 の 低 下 が 認

内HAZにおいてひずみの集中が認められためられた。9Cr鋼溶接材の場合、一般的には（ 図 4 ）。この 結 果より、複 雑な開 先 形 状を有母材のHAZ細粒域でき裂が生じるのに対しする再溶接部に対して解析的評価が有効でて、本 試 験 片は溶 接 金 属 内 H A Z（ 初 期 溶 接ある可能性が示唆された。

42

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図１ 内 圧 曲 げ クリー プ 試 験 後 の 1 2 C r 鋼 周溶接試験体の断面

図2 超 音 波 非 破 壊 検 査 法 の 有 効 性 の 実 証

温度650℃で約8,000時間試験後に、曲げによる音波法により検出することができた。

12Cr鋼周継手試験体に生じていた内部き裂を、超引 張 力 が 作 用する周 溶 接 部 の H A Zに沿って巨 視き裂が発生・進展していた。
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設- 備運用 保･ 全技術の高度化

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図3 9Cr鋼溶接部のクリープ寿命への影響因子

10mm
図4 9Cr鋼再溶接材のクリープ解析

溶 融 線と応 力 方 向 の な す 角 度 が 小 さ い ほど 、ク

材料特性を詳細にモデル化した9Cr鋼再溶接材のリープ寿命が低下した。

クリープ解析において、実験でき裂が確認された溶*RHC委員会：国が設置した「高効率火力発電設備

接金属内HAZ（初期溶接と再溶接の交差箇所）
でク

健全性調査委員会」

リープひずみの集中が見られた。

43

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

火力発電の大気環境総合評価技術の開発
背景・目的

原 子 力 発 電 所 の 長 期 運 用 停 止に伴 い 、火力 発 電 へ の 依 存や、再 生 可 能エネル ギーで安定供給が可能な地熱発電への関心が増している。一 方 、火 力 発 電や地 熱 発 電 の 新・増設やリプレース時の環境影響評価（アセスメント）では、一層の迅速・低コスト化が求められている。また、火力発電には、微小粒子状物
質PM 2.5や光化学オキシダントに代表される二次大気汚染原因物質の発生源としての懸

主な成果

1

を簡易、迅速、低廉化する手法やツール（ソフトウェア）を開発するとともに、二次大気汚染
物質の評価手法の開発を通して発生源の影
響等を明らかにし、合理的な排出対策の策定に寄与する。

火 力 発 電 の 大気 環 境アセスメント支 援ツー ル の 開 発

火 力 発 電 の 新・増設やリプレース時に、大気 環 境アセスメントの 事 前 検 討から環 境 影
響評価書の作成まで幅広く活用可能な支援ツールを開発した。本ツールはパソコンによる操 作 が 可 能であり、煙 源 条 件（ 位 置 、煙 突
高さ、排ガス諸元）などを入力することで、大気 中 の 排ガス拡 散 計 算 を 実 行し、拡 散した
排ガスの 濃 度 分 布を地 図 上に描くことがで

2

念があり、今後、それらに対して科学的な対応を求められる可能性がある。
本課題では、大気環境に係るアセスメント

きる。また、一般に公開されている環境濃度
データを自動的に取得し、周辺環境に及ぼす排ガスの影響を容易に評価できる。さらに、
複 数 煙 源からの 排ガス拡 散 計 算や 、煙 源 情報や地形データから高濃度をもたらす特殊
気象条件および地形影響の自動判定が可能
といった特徴を有する（図１）[V13020] 。

地熱発電 の 大気環境アセスメント用拡散予測数値モデル の 開発＊1

地 熱 発 電に係る大 気 環 境アセスメントをの対応に向けたプロトタイプ版を作成した。

迅 速・低コスト化するため、拡 散 予 測で用 いられる風洞実験に代わる数値モデルの開発に着 手した。比 較 的 単 純 な 地 形に適 用 可 能
な簡易型モデルを構築し迅速な数値解析へ

さらに、複雑な地形と建屋の影響を扱える詳
細型モデルではベースとなる乱流モデルの精度を明確にするため風洞実験の結果と比較し、モデルの課題を抽出した（図２）。

3

二 次 大 気 汚 染に対する発 生 源 影 響 度 の 評 価 手 法 の 開 発

オゾンは、窒素酸化物と有機化合物の共存下で生成される二次大気汚染物質であるとともに、PM 2.5 の生成にも深く関与している。
そこで、オゾンに対する発生源影響度＊2 の評

ことがわかった。また、オゾンの消滅過程の扱いを考慮した概念（ポテンシャル・オゾン＊5）を導入し同様の解析を実施したところ、両手法

適用性を比較した。その結果、後者は前者よの結果はほぼ一致した。このことから、タグ付
きトレーサ法がオゾンの発生源影響度評価手法として有効なことが示された（図３）。本成果
は、二次大気汚染に対する火力発電の影響評

り発 生 源 の 近 傍で影 響 度を大きく見 積もる

価等に活用する。

＊3

価手法として、高精度の高次感度解析法 と計算コストに優れるタグ付きトレーサ法＊4 の＊1（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構との共同研究として実施した。
＊2 評価対象地点で観測された大気中オゾン濃度に対して、周辺の各地域（各国）の発生源がどの様な割合で影響を及ぼしているかを示す指標。効率的な発生源対策を講じる上で有用な情報となる。
＊3 原因物質排出量に対する大気中濃度の応答（感度）から影響度を求める方法。
＊4 排出された原因物質に印（タグ）を付けて追跡し、影響度を求める方法。
＊5 オゾンは一酸化窒素との化学反応により消滅し、二酸化窒素が生成する。このオゾン消滅過程において、ポテンシャル・オゾン（＝オ
ゾン＋二酸化窒素）の濃度は保存される。
44

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2014/05/28 11:12

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図1 大気環境アセスメント支援ツールの結果表示画面
計算期間と煙源条件を入力して拡散計算を行った結果が、地図上に示される。カラーコンターは年平均濃度分布を示し、最大着地濃度地点には三角印が描かれている。また、煙源周辺の大気環境濃度測定局とデータを国立環境研究所の公開データベースより自動的に抽出し、現況の環境濃度として表を作成する。

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図2 風洞実験結果（上）と地熱発電 の 大気拡散
数値モデル（詳細型）の比較（下）詳細型モデルは、複雑な気流を再現するための乱流モデルをベースとして開発を進めている。風洞実 験による単 純な地 形で結 果を比 較したところ、
一 般 的な乱 流モデ ルでは地 形 背 後 の 主 流 方 向 風
速をやや過小評価する傾向があった。

図3 高 次 感 度 解 析 法とタグ 付 きトレー サ 法 による国 内 発 生 源 の 影 響 度
大 気 環 境 基 準 値を超 過した春 季 の 高 濃 度 事 例に対して影 響 度 の 評 価を行った。タグ 付きトレー サ
法によるオゾンの発生源影響度（右上）は、発生源付 近 で 高 次 感 度 解 析 法（ 左 上 ）より大 きくなる傾向にあった。ポテンシャル・オゾンではこの過大傾向は大幅に抑制され、両手法の整合性が高まった（ 下 ）。国 内 発 生 源 は 発 電 所 や 自 動 車 などの す べての人為起源発生源を対象としている。

45

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14/05/23 16:01

設- 備運用 保･ 全技術の高度化

設- 備運用 保･ 全技術の高度化୺ὶ᪉ྥ㢼㏿ [m/s]200

重点（プロジェクト）課題

重点課題

250

２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

生物多様性に配慮した電力施設の建設・運用支援技術の開発
背景・目的

2 0 1 1 年に改 正された環 境 影 響 評 価 法では、計画段階環境配慮書での生物多様性評価が始まっており、新たな規制・制度導入に対応する技術開発の必要性が高まっている。

や環境保全措置等の結果公表が義務づけら本課題では、発電所の円滑な建設、更新およれ、風力発電が新たな対象事業として追加さび運用に寄与するため、生物多様性評価と保れた。また、生物多様性オフセット や海域生全に有効な技術を開発する。

＊1

態系の影響評価の必要性に関して国等で議論

主な成果

1

動 植 物 重 要 種＊2 の 生 息・生 育 可 能 性 推 定 手 法 の 開 発

計 画 段 階 環 境 配 慮 書における影 響 予 測

おける生物リストと植生などの地図情報をもは、原則として既存資料を用いた簡易な手法とに、事業対象地点における重要種の生息・で実 施する。動 植 物 の 項目では、レッドデ ー

生 育 可 能 性を推 定 する手 法を構 築した（ 図タブック等に掲 載された重 要 種 が 対 象とな１）。本手法を適用することで、広い地域で確るが 、事 業 の 計 画 範 囲と重ね合わせて影 響

認されて いる多 数 の 重 要 種 の 中 から、計 画を検討できるような、分布位置が示されてい地点に生息、生育可能性のある種を絞り込む

る資料はほとんどない。そこで、周辺地域にことが可能になる[V13004] 。

2

藻場生育量推定技術の開発

海域生態系の中でも､藻場生態系は高い生度等）を活用し、繁茂期の藻場生育量を簡便に物生産性と多様な生物の生息場として重要な推定できる数値モデルを構築するとともに、役割を担っている。環境アセスメント調査では実測値との比較から数値モデルの有効性を確

繁茂期の藻場生育量の把握が求められるが、認した（図2）。本モデルを用いることにより、そのためには多大な時間とコストを要する潜対象海域の藻場の生育量を面的に算出するこ水作業等の調査が必要となる。そこで､公共とが可能となり､アセスメントにおける調査の機関が公開しているデータ（日射・水温・透明迅速化・低コスト化に貢献する。

3

鳥類飛翔の簡易調査技術の開発

風力発電設備への鳥類衝突が懸念されて

同 時 録 画 映 像から同 一 個 体 の 飛 翔 軌 跡を2おり、環境アセスメントにおいても鳥類への方向から画像化し、飛翔を立体的に把握でき

衝 突 影 響を予 測 評 価する必 要 が ある。予 測る鳥類飛翔3次元座標化ソフトウェアを開発評価に必要なデータを得るため、目視によるした。これにより目視では困難だった鳥類飛鳥 類 飛 翔 の 観 測 が 行われているが 、労 力を

翔 の ルートや高度などのデータを高い精度要するうえに誤差が大きいことが課題となっで取得することが可能となった（図3）。今後ている。そこで、2 0 1 2 年 度に開 発した鳥 類

は現地調査を通して検証を行い、鳥類に関す

飛翔観測装置を用いて、2台のカメラによるる環境アセスメントの省力化につなげる。

*1 開発事業において現地における生態系保全が十分に確保できない場合、別の場所において生態系を創出・保全することにより、事業による生態系への負の影響を相殺すること。
*2 絶滅が危惧される、あるいは環境影響を受けやすいなどの観点から、国や自治体により法令等で指定された種。
46

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図1 動植物重要種推定手法
過去に実施された全国の発電所アセスメント49件で記録された重要種の調査結果をもとに、マツ林、工場地など
26の環境区分における出現状況を整理し、各区分の生息・生育可能性を評価する判定表を構築した（上表）。この
表と植生図を対比することにより、多数の重要種の中から予測対象種を絞り込むことが可能になる
（下図）。
重点課題
設
- 備運用 保･ 全技術の高度化

図2 藻場生育量計算数値モデル

図3 立 体 的に把 握された鳥 類 の 飛 翔 軌 跡

日射量､海水温、透明度などの環境データを入力し､カメラ2台によって同時録画された映像から、鳥類態調査が実施されているカジメ藻場（神奈川､静岡､る（各色 の ●は鳥類個体 の 飛翔軌跡を示す。黄 線

各水深の生育量最大値）と予測値を比較し､生育量をを的確に把握することが可能であり、鳥類衝突影繁茂期の生育量を算出する（上図）。国内で詳細な生三重）
について､調査で得られた繁茂期生育量（各地再現できることを確認した（下図）。

個体の飛翔のルートや高度を計測することができは高度）。風車 の 回転空間を飛翔する鳥類 の 状 況
響予測の信頼性向上が期待できる。

47

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

ダム流域土砂管理のための統合システム開発
背景・目的

主な成果

ダムの通砂や排砂を行う際には、ダム下流

砂の挙動を精度良く予測することは難しい。

における河床状態や魚類への影響が懸念され

本 課 題では、高 精 度 な 洪 水 予 測に基 づ いる。その影響を評価し、合理的なダム土砂運用て土砂や水質の挙動を予測するシステムをを行うには、貯水池等に堆積する土砂挙動の構築するとともに、既開発の降雨・出水予測

予測手法が不可欠である。現状では、河床・側システムと組み合わせた統合システムを開発

岸の侵食量を的確に把握できないことから、し、実用的な土砂挙動予測技術を電力各社に山地から供給され河道や貯水池に堆積する土

提供する。

1

上 流 山 地からの 土 砂 生 産 量 予 測 技 術

ダム上流の広域な土砂発生量を把握する

変化を解析し、このモデルの森林の土壌流出ため、レーザープロファイラーデータから4年

評価への適用性を明らかにした [V13001] 。さ間の地形変化を定量化し、新規崩壊地の探知

らに、より詳 細な土 壌 流 出 解 析を行うため、と崩壊土砂量を推定した（図1）。

森林からの土壌浸食量を無電源で簡易に計一方、世界各国で広く用いられている農地を対象とした土壌流出モデルEUROSEM＊1を用 い 、森 林 斜 面 の 表 面 流 出や濁 水 の 経 時

2測できるシステムをダム上 流 域 の 斜面に複数台設置し、森林斜面からの土壌移動の実態解明を開始した（図2）。

豪雨時の斜面安定性評価法の開発

2012年度に構築した豪雨時の斜面安定性した。斜面全体の安全率から、降雨開始70～

評価手法 [N12014]を、既往最大雨量を記録し100時間後の間に斜面崩壊した推定結果がた台風によって崩壊した斜面に適用し、雨量得られ、実現象とほぼ一致する評価結果が得とともに変化する斜面安定度 の 変化を評価

られた
（図3）。

3

河 川 貯 水 池 のリアルタイム流 況 観 測システム の 構 築

ダム下 流 の 土 砂 動 態を把 握 するため 、

通 信 網により当 所 内 の サ ー バに送 信 され、

河 川・貯 水 池 の 水 質 をリア ル タイムに観 測

自 動 的にデ ー タを 蓄 積し、遠 隔 地 から河 川

で きる 装 置 を 開 発した 。この 装 置 は 、太 陽

水 質 を 確 認 することが で きる（ 図 4 ）。この

光 パ ネ ル や バッテリー を 用 い て 無 電 源 化システム で は 、あらかじめ 設 定した 濁 度 以

し、長 期 間 の 観 測 が 可 能 な 仕 様とした 。こ上 とな ると自 動 的 に 河 川 水 を 採 水 す る 機の 装 置 を ダ ム 下 流 から 河 口 ま で 計 7 地 点

能 や 遠 隔 地 から 採 水 を 指 令 す る 機 能 を 有に設 置し、水 質 デ ー タ の 連 続 観 測 を 開 始しし、観 測 に 要 する労 力 を 大 きく軽 減 さ せ る

た [ V 1 3 0 0 7 ] 。取 得した デ ー タ は 携 帯 電 話ことが できる。

4

洪 水と土 砂 輸 送を予 測するため の 統 合システム の 開 発

当所で開発した土砂流動解析プログラム

素)の数日間の変化状況を予測できることを

C-HYDRO-2Dを用いて、洪水時の河川・貯水確認した。この検証により、ダム下流から河口池における土砂堆積状況と貯水池水位低下

までの降雨・出水予測から水質予測までのシによる洗掘の効果を計算した。また、これに水ステム全体の動作確認を行い、統合システム

質予測システムを組合せ、水温やDO(溶存酸

完成の目処をつけた。

＊1 英国Cranfield Univ.が開発した土壌流出モデル。
48

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（1）LP地形起伏図（2009） （2）LP地形起伏図（2013）

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（3）2時期の地形変化量図

図１ レーザープロファイラー（LP）差分解析による崩壊土砂量推定事例
2009年および2013年の航空機からのレーザー
プロファイラーにより、林道から遠く、確認が難し
い新規崩壊地が検出された。崩壊地からの土砂発
生量と堆積量を定量化し、今後現地調査を行いながら、河道に流下した土砂量を推定する。

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図2 土壌浸食量観測システムの概要
当所で開発した土壌侵食量観測システム[V11030]
は、複数の土壌サンプラと表面流量計測装置に、降水量などの気象観測装置から構成されている。本
研究では、土壌を採取するサンプラの状態をWEB
カメラにより遠隔から監視することができ、サンプルの回収やメンテナンスを合理的に行うことを可
能とした。
重点課題

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設
- 備運用 保･ 全技術の高度化㞭㔖ᙁᗐ㻃㻾㼐㼐㻒㼋㼕㼀㻃

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図 3 滑りを 生じた 斜 面 を 対 象とした 豪 雨 時 の
斜 面 安 定 解 析 結 果（ 降 雨 開 始 から1 0 0 時
間 後 、総雨量8 0 0 m m ）局 所 安 全 率は降 雨 の 浸 透に伴って旧 崩 壊 堆 積 物と岩 盤 の 境 界 付 近にお いて安 全 率 の 低 下 する領域が広がり、100時間後にはこれらが連続する。全
体 安 全 率を計 算すると、初 期 、7 0 時 間 後（ 総 雨 量400mm）、100時間後（同800mm）の順にそれぞれ1.25、1.06、0.50となり、70時間～100時間後の間に崩壊したものと推定された。

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図4 リアルタイム流況観測システムの概要
7地点から送信されてくる大量のデータを処理し、リ
アルタイムで入手される河川水質のモニタリングを容易にしたGUIソフトウェアを開発した。また、PC上のデータをチェックしながら採水の実行・停止が可能な機能も有している。

49

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - 設備運用･保全技術の高度化

経年電力流通設備の維持管理技術の構築
背景・目的

高度経済成長期等に導入された電力流通

須な劣化診断技術の開発と判定のベースと設備の更新が今後大量に生じることが予想さなる劣化データの蓄積を図るとともに、設備れ、高経年化した電力流通設備に対して、改修更新計画の策定を支援するために、設備運用や更新の平準化、費用対効果の考慮等の合理

情報や機器信頼度などを評価軸に加えた設的な設備維持管理技術の構築が重要である。

備更新計画策定支援ツール（アセットマネジ

本 課 題 では 、合 理 的 な 設 備 維 持 管 理に必

主な成果

1

メント支援ツール）を提供する。

周 波 数 応 答 解 析による異 常 診 断 技 術 の 開 発

変圧器巻線等の構造劣化による異常検出

電力会社と共同で実施し[1] 、巻線の異常を検技術として、周波数応答解析（FRA）に注目し出した（図1）。診断後の解体調査からは一致た 診 断 技 術 の 開 発を行って いる。電 力 系 統した巻線での異常が確認されており、FRAにの調相設備として変電所に設置されている、よる診断技術のシャントリアクトルへの適用

変圧器と巻線構造が類似のシャントリアクト性が明らかとなった。

ル実器に対して、FRAによる内部異常診断を

2

C Vケーブ ルとO Fケーブ ル の 診 断 技 術 の 開 発

電 力 会 社 から 提 供 さ れ た 2 2 ～ 7 7 k V 撤を基にした保守に加え、PD測定 の 適用によ去CVケーブルを対象に、劣化の主要因となる新たな劣化診断手法の確立が求められてる水トリー の 進 展デ ータなど絶 縁 劣 化 様 相いる。OFケーブル接続部に発生しうる異常

データを蓄積し、標準的な設備に対する残存を想 定し、図 2（ a ）に示すような 油 隙 欠 陥を

絶縁性能の経年変化を明らかにしてきた。今有する油浸紙複合絶縁系モデル試験体を用後は、ケーブ ル 布 設 環 境 等 の 条 件 別 の 余 寿

いたPDの連続測定により、絶縁破壊に至る

命推定による維持・更新基準の構築を図る。

までのPD発生の推移を明らかにした。PDのOFケーブルでは、接続部の撤去品調査結発生頻度・継続期間や放電電荷量をトレンド

果などから部分放電（PD）の痕跡が認められ管理することで、劣化進展を検知できる可能るなどの 状 況を受 け 、従 来 の 油 中ガス分 析性を見出した（図2）[H13014] 。

3

送変電設備の塗膜劣化診断技術の開発

送 変 電 設 備 の 塗 膜 劣 化 評 価に向け、当 所腐食を生じさせた塗装鉄板に対し、この手法

では、有機塗膜に対し高い透過性を示す上、を適 用し、可 視 光 では 見えな い 塗 膜 下 の 腐

錆には強く吸 収される特 性を持つテラヘ ル

食程度を定量的に検出できる見通しを得た

ツ波(THz波）を用いた劣化診断技術の開発

［2］
（図3）
。

を進 めて いる。臨 海 地 域に暴 露して 塗 膜 下[1] 宮嵜 他、平成25年電気学会電力エネルギー部門大会資料No.405、2013[2] 布施 他、電気学会次世代産業システム研究会資料IIS-13-64、201350

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(a) 主な仕様(b) FRA診断結果

図１ シャントリアクトル巻線の異常検出例
測定したシャントリアクトルの概要と測定結果を示す。同図に示す様に12kHz付近にある下向きのピーク位置が若干低周波側に移動している。この周波数応答解析により検出した異常は、実験終了後の解体調査により確認された。このことから周波数応答解析を用いることにより巻線の異常を定量的に評価できることを明らかにした。

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重点（プロジェクト）課題⤧⦍ἔ㻃䜬䝡䜱䜻ᶖ⬙㻃(a) 油隙欠陥を有する油浸紙複合絶縁系モデル試験体(b) PD特性の推移

図2 OFケーブルモデル電極による部分放電発生推移の実測例までに相当の時間が見込める事を明らかにした。これにより、連続放電が発生する以前から部分放電測定を実施することで、劣化進展状態を検知できることを明らかにした。

図3 ポリウレタン塗装鉄板のTHz画像による分析結果9×12cmのペンキ塗装鉄板を臨海地域に暴露
して塗膜下腐食を生じさせ、THzイメージングを実施した。THz波はペンキ面に垂直に入射し、その反射時間と反射量を測定して劣化データとする。
写真では劣化の痕跡が見える程度であるが、THzイメージ図に示す様に劣化進行を定量的に明確に表現できることを明らかにした。
イメージ図の相対強度は入射波に対する相対強 度で、1はすべて反 射 、0は吸 収を表しており、0に近いほど腐食が進行している。

設- 備運用 保･ 全技術の高度化

シート試料を用いた連続課電試験にて、絶縁破壊に至る前に2000pC程度の放電がほぼ連続で発生し、絶縁破壊51

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 設備運用･保全技術の高度化

経年鉄塔の健全性評価技術の開発
背景・目的

高度経済成長時代に設置された送電用鉄塔

本課題では、腐食や疲労に対する余寿命評の経年劣化が進んでおり、改修・建替等の平準価手法・効率的な点検手法、および不同変位・化・効率化が求められている。一方で、東北地地盤変状に対する安全性診断法を開発する。

方太平洋沖地震では、兵庫県南部地震を超え

また、高レベル地震動に対する弾塑性挙動をる最大加速度が観測されており、このような高考慮した耐震裕度を明らかにし、経年鉄塔のレベル地震動に対する耐震性能の把握も必要

合理的な維持管理の実現に資する。

となっている。

1

主な成果

腐 食 環 境 因 子 の 観 測とマップ 化

内陸域における腐食環境因子の定量化を

海塩輸送シミュレーションコードNuWiCC-

目的に、既 設 送 電 用 鉄 塔（ 千 葉 県 成 田 市 ）にS Tを用 いて年 間 平 均 飛 散 海 塩 量マップ（ 関新 たに腐 食 環 境 測 定 装 置を設 置し、観 測を

東 地 方 ）を試 作した。N u W F A S のデ ータを開始した。また、電中研気象予測・解析システ

用 いた年 間 平 均 飛 散 海 塩 量 の 推 定 結 果は、

ムNuWFASによる53年間超高解像度気象

海塩付着量の観測値の定性的な傾向を再現

再現データベース（CRIEPI-RCM-Era2）としていることを確認した（図1）。

2鋼 管 部 材 の 内 面 腐 食を対 象とした部 材 配 置による影 響 評 価

横 須 賀 地 区で実 施した大 気 腐 食モニタリ

度 が 大きいことを明らかにした（図2）。これ

ングセンサ（ACMセンサ） による暴露試験

らの 結 果は、部 材・部 位 別 腐 食 量 推 定や、保に基 づき、水 平 材と斜 材 の 鋼 管 内 腐 食 速 度

全 業 務にお い て 優 先 的に点 検 す べき部 材・分布を評価し、斜材では水平材よりも腐食速部位の特定に活用する[Q13007] 。

＊１

3

腐 食 実 態 調 査と経 年 鉄 塔デ ータベ ース化

腐 食に起 因する経 年 劣 化 が 生じている全

腐 食 が 確 認され、環 境 条 件による腐 食 状 態

国25線路、41基の鉄塔を対象に腐食実態調の特徴が明らかとなった。また、気象情報、設査を行った。全国沿岸部から山間部までを対備情報とともに今回の調査結果等を集約し、象に調査した結果、沿岸部では海塩による腐経年鉄塔の効果的な維持管理方策の策定に

食、山間部では霧や結露が原因と考えられる

資する経年鉄塔データベースを構築した。

4

鉄 塔 基 礎 鋼 管 杭および 基 礎 周 辺 地 盤 の 状 態 計 測

軟 弱 地 盤 中 の 鉄 塔 基 礎・鋼 管 杭 の 地 震 時

また、明瞭なすべり面が形成されず、挙動

等 の 応 答 特 性 把 握を目的に、実 規 模 送 電 線

メカニズムが 不 明 な 山 岳 斜 面（ 長 崎 県 西 海

雪 害 試 験 設 備（ 北 海 道 釧 路 市 ）に、基 礎 上 地

市）を対象に、当所開発の光ファイバFBGセ

震動および杭頭ひずみ観測装置を設置した

ンサ＊2による孔内傾斜計を設置し、斜面変位（ 図 3 ）。観 測に先 立 ち 、各 建 設 段 階（ 基 礎 工

観測を開始した。本センサ の設置により、鉄事後、鉄塔組立工事後、架線後）での杭頭ひ塔基礎地盤の安定性評価手法開発の基礎

ずみの経時変化を明らかにした。

データを取得する。

＊1 環境因子により電気化学的に発生する金属の腐食電流を計測するセンサ。
＊2 従来の計測に比較して、変位が生じている地山内の変位を20cmピッチで連続して計測できる。
52

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CRIEPI ࢹ࣮ࢱ฼⏝᪤ 㸦NEDO ࢹ࣮ࢱ㸧（a）年間平均飛散海塩量マップ（関東地方）（b）観測値（東京電力提供ACMセンサ計測値）との比較

図１ 年間平均飛散海塩量マップの試作
NuWFASを用いた53年間気象再現解析による洋上風速の頻度分布に基づくマップ（CRIEPIデータ利用）と、既往（NEDOデータ；LAWEPS）の洋上風速の頻度分布に基づくマップ（既往(NEDOデータ)）を作成した。海塩付着

量の観測結果と飛来海塩量に関する推定値を比較した結果、CRIEPIデータによるマップは、NEDOデータによるマップよりも定性的な傾向を再現していることがわかった。

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重点課題

（a）水平材と斜材の配置とセンサ設置状況（b）暴露試験の実施状況（斜材）

ACMセンサの最小値を表す。

設- 備運用 保･ 全技術の高度化

図中の下限値は、腐食速度算出に有意な（c）2013年6月における水平材と斜材の鋼管内腐食速度分布

図２ 水平材と斜材の鋼管内腐食速度に関する暴露試験結果
臨海暴露試験場に模擬水平材鋼管および模擬斜材鋼管を設置し、それぞれにACMセンサを鋼管内に7枚、鋼管外に1枚配置し、暴露試験を行った。その結果、斜材では端部、中央部ともに水平材よりもセンサ出力が大きく、特に中央部では両者の差が大きくなった。原因として、腐食起因物質の流入過程の差異が影響していると推察された。

図３ 鉄塔杭基礎の動態観測装置
実規模送電線雪害試験設備（北海道釧路市）の鉄塔No.2に、基礎上の地震動および杭頭ひずみの観測装置を設置した（2014年3月設置、8月頃動態観測開始予定）。

53

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 次世代電力需給基盤の構築

微粉炭火力の燃料種拡大のための運用技術開発
背景・目的

微 粉 炭 火 力 にお い て は 、これまで あまりまで 利 用されて い な い 石 炭を対 象に、既 設利 用されてい な い 石 炭 の 活 用 など、燃 料 供

微 粉 炭 火 力 発 電 所における適 正 な 粉 砕・燃給源の拡大が求められている。また、燃料多焼条件および混炭法などの利用指針を策定

様化に伴い顕在化しているボイラ水冷壁管する。また 、硫 化 腐 食 の 対 策 技 術として 、硫の硫化腐食に関する対策や、排煙・排水処理化 腐 食 環 境 評 価 ツ ー ル お よび 安 価 な 耐 硫

プロセスにおける微 量 物 質 排 出 抑 制 など、化 腐 食コ ー ティング 技 術 を 開 発 する。さら保 守 点 検コストの 低 減 、および 環 境 対 策 技に、排煙・排水処理プロセスにおける微量物

術が求められている。

質（水銀、ホウ素、セレン等）の挙動予測と排本 課 題 で は 、低 H G I 炭 （ 粉 砕し難 い 石＊1出抑制技術を開発する。

炭 ）、高 燃 料 比 炭（ 燃 焼し難 い 石 炭 ）など、今
主な成果

1

低 HG I 炭と瀝 青 炭 の 混 炭 時 の 粉 砕・燃 焼 特 性 評 価

豪州の低HGI炭は、燃焼性が良く、含まれる窒 素 も 少 な い の で 、燃 料 比 が 高く燃 えには 、通 常 の 粉 砕 粒 径 で の 混 炭に比 べ て 高くなる。

くい瀝青炭と混炭（ラインブレンド ）すると炉内ブレンド法を用いて、低HGI炭の粒径

N Oｘ・灰 中 未 燃 分 濃 度 を 低 減 できる。しかを粗くし、瀝青炭を通常の粒径になるようにし、通常設定される粉砕時の粒径（75µm以

個 別に粉 砕して異なるバ ー ナで燃焼させる

下の割合：70～80%）では、混炭率を高くすと、N O x・灰 中 未 燃 分 濃 度 は 通 常 の 粒 径 でると許容粉砕動力を超えてしまうため、許容

混炭燃焼した時と同等となり、炉内ブレンド

範 囲に収まるように混 炭 率を設 定する必 要

法は低HGI炭に対して有効な混炭法であるがある（図1）。また、粉砕動力を低減するたことがわかった（図2）。

＊2め、粒径を粗くするとNOｘ・灰中未燃分濃度

2

耐 硫 化 腐 食コーティング 技 術および 硫 化 腐 食 評 価 技 術 の 開発

安価で簡便な耐硫化腐食コーティング技

価する硫化腐食環境評価ツールの高度化を術 の 実 用 化に向け、施 工 業 者 へ の 技 術 移 転

目 的に、未 整 備 で あった 硫 化 腐 食と酸 化 腐を 含 む 実 施 体 制 を 構 築 することにより、同

食の境界領域付近にあるガス雰囲気下にお一 施 工 期 間 で 、今まで の 5 0 倍 の 面 積（ 3 日

ける腐食速度データを取得した（図4）。この間で100m ）をコーティングできるようにしデータを硫化腐食環境評価ツールに組み込た（図3）。

むことにより、ボイラ内水冷壁に対する適用

2

ボイラ内の硫化腐食の可能性を事前に評3

範囲を拡大した。

石 炭 火 力における微 量 物 質 の 挙 動 解 明と排 出 抑 制 技 術 の 確 立

近 年 、脱 硫 排 水 中 には 4 価 未 満 の セレン

で の 挙 動につ い て 、基 礎 実 験 ならびに実 機も含有していることが明らかにされている。

排 水 試 料 の 分 析を行って 調 査した 。そ の 結

この4価未満のセレンを含めた全てのセレン

果 、4 価 未 満 の セレンは 排 水 処 理 で 除 去 さ（ 4 価 未 満 、4 価 、6 価 ）の 排 水 処 理 プ ロセス

れることを明らかにした。

＊１ 石炭の粉砕性を評価する指標として HGI（Hardgrove Grindability Index）
が使われている。この数値が小さくなるほど粉砕しにくくなる。現在利用されている瀝青炭のHGIは40～70であり、低HGI炭は40以下の石炭を示す。
＊２ 粉砕機の前で石炭を混合して全てのバーナにおいて同じ混炭率で燃焼する方法。
54

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14/05/20 10:04

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図１ 低 H G I 炭混炭時 の 粉砕・燃焼特 性
低ＨＧＩ炭 は 、燃 料 比 が 低く、窒 素 分 含 有 率 が 低 い た
め、混炭して燃焼すると、NOx・灰中未燃分濃度は、瀝
青 炭 燃 焼 時よりも低くなる。しかし、瀝 青 炭に低 H G I
炭を混 炭して粉 砕すると、粉 砕 動 力 が 高くなり、ロー
ラミル の 粉 砕 能 力 の 上 限に達するため、混 炭 可 能 な
比 率 にも 上 限 が あ ることが わ かる（ 本 図 の 場 合 、約40wt%）。

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図2 低 H G I 炭 の 混 炭 法 の 効 果
粒子径を粗くすると、低HGI炭の混炭率は高くできるが、NOx・灰中未燃分濃度は増加する。低HGI炭を粗くし、瀝青炭を通常の粒径で個別に粉砕して、火炉内に投入する炉内ブレンド法を用いると、NOx・灰中未
燃分濃度は粒径を粗くしたラインブレンド法よりも低減できることがわかった。

1000

ᮞᩩῺᗐ䠌 㻘㻓㻓䉔
重点課題

900
700

次
- 世代電力需給基盤の構築⭁㣏㔖 [μm]

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600◪໩⭁㣏㡷ᇡ

500
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100
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100m2⛤ᗐ

図3 耐硫化腐食コーティング の 施 工 状 況
開発コーティングの実機施工例。コーティングは基材側から、S iO 2 、T iO 2 、Al 2 O 3 、T iO 2 の 4層。施工面積
100m 2 弱で施工6時間、各層の施工間隔は乾燥のため6時間以上とした（4層合計を3日間で施工）。

0
0

2000
4000
6000
㐘㌷᫤㛣 [h]8000

図4 ボイラ内 雰 囲 気における腐 食 速 度 例

実験室規模の試験装置を用いて得られた硫化腐食と酸化腐食の境界領域における腐食量の経時変化を示した。境 界 領 域 付 近 のガス雰 囲 気 下における腐 食 量は、硫化腐食領域と酸化腐食領域 の 中間点での 値であり、材料温度の上昇、硫化腐食領域に近づくことにより増加することがわかった。

55

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 次世代電力需給基盤の構築

低品位資源利用技術の高度化
背景・目的合、脱水乾燥工程の高効率化と自然発火抑制

石炭火力のCO 2 排出原単位低減策として、が技術課題となる。

バイオマスの混焼利用が進められているが、本課題では、石炭火力における低品位資源

石 炭に比 べてバイオマスは粉 砕しにくいた

め、その混焼率は数％に留まっている。また、 （ バイオマス、褐 炭 など）の 利 用 拡 大を目 的

主な成果

石 炭 火 力 の 燃 料 種 拡 大 策として 、褐 炭 利 用に、粉砕性や発熱量の向上が期待される炭化が挙げられるが、褐炭は水分が多く低発熱量

燃料化技術を開発するとともに、様々な低品

で、乾燥すると強い自然発火性を示すため、

位資源およびその改質燃料の評価技術を確

長距離輸送が難しく、これを輸入利用する場

立する。

1

木 質バイオマス の 炭 化 燃 料 化 技 術 の 開 発
大規模な商用プロセスの評価が可能である

１）炭化燃料化実験設備の熱収支評価

こと、などが明らかとなった（図1）。

処理量4t/日、最高炭化温度650℃での運転が可能な実証規模の炭化燃料化実験設備

２）炭化燃料および炭化プロセスの特性評価

を用 い 、杉チップ（ 水 分 約 4 0％）を原 料とす

上 記 の 杉 チップを原 料とする炭 化にお いる炭 化（ 原 料 供 給 量 1 3 0～1 4 5 k g / h 、炭 化て、炭 化 燃 料 の 熱 的 な 品 質 指 標である熱 量

温度340～400℃）を行い、燃料比 0.19～

残留率＊2、炭化プロセスの性能指標である炭0 . 9 1 の 炭 化 燃 料を得た( 表 1 ) 。いず れの 炭

化効率＊3は、炭化温度の上昇とともに減少し、化 条 件にお いても、炭 化 燃 料 化 実 験 設 備 へ

390～400℃で減少率が増加すること、一方、の 入 熱（ 原 料 入 熱と補 助 燃 料 ）における、補炭化燃料の燃料比は、炭化温度390～400℃

助燃料の割合は約20%を占め、原料入熱ので急増することから、同温度域で急激に炭化

約 1 / 4 の 補 助 燃 料 が 必 要となること、また、が進行することがわかった（図2）。今後、他の出熱（炭化燃料、熱分解ガス、機器放熱、熱風

バイオマスについて、同様のデータを蓄積す

炉 排ガス）のうち、機 器 放 熱と熱 風 炉 排ガスることにより、商用規模の炭化プロセスにおとして 放 出される熱 の 合 計 は 、入 熱 の 1 0 %

ける炭化特性を原料の燃料性状や熱分析結

程 度と実 機 並 みに低く抑えられており、より果から予測することが可能となる。

＊12

石 炭 火 力における木 質 炭 化 燃 料 の 高 混 焼 率 利 用 時 の 粉 砕 性評 価

石炭火力における木質バイオマス炭化燃との混合率（熱量基準）は3～30%とした。い

料 の 高 混 焼 率 利 用を想 定し、炭 化 燃 料 化 実

ずれの試料においても、混合率の増加にとも験設備で製造された、燃料比の異なる3種類

なって粉砕動力は増加するが、炭化することの 杉チップ 炭 化 燃 料（ 燃 料 比 0 . 1 9 、0 . 2 5 、により、粉砕動力の増加は大幅に抑えられ、

0.58）、ならびに原料（未炭化の杉チップ）を

混合率10%を越える高混焼率利用の可能性

石炭と混合し、ローラーミルにより粉砕特性が確認された（図3）。

を明らかにした。炭化燃料および原料の石炭＊１ 燃料中の固定炭素と揮発分の比率、炭化の進行にともない増加する。
＊２ 炭化燃料の熱的な品質指標のひとつ、（炭化燃料の発熱量×製造量）
を（原料の発熱量×供給量）
で除した値。
＊3 炭化プロセスの性能指標のひとつ、（炭化燃料の発熱量×製造量）
を（原料の発熱量×供給量）と（補助燃料の発熱量×供給量）
の和で除
した値。

56

本課題の一部は、環境省からの受託研究として実施した。

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表1 炭化条件と原料および炭化燃料の燃料性状
炭化燃料化試験の炭化条件と試験に用いた原料（杉チップ）
および製造された炭化燃料の工業分析値と炭化度を示す。
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炭化温度

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-

340

360

380

400

400

原料供給量

kg/h

-

146

128

134

146

129

灰分

% db

0.2

0.3

0.3

0.3

0.5

0.7

揮発分

% db

85.7

83.8

82.1

81.3

63.1

52.1

固定炭素

% db

14.1

15.9

17.6

18.4

36.4

47.2

燃料比

-

0.16

0.19

0.21

0.23

0.58

0.91

高位発熱量

MJ/kg

20.6

20.7

21.2

21.6

25.7

28.6

100

80

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60
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図1 炭化燃料化実験設備の熱収支（左：入熱、右：出熱）
炭化燃料化実験設備の熱収支として、入熱と出熱の熱量構成比率を示す。入熱の熱量構成は、原料（杉チップ）と補助

燃料（LPG）であり、出熱の熱量は、炭化燃料、熱分解ガス、機器放熱、排ガスから構成される。得られた炭化燃料化プ
重点課題

ロセスの熱収支情報は、炭化条件の最適化や実機の設計・運転データとして活用可能である。



100

60

1.5

50

80

1.0

60

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40

次
- 世代電力需給基盤の構築ཋᩩ䟺⇖ᩩẒ 0.16䟻
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30
20
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340

360

380

400

420

⅛໩Ὼᗐ Υ

図2 炭 化 燃 料 熱 量 残 留 率と炭 化 効 率に対 する炭化温度 の 影響
炭化燃料の熱量残留率、炭化燃料化実験設備の炭化
効率と炭化温度の関係を示す。これらのデータは、今後実施する炭化燃料化試験の炭化条件設定、炭化条
件の最適化検討、炭化燃料性状予測ツールの開発などに活用可能である。

0
0

10

20

30

40

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図3 原料および炭化燃料の粉砕動力と混合率の関係
石 炭 火 力での 高 混 焼 率 利 用を念 頭に、原 料と炭 化 燃料(燃料比0.19、0.25、0.58）の石炭との混合粉砕試
験（混合率3～30%）を実施した。原料（杉チップ）の混
合率30%での混合粉砕は困難であったが、炭化する
ことにより、粉砕性が大きく改善されることが明らか
となった。

57

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - 次世代電力需給基盤の構築

太陽光発電大量導入時の系統セキュリティ評価
背景・目的

主な成果

今後予想される太陽光発電（PV）をはじめの開発・実証が重要な課題となっている。

とする分散形電源大量導入のもとでの系統

本課題では、実験的な検証により系統事故

事故時の系統セキュリティ（系統安定度、周波時のPV用パワーコンディショナ（PCS）の特性数、電圧安定性など）の確保は重要な課題でを解明するとともにシミュレーション解析用ある。これまでPV大量導入時の系統事故がモデルを開発し、事故時を含めた系統セキュ

系統セキュリティに及ぼす影響の検討はほとリティの評価を行い、系統セキュリティ維持技

んどなされておらず、影響評価、安定化対策

術の確立に資する。

1

シミュレーション解 析 用 P Vモデ ル の 利 便 性 向 上

当所電力系統シミュレータにおける住宅用を模擬したY法＊1シミュレーション用PVモデ

PV用PCSの特性把握のための実機試験から、

ルを開発してきた。今般、PV大量導入が系統

系統事故時のPCSの一時的な停止には、インセキュリティに及ぼす影響の効率的評価に資

バータの制御系のみならず、単独運転検出リするため、代表的な3種類のPVモデル（表1）レーが大きく関わっていることが明らかとなっを標準モデルとしてY法へ組み込み、Y法ユー

たため、これまでに各種の単独運転検出方式

ザの利便性を向上させた。

2

能動的単独運転検出機能の応動によるPCSの無効電力振動現象の発生条件の実験的抽出

これまでの電力系統シミュレータにおける負 荷 の 開 閉 ）試 験を実 施した。そ の 結 果 、送一部の試験において、PV用PCS の能動的電線の距離が長く負荷端の電圧が変動し易

単独運転検出機能の応動に起因してPCSのい（ 短 絡 容 量 が 小さい ）試 験 条 件 、また、P V

無効電力が周期的に変動する現象（周期0.1の連系容量が大きい試験条件において＊3、こ秒程度）が観察された。この現象の発生条件の現象が発生する傾向があることを確認したを調べるため、負荷端にPCSと抵抗負荷を連（ 図 2 ）。今 後 、この 現 象 の 詳 細 な 発 生 条 件 、

系し（図1）、275kVおよび66kV模擬送電線

実系統における発生可能性等について検討の距離とPV連系容量をパラメータとして変

を進める。

＊2

化させ、系統に外乱を加える（ここでは抵抗3再生可能エネルギー発電 の 大量導入が系統安定度へ及ぼす影響 の 評価

太陽光発電および風力発電が大量導入さ

系統安定度に及ぼす影響が異なることを示しれた場合の系統安定度へ及ぼす影響を評価た。なお、
これらの影響は対象系統の特性にもするため、実規模の様々な系統モデル（図3）

大きく依存するため、今後標準的な系統モデにおいてY法シミュレーションを実施した。そルにおいても解析を行い、系統特性との関係の結果、再生可能エネルギー発電の導入量・も含めて系統安定度へ及ぼす影響について

導入位置、系統の潮流条件・事故条件等により整理する。

＊１ 当所開発の電力系統動特性解析プログラム。わが国の全電力会社において使用されている。
＊２ 電力系統シミュレータに設置されているステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出方式（能動的方式）を具備する住宅用
PV用 PCS。
＊3 ここでの試験では、短絡容量比（負荷端の短絡容量／ PV 連系容量）がある値以下となると、この振動現象が生じる傾向となった。なお、
PCSのメーカ・機種などによって、このしきい値は異なるものと推察される。また短絡容量比以外の要因も発生条件に関与している可能性がある。
58

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表1 PV標準モデル（3種類の単独運転検出方式を選択可能）࣓ࢸࣜ ࢪࢷࢴࣈἸථ௛࿔ἴᩐࣆ࢔࣭ࢺࣁࢴࢠ᪁ᘟ㸝⬗ິⓏ᪁ᘟ㸞ࠉ࿔ἴᩐን໩⋙᳠ฝ᪁ᘟ㸝ུິⓏ᪁ᘟ㸞࣓ࢸࣜ ࿔ἴᩐࢨࣆࢹ᪁ᘟ㸝⬗ິⓏ᪁ᘟ㸞ࠉ㞹ᅸన┞㊬㌅᳠ฝ᪁ᘟ㸝ུິⓏ᪁ᘟ㸞࣓ࢸࣜ ↋ຝ㞹ງንິ᪁ᘟ㸝⬗ິⓏ᪁ᘟ㸞ࠉ㞹ᅸన┞㊬㌅᳠ฝ᪁ᘟ㸝ུິⓏ᪁ᘟ㸞㸝 Ἰ 㸞࣓ࢸࣜᏽᩐ࡞ࡗ࠷࡙ࡢࠉ඼ᆵⓏ࡝ೋࢅࢸࣆ࢚ࣜࢹࡡೋ࡛ࡊ࡙シᏽࡊࡒࠊ㻃

図１ 電力系統シミュレータ試験系統（抵抗負荷10kW開閉試験）

重 点（ プ ロ ジ ェ ク ト ）課 題

図2 電力系統シミュレータにおいてPCSの無効電力振動が発生した試験条件（短絡容量比）

次- 世代電力需給基盤の構築ձ්࢙ࢾࡡᑙථ㔖ղ්࢙ࢾࡡᑙථన⨠ճ⣌⤣஥ᨶⓆ⏍ᚃࡡ්࢙ࢾࡡୌ᫤ೳḾ≟Ἓմ්࢙ࢾࡡㇿⲬ౩⤝⣌⤣࡫ࡡ᥃⤾ᙟឺյ⣌⤣ࡡ₳Ὦ᮪௲ն⣌⤣஥ᨶ᮪௲
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図3 大規模系統イメージ図と系統安定度に影響するパラメータ
再エネの導入量・位置（山側、里側等）
により、潮流に及ぼす影響が異なるため、系統安定度に及ぼす影響も異なる。
上表に示す他の条件もそれぞれ系統安定度に影響を及ぼす。

59

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 次世代電力需給基盤の構築

次世代電力需給協調システムの開発
背景・目的

太陽光発電（PV）を中心とした再生可能エ
ネルギーへの期待が高まっており、電力系統への大量導入が見込まれている。このため、再生可能エネルギーの有効利用と大量導入
時の系統の電力品質、安全性、および安定性の維持を効率よく低コストで実現する技術が

主な成果

1

護協調などの配電線レベルでの基本技術を確立すると共に、分散形電源の有効活用技術を含めた需要サイドと供給サイドの連携・協調を実現する技術を開発する。

二 次 送 電 系 統事 故 時 の 単 独 運 転 検 出 特 性 の 評 価PVの導入拡大により、二次送電系統（66ｋV）の事故時に発生する可能性のある広範囲での単独運転(図1)を防止する技術の確立が必要であり、2012年度は実験および解析により典型的な系統による単独運転特性を明らかにした [R12020] 。2013年度は、さらに、電力会社の種々の運用形態（系統構成・事故時運用・接地形態等）を勘案し、配電塔を想定した非接地系統の場合や、事故時の遮断器開放位置および開放時間が異なる場合の特性を実験と解析＊により評価した。

2

求められている。
本課題では、電圧変動の抑制や事故時の保その結果、抵抗接地系統に比べ非接地系統の方が単独運転を早く検出できる傾向がある
こと、送電線の遮断器（図1のA点）開放と同時に地絡過電圧リレー（OVG、図1のB点）の動作で事故点が消失する場合は検出に時間を要すること、および送電線の遮断器開放時間
は開放後の検出時間にほとんど影響しないことを明らかにした（表1）[R13025] 。これらの成果を踏まえて、電力会社の設備・運用形態、分散形電源の導入形態に応じた単独運転防止のための設備対策・運用対策の検討を進める。

配 電 線 三 相 不平 衡 化 の 是 正 制 御 方 式 の 開 発

PＶやヒートポンプ式給湯機などの大容量単 相 機 器 の 導 入 拡 大により、高 圧 配 電 線 の三相不平衡が増大し、電圧管理が難しくなる

有効性を解析により評価した。
その結果、考案したSTATCOM電圧制御
によりPV導入増加に伴う電圧不平衡率の増電 線 電 圧 制 御 装 置として利 用 が 考えられて
いるSTATCOMを対象に、三相の電圧を独立に制御する不平衡是正制御方式を考案し、において電圧逸脱地点数および時間を大きく低 減できることを明らかにした（ 図 2 ( b ) ）[R13024] 。

ことが 懸 念されている。この 対 策として、配3大を防止でき（図2(a)）、PV導入率40%以上

太 陽 光 発 電 出力 変 化に応じた新しい P C S 無 効 電 力 制 御 方 式 の 開 発

配電線へのPV導入量が増えると、電圧変動の抑制のために、応答速度の速い高コストの電圧制御機器（SVC）の必要容量が増大する

可能性がある。そこで、PV出力の時間変化率に応じてパワーコンディショナ（PCS)の無効

電力を変化させ、配電線電圧調整器（SVR)の動作を補完してSVCの必要容量を低減する制御方式を考案している[R12012]。

考案方式は、配電用変電所の負荷時タップ切替変圧器（LRT）の制御を補完することも期待できるため、シミュレーションにより有効性を評価した。その結果、考案したPV用PCS無効電力制御方式は変電所LRTの制御も補完することが可能であり、SVR・LRTの両制御を補完することによりSVC必要容量を一層低減できることを明らかにした（図3）[R13019] 。な
お、PV用PCSを力率一定制御させた場合も同様 の 効 果 が 得られるが 、考 案 方 式は配 電 線
路損失への影響が小さいという点で有利である。

＊ 実験は赤城試験センター需要地系統実験設備で実施。解析は当所開発の XTAP による瞬時値シミュレーションによるもの。
60

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図1 単独運転発生時の送電用変電所以下の系統状態
66kV送電線において事故が発生し、A点の遮断器開放またはA点と同時にB点の遮断器を開放した場合に、配電用変電所以下の負荷と分散形電源の出力がバランスしていると、複数の6.6kV配電線を含む広範囲での単独運転が発生する可能性がある。
表1 系統構成・事故時運用の違いによる単独運転検出時間への影響（シミュレーション結果）

コジェネ等同期発電機(2MW)、PV用PCS（ 600kW、新型能動的方式装備）の混在時において66kV系統で一線地絡事故を発生させた場合の結果。単独運転検出時間は、接地形態によらず、送電線の遮断器開放と同時に事故点が消去する場合に延び、また事故発生からの送電線遮断時間には依存しない。さらに、事故点が残る場合は非接地系統の方が早く単独運転を検出する。

(b) 非接地系統(a) 抵抗接地系統
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重点課題

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図2 太陽光発電導入率＊1に対する三相一括制御と提案方式の比較
㻃 㻃＊１ 太陽光発電導入率= PV 設備総容量／回線容量24＊２ 一日の延べ電圧逸脱回数 = Σ ni
i ＝1

{ni : 単位時間（=1 時間）当たりの電圧逸脱地点数 }

500

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䜻 䝣 䝩䝰 䞀䜻 䝫 䝷䛴 㒼 㞹 ⣌ ⤣ 䝦 䝋 䝯㻃
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電所
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⳱ ⾜ ᆀ ᇡで࣬
し、・繁華街地域
工場地域）
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PVは全フィーダに導入。

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300
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100
0
0

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40
60
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SVC必要容量低減効果

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SVC必要容量との関係を示す。

図3 考案方式によるSVC必要容量低減効果

61

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 次世代電力需給基盤の構築

次世代通信ネットワークシステムの構築
背景・目的

主な成果

電力用通信ネットワークは、発電・送変電・応である。

配電設備の運転自動化用を主体に既に十分

本 課 題では、配 電・需 要 家 用 の 通 信ネットに整備されているが、スマートメータ等の需ワーク、流通設備の保全・監視用センサネット

要家系通信や、流通設備の保全・監視系通信

ワーク、汎用IP系技術に対応した広域系統監

は整備が不十分である。また、系統保護制御

視・保護制御用通信ネットワークについて、要関連の通信は独自方式で、汎用的なIP（イン

素技術を統合し実用性を高めるとともに、設ターネットプロトコル）などの通信方式に未対計手法やツールを開発する。

1

スマートメータ用マルチホップ無線ネットワークの 構築支援技術 の 開発

スマートメータ用マルチホップ無線集約局

パイプシャフトによる実測や電波伝搬特性解の配置箇所の設計支援に向けて、市街地や郊

析ソフトウェアにより把握し、メータ間の伝搬

外などのエリアの種別や建物の影響などを考

損失推定手法を考案した [R13006] 。これらに慮して電波の到達範囲を推定するツールをより、マルチホップ無線方式によるネットワー

開発した（図1）[R13014] 。また、集合住宅でのク構築における集約局の効率的な配置や集マルチホップ無線の適用性に関する基礎的な合住宅への適用可否の判断を支援することが検討として、パイプシャフト内に設置されたス可能となる。

マートメータからの電波伝搬の特性を、模擬

2

変 電 所 設 備 保全センサネットワークのプロトタイプ 構 築

設備保全業務を効率化するために開発を［ R 1 3 0 2 0 ］。また、無 線センサネットワークに

進 めて いる設 備 保 全 センサ ネットワークでよる デ ー タ 収 集 を 安 定 化 す る た め の 要 素はセンサ 設 置 作 業 の 簡 易 化・迅 速 化 が 重 要

技 術として 、デ ータ欠 落 時 の 原 因を周 囲 ので ある。この ため の 要 素 技 術 で あるプラグ

電波環境変化から推定する手法を考案した

アンドプレイ(PnP)機能と無線センサネット[R13011] 。さらに、センサと設置設備の対応

ワ ークとを 連 携した 設 備 保 全 センサ ネット

付けを効率化するための要素技術として、サ

ワークのプロトタイプを構築し、温度およびンプリング 同 期 信 号 の 配 信 機 能と音センサ

音センサを対象として、センサ起動からデーを用いた無線ノードの 設置位置推定手法をタ収 集までの 一 連 の 動 作を確 認した（ 図 2 ）考案した [R13005] 。

3

広域系統監視・保護制御ネットワークの 電力系統シミュレータでの 検証

これまで個別に開発してきた広域のイーサ

数のサブネットワークから構成される大規模

ネット通信や時刻同期、機能モジュール型のな通信ネットワーク上で、電流・電圧値のサン

監視・保護制御装置を統合したネットワークシ

プリングタイミングの同期（時刻同期）機構をステム上に、電流差動型広域保護と負荷遮断実現する必要がある。このための時刻同期網安定化制御を備えたシステムを構築した。当の大規模化・高信頼化手法を考案し、実機によ

所の電力系統シミュレータを用いてシステム

る評価を行った結果、ネットワークに障害が発の動作を検証した結果、適正な動作と開発方生した場合であっても同期精度は数十μs以下

式の有効性を確認した（図3）[R13012]。

に収まる＊ことが確認でき、時刻同期網の大規

広域の系統監視・保護制御システムでは複模化と高信頼化の見通しを得た[R13023]。

＊ サンプリングタイミングの時刻同期に必要な精度は 100μs 以下である。
62［R13007］［R13010］
その他の報告書 ［R13003］

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図１ スマートメータ用マルチホップ無線伝搬エリア設計支援ツールの入出力情報と画面イメージ
地域種別、送信局の位置、などを入力することにより、集約局からの電界強度が地図上に表示される。併せて、建物周辺の遮蔽状況や各建物における受信電力が算出され、表示される。

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䟺IEEE 1451 䟻ῼᏽฌ⌦䝁䝙䝌䜪䜫䜦㒼ᕱ䝿㉫ິῼᏽ䝋䞀䝃↋⥲䜿䝷䜹䝑䝇䝌䝳䞀䜳
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† 5⛂࿔᭿䛭こị(a) システム基本構成‡ ↋⥲䜿䝷䜹䛴᥃⤾䜘᳠▩䛝䛥᫤䛱こị䟺 䟻䛵⩻៎䛝䛥ᵾ‵ᢇ⾙(b) センサ設置から計測開始までの動作

図２ 設備保全センサネットワークのプロトタイプにおける基本構成と動作
センサの諸元情報の取得、無線区間のデータ伝送はそれぞれの標準技術を組み合わせて行い、また測定処理ソフト

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-2
-3
-4
-5
-6

250

次
- 世代電力需給基盤の構築

6 [A]
5

重点課題

ウェアをPnP機能により配布することで、センサ起動からデータ収集までの機能が連携して実行される。

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6 [A]
5

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(b) 検証結果

㻃

450

500

図3 電流差動型広域保護システムの電力系統シミュレータを用いた動作検証
各保護装置は時刻同期機構を備えたイーサネット型の広域通信ネットワークで相互に接続されており、同一タイミン

グでサンプリングされた電流データを用いて演算（事故区間判定）を行い、事故区間を遮断する（主保護動作）。遮断器（CB1、CB2など）の不動作などにより主保護失敗の場合は、第1段、第2段と保護範囲を拡大して事故を除去する（後備保護）。

63

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 次世代電力需給基盤の構築

日本型デマンドレスポンスの成立性評価
背景・目的

主な成果

電気料金の変化等によりピーク抑制や負荷移行を促すデマンドレスポンス
（DR）
を活用す
る試みが、電気事業者のピーク抑制型料金メ
ニューの実験や、スマートコミュニティ関連の実証事業の形で一部開始されている。しかし、需要家の参加率や負荷削減幅、料金の変化に対する需要家の反応度合いなど、DRに関する知見は十分には蓄積されていない。

1

効 果 的なD R協 力 者 抽 出 の ため の 支 援ツー ル の 開 発

オフィスビルの執務者を対象に、DR通知に対する確認行動を把握するツールを開発し、その効果を調べるため、実際の小規模オフィ
スビル（執務者数約30名）
で実証試験を行った（図1）。参加者9名のうちDR通知を確認した

2

さらに、アンシラリー 機 能に期 待 するD Rの 導 入 可 能 性 が ある対 象につ い て 検 討し、
通 年・2 4 時 間 で 需 要 が あり、エネ ル ギ ー 貯
蔵能力を活かした需要調整実績がある上水道事業や下水道事業、冷凍冷蔵倉庫に加え、ビル空調は季節や時間帯によって需要が大きく異なるため対象者や時間帯が限定されるもの の 、全 体 の 需 要 規 模 が 大きいため導入対象となりうることを明らかにした（表1）[Y13030] 。

欧州におけるスマートメーターの費用便益分析

我が国でも導入が進むスマートメーターについて、欧州主要国での一斉設置検討段階で行われた費用便益分析の手法や結果を調査したところ、12か国で便益が費用を上回る経済性が認められている（表2）。ただし、分析結果の評価にあたっては、便益の範囲として需43名を抽出し、通知の確認時間の計測と訪問調査により、本ツールで把握した確認行動がDRへの関心度合いと相関を持つことを確認[Y13016] 。
した（図2）

我が国におけるアンシラリー機能に期待するDRの導入可能性の検討

風力発電や太陽光発電など出力変動が激しい再生可能エネルギー電源が大量に系統連系された際に、需要側の機器制御によるアンシラリー機能に期待するDRを活用して需給調整を行った時に想定されるメリットとデメリットを整理した。メリットは需給調整力の増強と需給調整コストの低減可能性であり、デメリットはDR実施時の生産プロセス等への 影 響である。また、D Rによる需 給 調 整 量の不確実性が課題として挙げられた。

3

本課題は、ピーク抑制に加え、系統安定化などの新たな利用可能性を含むDRの成立性
を、受容性や費用対効果の面から評価する。そして、料金メニューやサービスの多様化、再生可能エネルギーを含むエネルギー利用の全体最適化に関する知見を洗い出し、電気事業者がDRに取り組む際に必要となる情報を提供する。

要家の便益や社会的便益を考慮するかどうか
や、便益評価における不確実性の影響が特に省エネ効果で大きいうえに、小売競争の促進、
新サービスの創出等の定性的に評価される非金銭的な便益も現時点では限定的と考えられることに留意すべきことを示した[Y13022]。

欧米のスマートグリッドの費用便益分析手法調査と我が国への適用時の課題提示

スマートグリッド（SG）展開の鍵となる費用便益分析に関し、先行する欧米の手法を調査した。米国電力研究所（EPRI）の分析手法の基本的な枠組みは、様々な目的や内容のSGプ
ロジェクトに適用しうる柔軟性を有していることを明らかにした（表3）。さらに、欧州委員会
が、EPRIの手法に独自の視点を加えた欧州での費用便益分析のガイドラインを、実在する欧州のSGプロジェクトに適用した事例を示した。その上で、EPRIの手法を我が国に適用する際には、電力設備の形成や運用方法に適合できるようにするため、便益の金銭価値換算など、手法の細部を見直す必要があることを示した[Y13019]。

64

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表１ アンシラリーサービス型DRの潜在的導入対象における需要調整の可能性
これらの需要用途の平均消費電力は、例えば東北・東京電力管内で試算・集計すると、浄水場、下水処理場、冷凍冷蔵倉庫が各々30万kW前後（年平均）であるのに対し、

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ビル空調は790万kW（夏季平日・昼間平均）～160万kW（中間季休日・昼間平均）と変化が大きい。
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図１ DR協力者抽出のための支援ツールの概要

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図2 DR通知の送信から閲覧までの確認時間
表2 欧州のスマートメーターの費用便益分析の実施
状況と一斉設置の状況

表3 欧米のスマートグリッドの費用便益分析に関する
主な調査結果ドイツでは、需要家の便益等を考慮しても、一斉設置に୹䛰 ㄢᰕ⤎ᯕは経済性が認められないとしている。一方、イギリスでୌ᩟シ⨠䛴≟Ἓ

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回るが、需要家の便益や社会的便益を考慮すれば、
トー

タルでは便益が費用を上回ると評価している。

重点課題

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は、設置主体である配電事業者の便益だけでは費用を下㈕⏕౼─ฦᯊᚋ䜏 䜒䛥♟ြͤ Ḛᕗ䛱㐲䛝䛥䜵䞀䜽䜽䝃䝋䜧䛮䛝䛬々ᩐ䝛䝱䜼䜫䜳䝌䛴୯䛑䜏㐽ᏽ䚯⌟᫤Ⅴ䛭ྜྷᵕ䛰リ⣵᳠チ஥ౚ䛵௙䛭䛵☔ヾ䛛䜒䛬䛊䛰䛊䚯65

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２ 主要な研究成果
重点（プロジェクト）
課題 - 次世代電力需給基盤の構築

次世代ヒートポンプの開発と評価
背景・目的

ヒートポンプは、省エネルギー・CO 2排出削

イニシャルコストが低く、コンパクトで、エネ減技術として国内外で注目を集めており、さルギー消費量が少ない、低GWP冷媒ヒートらなる高性能化、低GWP（地球温暖化係数）

ポンプの商品開発と性能評価を行う。これに冷媒の利用、様々な熱需要分野への適用拡大

より、ユーザにとって魅力的で、かつ、省エネが推進されている。

ルギーとCO 2 排出削減に優れた機器の市場本課題では、産業用の加熱プロセスや家庭への投入と普及促進に貢献する。

用の暖房・給湯などの熱需要分野を対象に、

主な成果

1

ヒートポンプ 開 発 試 験 設 備 の 試 運 転 調 整と本 格 運 用 開 始

業務用の各種ヒートポンプに加え、産業用

単独あるいはメーカ等と共同で行い、①ユーの蒸気製造ヒートポンプや熱風製造ヒートポ

ザ等が必要とする様々な運転条件下での性ンプの商品機や試作機等の性能評価が可能

能データの取得、②試験方法と評価手法の構な試験設備として、「ヒートポンプ開発試験設

築、③蒸気等の製造・利用技術に関する知見

備」の設計・製作と試運転調整を行い、2013の蓄積、④ユーザやメーカ等との関係の強化

年度下期から本格運用を開始した（図１）。

に繋げていく。

今後、各種ヒートポンプの性能評価を当所

2

蒸 気 製 造ヒートポンプ の 性 能 評 価

産業用加熱プロセスに適用可能な蒸気製

熱 源 水 の 温 度（ 工 場 内 の 排 温 水 の 温 度に相造ヒートポンプであるS G H（スチーム・グロ

当）や蒸気の温度等をパラメータとした試験

ウ・ヒートポンプ）（図２）の蒸気製造能力やに着手した。今後、各種条件下での試験を実エネルギー消費効率等を明らかにするため、施し、蒸気製造ヒートポンプの性能評価を進

上述の「ヒートポンプ開発試験設備」を用い、

める。

＊1

3

大 型 空 調システム の 性 能 評 価

ヒーティングタワー＊2（図３）と水熱源温水（外気の温・湿度に相当）等をパラメータとし製造ヒートポンプとを組み合わせた大型空調

た試験に着手した。今後、各種条件下での試システムの 着 霜 特 性や除 霜 性 能

験を実施し、大型空調システムの性能評価を

＊3

等を明ら

かにするため、上述の「ヒートポンプ開発試験

進める。

設備」
を用い、環境試験室内の空気の温・湿度＊1 工場内の殺菌・濃縮・乾燥・蒸留などの加熱プロセスに適用可能な蒸気製造ヒートポンプ。工場内の 50℃前後の排温水（ドレン）か
ら熱を回収し、所定の温度の蒸気（スチーム）を製造する。120℃の蒸気を製造する SGH120 と、165℃の蒸気を製造する SGH165（当所試験対象機）がある。
＊２ 外気からブライン（不凍液）が採熱する熱交換システム。水熱源温水チラー（温水製造ヒートポンプ）
は、
ヒーティングタワーと組み合わせることにより、外気の熱を使った温水の製造が可能となる。
＊3 外気温が低いとき、熱交換器の伝熱管表面に、空気中の水分が結露して凍ることを“着霜”と呼ぶ。また、霜は、熱交換器内の空気の流れの障害物になるとともに、空気からブラインへ熱が伝わる際の抵抗（熱抵抗）にもなることから、適宜、霜を融かす必要があり、これを“除霜（デフロスト）”と呼ぶ。
66

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図1 ヒートポンプ開発試験設備の概要

重 点（ プ ロ ジ ェ ク ト ）課 題
次
- 世代電力需給基盤の構築

図2 蒸気製造ヒートポンプの概要

図3 ヒーティングタワーの概要◆ 蒸気は、工場内の様々な加熱プロセスで使われた後、◆ ヒーティングタワーにおいて、ブライン（不凍液）が外◆ この排温水の持つ熱を回収することにより、排熱の有◆ 水熱源温水チラー（温水製造ヒートポンプ）が、ブライ◆ 排熱回収温度が高いほど、蒸気製造ヒートポンプの◆ 空調機において、温水が室内空気に放熱して居室を液化して排温水となる。
効利用が可能となる。

エネルギー消費効率は向上する。

気から採熱する。

ンから採熱して温水を製造する。
暖房する。

67

研究年報_P54-P69-課題03再校.indd 67

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２ 主要な研究成果
重点課題 - 次世代電力需給基盤の構築

高性能二次電池評価技術の確立
背景・目的

主な成果

効率が高く、応答性のよい二次電池は、電本課題では、高いエネルギー密度と充放電

力貯蔵のみならず、太陽光発電や風力発電等

効率が期待できるリチウムイオン電池（Liイオ

に対して電力系統を安定に保つために利用すン電池）の容量低下要因を明らかにし、電池ることが期待されており、長期にわたる運用

寿命を把握できる技術の確立を目指すとともに必要な寿命特性の把握や、安全性をさらにに、長寿命化、安全性向上の観点からみた電向上する技術が重要である。

池材料評価技術を開発する。

1

サイクル 試 験 後 電 池 の 容 量 低 下 要 因 の 解 明

電池容量の低下要因を解明するためには、
Liイオン電池内部の反応挙動を捉え、正・負極 そ れ ぞ れ の 電 極 で の 挙 動 を 把 握 する 必要がある。容量が低下した市販Liイオン電池（Mn系正極、グラファイト負極）を解体し、金属リチウムと正・負極とを個別にコイン型電池として組み立てた（図１）。それぞれの対極に導入した金属リチウムを擬似参照極として利用することにより、正・負極それぞれの電位変化を把握できる構成とした。このコイン型
電池の個別電位挙動を解析することにより、

2極自体の一部が利用できなくなること（活物＊による充放電可能な容量（可逆容
質 の失活）
量）の低下も電池容量低下に寄与しているこ［ Q13404］。今後は他とを明らかにした（図2）の 材 料 系を用 いたL iイオン電 池における容量低下が同様の要因であるかを確認し、電池容量が低下しにくい材料の提案や、電池容量低下予測手法の開発などにつなげる。

混 合 正 極 中 の 容 量 低 下 成 分を特 定する手 法 の 開 発

Liイオン電池の正極材料では、高容量化、長寿命化等を目指して二種類の正極活物質を混合して用いる場合がある。この正極混合による寿命延伸の効果を検証するためには、混合正極内の二種類の活物質それぞれの容量を把握することが必要である。そこで、電圧に対する電 池 容 量 の 変 化 率を詳しく解 析
した結 果 、個 々 の 正 極 活 物 質に特 徴 的 な 電圧でピークが現れる特性から、混合正極中の3

電 池 容 量 低 下 の 主 因は、正 極と負 極 の 容 量
運用域の「ずれ」であること、これに加えて正容量をそれぞれの活物質の容量に分割する手法を開発した。これにより、混合正極 の 容
量は、混 合 正 極に含まれる単 一 組 成 正 極 活
物質の容量の和で説明でき（図３）、それぞれの容量低下割合を評価すれば、容量が低下する活物質を特定できる可能性が得られた [1] 。
今 後 、様々な材 料を用 いた場 合 の 正 極 混 合による寿命延伸効果の検証に活用していく。

固 体 電 解 質 適用 時 の 電 池 内 部 抵 抗 増 大 要 因 の 分 析

電 力 貯 蔵システムとして 系 統に設 置される蓄電池の更なる安全性改善が求められている。近年導入が進むLiイオン電池では、揮発 性 の 高 い 有 機 溶 媒に代わり、高 分 子 固 体
電 解 質 ( S P E )を用 いることが 安 全 性 改 善に有効である。この全固体Liイオン電池（正極：LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 、負極：グラファイト）について、図 1と同様 の 構 成を用 いて、長 期

運転時の電池内部インピーダンスの推移を解析した。その結果、劣化指標の一つである
電池内部インピーダンスの増加は、主に正極と電 解 質 の 界 面 抵 抗 の 増 大に起因することが明らかとなり（図４）、正極と電解質の界面
制 御により改 善する可 能 性 が あることが 分
かった [2] 。

＊ 電池の充放電時の反応を担う物質。
[1] T. Kobayashi et al., J. Power Sources, 245, 1-6, 2014[2] K. Shono et al., J. Power Sources, 247, 1026-1032, 201468

研究年報_P54-P69-課題03下版後修正.indd 68

14/06/04 14:15

未劣化品
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正極失Ὡ
Vdの上昇
正極 正極高SOC化

Vd
電圧 (V)

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SEI*
電池電圧＝正極電圧−負極電圧
電池容量＝正・負極の重なり領域
正極

未劣化電池容量

Vd
Vd0

初期
ずれ

負極
放電容量 (mAh g-1)

SEI*䠌⿍⭯(Solid Electrolyte Interface)

電圧 (V)

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劣化品
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Li+

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劣化後電池容量

負極

Vd0
初期
ずれ
①ずれの拡大負極活物質劣化
放電容量 (mAh g-1)
⇒電池容量に影響なし

図２ 電池解体、再組み立てにより推定される電池容量低下要因
Liイオン電池の容量は、正極と負極の容量運用域の重なった領域の大きさで説明できる。未劣化電池では、初期の充放電において負極での被膜形成によりリチウムが
消費される
（図中●）
ことが知られていた。容量が低下した劣化電池では、このリチウム消費の継続に伴う正極、負極容量運用域の「ずれ」（ 図中①）の拡大、および正極自体の一部が利用できなくなること（活物質の失活）による充放電可能な容量（可逆容量）の低下（図中②）が電池容量低下の原因となることを、正極放電終了時の電圧などから明らかにした。
V dの上昇（正極の高SOC化）

マンガンを主成分とする正極は、異なる組成の正極活物

図3 混合正極中の容量分離手法

図4 全固体Liイオン電池の長期運転時電池内部イン
ピーダンスの解析[LMO]とLiNi 1/3Mn 1/3Co 1/3O 2[NMC]との混合正極中

たLiイオン電池のサイクル運用時のインピーダンスを

重点課題

図１ 個別電位挙動を解析するために疑似参照極を導入した簡便な電池構成
これまで、正・負極の間に参照電極を導入するためには、特殊な電池構造を必要としたが、金属リチウムを疑似参照極として利用することにより、最も汎用的に用いられる
コイン型電池の構造を可能にした。アルゴンガス置換のグローブボックス中で電池を解体して正・負極の再組み立てを行い、解体前の電池と容量を比較した結果、電池容量が変化しないことを確認した。

次- 世代電力需給基盤の構築

質材料を混合して用いることが多い。ここではLiMn 2 O 4における容量を電圧で微分することにより、個々の正極

活物質材料の特性からそれぞれの活物質の容量（図中の各領域の面積に相当）に分割する手法を開発した。

図1と同様の構成を用いて、高分子固体電解質を適用しFRA法＊1を用いて解析した。その結果、電池全体のイン

ピーダンス（a）増加は、正極と電解質界面（b）インピー
ダンスの増加が主因（図中の矢印）である一方、負極と電解質界面（c）
はほとんど変化しないことを見出した。

＊1 FRA（Frequency Response Analyzer：周波数応答解析）
法は、
交流インピーダンス測定法の一つで、印加する電圧の周波数を変化させインピーダンスの実数成分（横軸）と虚数成分（縦軸）をプロットして特性を解析した。

69

研究年報_P54-P69-課題03再校.indd 69

14/05/20 10:04

基盤技術課題

社会経済研究所
概要

社会経済研究所は、経済社会・エネルギー情勢の変化に対し、堅固かつ柔軟な電力供給構造に必要となる需要側、供給側双方の技術の多面的評価を行い、電力技術研究の目標設定や優先順
位付け、社会における電気事業の役割を示すことを目指し、研究を展開している。

電気事業経営

課題毎の
概要と
主な成果

将来の電気事業の姿や事業戦略、さらには成長分野や重視すべき経営資源について探索するべく、電源構成や財務など分析の方法論の確立を目指すとともに、試論を提示し、議論に呈することを通じて、望ましい方向性を明らかにしていく。
■電力自由化の先行する欧州で、大手電気事業者■これまでに国内で実施されたエネルギー問題・に設立されているトレーディング部門に対して環境問題に関する世論調査や意識調査データ

インタビュー調査を行い、その目的や役割、組を収集し、その分析を行った。2000年頃からの織的な特徴や人材獲得の実態を、発電部門や約10年間は、地球環境問題への関心の高まり

小売部門等との関係を踏まえ明らかにした（図を背景に原子力の必要性や安全性に対する認1）。また、欧州と従来のわが国における電力供識が高まったが、大事故（TMI、チェルノブイリ、

給システムの違いを整理した上で、この様なト福島）が発生すると、その傾向が急激に逆転しレーディングの仕組みを我が国の電気事業者

たことが観察された。

が導入するメリットや、それが有効に機能する
条件について提示した［Y13004］。

経 済・社 会システム
経済・エネルギー政策の最新動向を踏まえつつ、日本経済やエネルギー・電力需要への影響を分析し、電力需要想定に役立つ情報を提供するとともに、電気事業が直面する経済面からのリスクを提示し、その影響を定量的に評価する。
■北米からシェールガス等を原料とする割安な■電中研短期マクロ計量経済モデルを活用し、LNGの輸出が開始される直後の2020年を対

日 本 経 済と電 力 需 要 の 短 期 予 測 を 実 施した象に、北米域内のエネルギー需給動向の変化[ Y 1 3 0 0 1 ] 。最 新 予 測（ 2 0 1 3 年 1 2 月 ）では 、がLNG輸出に与える影響を、量と価格の両面

2014年度の実質GDPは消費増税後の需要鈍から分析した。北米産LNG輸入によって我が国化から前年度比0.6％増と伸びが鈍化するが、のLNG平均輸入単価の低減効果への期待が高

販売電力量は同0.3％増と4年ぶりの増加を見まっているが、新たに開発した北米エネルギー込んだ。さらに、産業連関モデルを用いて、原油需給モデルによるシミュレーションの結果、米価格が10％上昇した場合の産業影響を分析し国の省エネの進展度合いや天然ガス生産動向た（図2）。価格上昇の影響は、石油製品（生産者

によっては、当初見込まれる1割程度の価格低

価格5.5％上昇、生産額2.4％減）、非鉄金属精減効果は、半分以下まで縮小する可能性がある

錬・精製（4.0％上昇、1.9％減）などエネルギー

ことが明らかになった［Y13023］。

多消費産業で大きいことが分かった[Y13027]。

エネル ギー 技 術 評 価
震災以後の情勢変化とその帰結から派生した、従来のエネルギーシステム分析手法では扱いきれない新たな制度的・技術的課題に対し、適切な洞察を加えて実効ある対策を立案するための新たな方法論を開発・整備し、今後の持続可能なエネルギー安定供給の確保に資する。
70

研究年報_P70-P87-基盤研究.indd 70

14/05/22 17:56

課題毎の
概要と
主な成果

■国際原子力機関（IAEA）の核セキュリティ関連■原子力発電所敷地内破砕帯問題が提起した、科指針、特にそれを貫く「核セキュリティ文化」に学的知見の規制への反映手続きの不備などの関するIA EA の 考え方に関して事 業者や国 等

制度的課題を抽出・整理した。また、課題解決のが 講ず べき具 体 的 対 応を明らかにするため、ための方策として、専門技術的判断を行う調査

IAEAの実施指針及び関連文献の分析、並びに審議組織の法定化や、原子力規制委員会におけ

国内外の原子力施設等で発生した不法侵入なるリスク評価とリスク管理の機能的分離の確保

どの脅威事案の分析を通じて、わが国が執るべなどを提案した（図3）［Y13024］。

き核セキュリティ対策の具体像を明らかにした［Y13002］。

図1 欧州における代表的なトレーディング部門の位置づけと取引フロー

%
-3.0

㍲ฝ

-2.4
-2.1
-2.0

図2 原油やＬＮＧ価格が上昇した場合の生産額への影
響（上位20産業）ᅗහ㞺こ-1.9 -1.9

原油価格10％、LNG価格7％の上昇が生じた場合の生産

-1.4
-1.1
-1.0

額への影響について産業連関モデルを用いて試算した。縦-1.1 -1.0-0.9 -0.8 -0.8 -0.7

-0.7 -0.7-0.7 -0.7 -0.7

軸は燃料価格が上昇しない場合と比較した生産額の減少-0.6 -0.6 -0.6

率、内訳はその寄与度を示している。石油製品（2.4％減）、

ガス・熱供給業（2.1％減）、非鉄金属精錬・精製（1.9％減）

0.0などエネルギー多消費産業でマイナス影響が大きい。

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図3 破砕帯問題が提起した制度的課題と課題解決に向けた方策

71

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基盤技術課題

システム技術研究所
概要

システム技術研究所は、大規模電源や分散形電源によって発電された電力を需要家に安定に供給するための電力システム、配電システム、通信システムにおける計画・運用・制御技術や解析技
術、電気を有効に利用するための需要家サービス技術の開発・試験・評価などに取組んでいる。

電力システム

課題毎の
概要と
主な成果

電力の経済的かつ安定な供給を支える基盤技術として、電力系統の解析・評価技術、制御・保護技術を開発する。また、これら基盤技術を基に、再生可能エネルギー導入拡大、広域連系・運用の進展等の重要課題への対応策を明らかにし、社会への的確な情報発信を行う。
■流通設備の高経年化への対応として、個別に立案された各設備の保守・更新の初期計画を系統全体として整合のとれた計画に調整できる手法が望まれている。このため、初期計画からの変更の最小化、コスト・供給支障リスク（全体の大きさと年度ごとのばらつき）の最小化・平準化の5項目を多面的に評価しながら保守・更新計画を調整できる手法［R13021］
。
を開発した
（図1）
■直流送電用変換器として導入が進んでいるモジュ
＊では、
小型の変
ラーマルチレベル変換器
（MMC）
換器
（セル）
を100セル以上直列接続するため、系
統事故時等の動特性を解析する際の計算時間が膨大となる問題があった。そこで、多数のセルを一組の抵抗と電圧源のみで等価置換して解析を行う手法を開発し、MMC解析の大幅な高速化（検［R13027］。
討例では15倍程度）を実現した■当所既開発のDC-DCコンバータによる昇圧方式を用いた直流送電システムにおいて、系統事故時でも運転の継続を可能とする制御方式を開発した。シミュレーションによる事故時の動作検証に
よりシステムが想定通りに動作することを確認した。本方式は、長距離海底ケーブルを介した大規模な洋上風力発電の直流送電等への適用が考え［R13017］。
られる

需要家システム
需要家における省エネルギーの促進を支援するための要素技術やツールを開発する。また、配電線の電力品質維持・向上のため、需要家から発生する高調波の推定・対策法を支援する要素技術を開発する。
■現在の建築設備設計基準に基づいた厨房換気
設計では、個々の調理機器の熱や湯気発生の特性が反映されないため、調理機器を複数台まとめて覆う排気フード（連続フード）の必要換気量が過大となる可能性がある。このため必要換
気量を実験により評価し、連続フードの必要換
気量は調理機器単体を覆う排気フードの必要換気量の和と見なせ、設計基準の換気量よりも小さくなることを明らかにした［R13015］。
■省エネルギーの促進を支援するために開発した、家庭用エアコンの冷暖房時の消費電力を推定するエアコン熱源特性モデルを、時間変化する熱負荷等の利用条件に応じて熱処理量・消費電力を推定できるように改良し、その妥当性を実験により検証した［R13016］。
■需要家から発生する第5次高調波電流（大きさと位相）は高圧需要家三相負荷とそれ以外の負荷の2つのグループに分類できることをこれまでに明らかにした。この特徴を用いて、配電用変電所1箇所といった計測地点数が限られる場
合でも、複数の需要家各々の第5次高調波電流を推定できる手法を考案し、7ノードから成る配電線モデルを用いて適切に推定できることを確認した［R13004］[R13028］。

通信システム
電力設備の運用・制御に必要となる電力用通信ネットワークの高い信頼性を確保するため、通信シス
テムの耐障害性向上技術、電力設備被災時の復旧支援通信システム構築技術、および制御系システムのセキュリティ技術を開発する。
■マイクロ波無線設備では雷による導波管からのサージ電流の侵入が問題であり、耐雷性能向上のために導波管の替わりに光ファイバを活用する方式の実現に向けて、光ファイバ給電による無線受

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信系の特性評価を行い、十分な品質を確保できることを確認した。また、無線送信系と無線受信系を接続した総合的な通信品質特性を評価し、所要の通信品質を確保できることを明らかにした。さらに、光給電による無線送信系の出力効率向上方法を考案し、実験により実用レベルに近い出力の無線信号を得る見通しを得た［R13008］。今後、実用化に向けて出力向上方策の改良等を行う。
■災害時に臨時通信回線を迅速に構築するための

課題毎の
概要と
主な成果

長距離マルチホップ無線LANの設計指針作成に向けて、被災現場での利用を想定した長距離・低地上高の通信特性とマルチホップ特性を定量的に評価した。その結果、伝送路上の障害物の種類（建物、樹木帯、鉄塔など）と遮蔽面積から現場で損失を推定できる見通しを得た。また、区間の距離を変えてマルチホップ通信の特性を測定した
結果、全体の通信速度は距離の長い区間の特性によって支配されることを確認した［R13009］。

情報数理
数理的手法を活用した情報技術により、電力設備の保守・点検業務に活用できる画像処理・機械学習
技術、大規模で複雑なシステムについての最適化技術の開発などを進める。
■再生可能エネルギー（再エネ）大量導入に伴う予備力の不足や余剰電力の発生等の対策検討に向けて、再エネ出力の不確実性の下での各種
電源や貯蔵設備等の需給運用を模擬する需給運用シミュレータの基本設計を行った。シミュレータ開発の第一段階として、確定的な再エネ
出力を対象に月間計画から翌日計画へと必要な情報を受け渡しながら1ヶ月分の需給運用計
画を効率良く策定するプロトタイプを開発した［R13013］。
（図2）＊ 半導体を用いたオンオフスイッチの最小単位（セル）を多段に接続する次世代型の交直変換器で、高電圧化・大容量化が期待されている。

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図1 多面的評価に基づく保守・更新計画調整手法
本手法では、5つの評価項目の重み付け和を指標としており、ユーザが考える重要性に応じて各評価項目の重みを設定することで、ユーザの評価方針に即した計画検討が可能である。また、重みを変化させて計算を行えば、評価項目間のトレードオフの関係などを把握しながら、計画を検討することも可能である。
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図2 需給運用シミュレータの概要
本シミュレータの中心的な機能である計画策定機
能では、計 画 期 間 の 長さや 要 求 精 度に応じて、一部の制約条件の省略や燃料費関数の近似を行うことで、現実的な時間での需給運用計画の策定が可能である。

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73

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基盤技術課題

原子力技術研究所
概要

原子力技術研究所は、軽水炉の再稼働、安全・安定運転および福島第一原子力発電所事故の収束に向けた活動を支える基盤技術開発を推進し、原子力エネルギー利用が社会に受け入れられることを通じて、エネルギー問題や地球環境問題の解決に貢献することを目指して
いる。

課題毎の
概要と
主な成果

原 子 炉システム安 全
軽水炉の弛まぬ安全性向上のためには、原子炉システム安全に関する信頼性を維持・向上する技術や事故防止および発生した場合の影響緩和技術が重要である。本課題では、これらの技術の基盤を支える
熱流動およびリスク情報活用に関する研究開発を行う。
■米国原子力規制委員会(NRC)が開発し、各国の■過酷事故時の格納容器減圧設備として有望な規制活動で標準的に使用されている原子炉安フィルタベント装置の設置にあたっては、多様全解析コードTRACEの高度化に関する共同研

な事故状況における同装置の性能を把握し、究をNRCと行っている。熱出力と冷却材流量が様 々 な 条 件 下 で の 除 染 性 能に関 するデ ータ

急速に減少する過渡事象を模擬した試験を実ベースを構築しておく必要がある。そのため、施し、TRACEを用いた解析によって、出力が異実サイズの実験装置を用いて大気圧条件でのなるチャンネル間の流量再配分が精度良く再エアロゾル、ヨウ素（I 2 ）、有機ヨウ素（CH 3 I）に現できることを確認した。これにより、TRACE

対する除染性能を評価するとともに、実機条件

コードが過渡現象を十分に高い精度で再現でで試験が可能な大型試験体系（図2）を構築しきていることを示した。

た＊1。

■過酷事故時に原子炉容器内の水位が低下して■原子力発電所のリスク評価の実施に向け、そ露出した燃料棒の冷却特性を明らかにするたの支配要因の一つである共通原因故障（CCF）

め、燃料集合体を模擬した試験体を用いて冷却の分析結果を原子力安全推進協会（JANSI）の試験を実施した（図1）。大気圧条件下で、流速、NUCIAシステムにデータベース化した。また、

熱出力、水温が冷却材の流動特性（気泡割合やJANSIの機器一般故障率パラメータの国内プ

気泡速度、気泡径など）や燃料温度変化に及ぼ

ラントリスク評価への適用において生じた故障

す影響を明らかにし、大気圧下で燃料露出から率分布計算の収束性に関する技術上の課題に

燃料溶融に至るまでに要する時間を正確に把ついて解決策を提示した。

握することを可能とした＊1。

燃 料・炉 心原子力発電の安全性を向上させるため、燃料被覆管の腐食・劣化機構の解明、事故時の核燃料の化学的特性と熱的・機械的挙動の解明、炉心の燃焼特性の解析技術の高度化などを進める。また、溶融燃料の特性評価や未臨界度測定技術開発などを進め、福島第一原子力発電所の廃止措置に貢献する。
■軽水炉の過酷事故時の未臨界を確実に維持する■福島第一原子力発電所の燃料デブリ取り出しため、燃料棒より先に溶融せず、燃料棒の溶融後準備に向けて、模擬燃料デブリを製造する「超も溶融した核燃料物質と共に存在し、従来の制高温加熱装置」
を燃料の溶融に必要な2700℃

御棒と同様の運用が可能な「事故耐性の高い制以上まで加熱できるよう改良し、燃料デブリに＊2の概念を考案した。
御棒」
それに適した材料の近い融点を持つジルコニウム－カルシウム混合選定に向け、炉心解析と材料試験を行い、適切な溶融酸化物（ZrO 2‐CaO）
を作製した＊3。

中性子吸収材候補と基本構造を得た［L13005］。
74

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課題毎の
概要と
主な成果

燃料サイクル
六ヶ所再処理工場の早期竣工に向け、新規制基準に適合することを確認するために必要な試験や、過酷事故時の汚染拡大防止技術として、汚染水処理技術の改良等を行う。また、炉心溶融事故により発生する破損燃料の処理への乾式再処理技術の適用性評価等を実施することで、これまで開発した乾式再処理に関する技術基盤を維持する。
■再処理工場の過酷事故のひとつである高レベ■炉心溶融事故により発生した破損燃料の処理

ル濃縮廃液の蒸発・乾固時に放出される放射性への乾式再処理の適用に向け、溶融塩化物中に核種の挙動を解明するため、実廃液を用いた蒸おける模擬デブリ燃料(U、Pu、Zr)O 2の電気化

発・乾固試験を実施し、リスクの支配的な核種学的特性、還元挙動に関する特性を評価した。

であるRuの放出率を明らかにした。さらに、再

さらに、TMI事故で発生したデブリ燃料の還元

処理工程の不溶解残渣（Mo、Ru、Rh、Pd、Te合処理試験を実施し、適用性判断のための基礎金粒子）が事故時に想定される高温に晒されてデータを得た。

も、Ruはほとんど放出しないことを確認した。

ヒューマンファクター
平時のみならず緊急時においても適切に行動できる組織の構築に貢献するため、個人やチームの特性を生かしたヒューマンエラー未然防止方策、安全文化醸成方策などを開発する。
■平時・緊急時の状況に係わらず必要な安全行動

業特性・体制）などを明らかにした。これら条件の定着化・遵守を促すため、文献調査ならびにの影響を考慮した安全ルールを導入すること

模擬実験を通じて、安全行動に対する作業者心で、作業者の自律的な安全行動の促進が期待

理＊4に影響する作業条件（切迫、面倒などの作できる［L13001］［L13004］。

＊1 経済産業省 平成25年度発電用原子炉等安全高度化技術基盤整備事業で実施。
＊2「事故耐性の高い制御棒」
は日米政府間の民生用原子力協力枠組み(CNWG)の協力項目である。
＊3 日本原子力研究開発機構からの受託研究として実施。

＊4「危険の主観評価」「、安全行動によるポジティブな結果の想定（リスク回避、満足感）」「、安全行動によるネガティブな結果の想定（効率低下、負担増大）」により、安全行動選択の是非が決まるプロセス。
（例：リスク回避可能で負担感の低い安全行動は、
リスクがわかりにくい
場合でも実行される。)

バンドル側面からの撮影像水平断面における
各物理量の測定結果

図１ 5×5バンドルの模擬燃料集合体中の沸騰二相流の可視化結果（入口流速 0.3m/s、入口サブクール度 1K、バンドル熱出
力 37.5kW）

設備外観写真試験部写真

図２ 実条件フィルタベント試験設備（内径500 mm高さ8 m円筒、最大圧力1.6 MPa）

75

基盤技術課題

地球工学研究所
概要

地球工学研究所は、電力施設に関わる土木技術や自然災害対策、原子燃料サイクルバックエンド事業支援に必要な地圏科学、地震工学、構造工学、流体科学ならびに地下エネルギー利用技術に関わる基盤的研究を推進している。

課題毎の
概要と
主な成果

地圏科学
電力施設の立地、建設、維持管理に関わる課題解決のため、断層活動性、火山噴火規模、地下構造物の安定性、地下水による物質移行に関する評価法を高度化する。
■断層の上部に地層が堆積していない地点でも■CO 2 地中貯留における地下からのCO 2ガスの取地震の震源域において、活断層と既に活動を

沿いの天然ガスの湧出箇所周辺部を対象とし

断層活動性を評価可能にするため、1943年鳥上方移行特性を明らかにするため、断層破砕帯

停止した断層の周辺部で微小な亀裂の性状やた調査・試験を行い、ガス湧出現象の概念とこくに従い、鉱物に充填されていない微小な開口を構築した。このモデルを用いて、天然ガスのこの傾向に着目し、断層周辺での開口亀裂の分

管圧、飽和率、断層破砕帯の存在を考慮するこ分布密度を調査した。その結果、活断層に近づ
亀裂の分布密度が高くなる傾向が認められた。
布密度の増加の有無に基づく新たな断層活動
性評価手法を開発した。

れに基づく水理地質構造モデル・二相流モデル

上方への移行を数値解析した結果、地盤の毛とで天然ガスの上昇挙動を再現することがで
きた。

地震工学
電力施設・設備における、地震を中心とした自然災害への対応・対策法を確立するとともに、コストを抑えた維持管理手法を構築する。
■2004年留萌地震（M6.1）
により震源近傍で大加■ダム・貯水池周辺や送電鉄塔基礎周辺の斜面挙地での物理探査から、原子力発電所の基準地震

精度で変位を計測できる光ファイバセンサを用速度を記録したK-NET港町地点を対象とした現動を設定する解放基盤相当の岩盤の深さが従

動メカニズムを解明するため、従来よりも高い

いた孔内傾斜計を開発した。現地適用の結果か来の調査結果よりも深いことを明らかにした。さら、従来は困難であった年間数mm程度の緩慢結果に基づき基盤地震動の推計を行った（図１）

置で抽出された斜面地中の変位集中箇所で、初らに、新たな地盤モデルと地盤試料の室内試験［N13007］。この成果は、原子力発電所の新規制

基準適合性に係る審査において「震源を特定せず策定する地震動」の策定に活用された。

な動きを検知できることを確認した。また、本装

生すべりの前段階を示す地質現象が生じていることをボーリングの詳細な解析により明らかにした［N13006］。

構造工学
鋼構造物・コンクリート構造物の安全性・信頼性の確保と寿命延伸に寄与するため、地震・風・雪等の自然外力や、塩害・凍害・温度変化等による経年変化を考慮した構造性能評価法を開発する。
■重力式コンクリートダム、並びに重要付帯設備

国土交通省「大規模地震に対するダム耐震性を用いた耐震性能照査の枠組み、照査方法の同等の広く照査法全般を対象にした実用的なであるダムゲートを対象として、有限要素解析
特徴、解析モデル化法などの技術事項・事例等を整備し、それらを取りまとめた「耐震解析・照査マニュアル」を策定した。このマニュアルは、能照査指針（案）・同解説」（ 2005年3月）などと
解 説 書として、大 規 模 地 震に対するダムの 健

全性評価に活用されることが期待される［N21］

［N22］
。

76

研究年報_P70-P87-基盤研究下版後修正.indd 76

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課題毎の
概要と
主な成果

■コンクリート構造物の塩害劣化予測に必要な物に現地計測が可能であるため､火力発電所など

オン実効拡散係数を電気抵抗率から推定する

検・調査の効率的な実施に活用されることが期性値の一つである、コンクリート中の塩化物イ
評価式を提案した。電気抵抗率は比較的容易の臨海地域に位置するコンクリート構造物の点待できる[N13002]。

流体科学
原子力発電設備への火山噴火や施設内火災等の影響評価、ならびに水力・太陽光・風力等の電力設備の建設・運用・保守・自然災害軽減に役立てるため、これら設備に関わる水・大気等の流体の流れを評価
する基盤技術を開発する。
■配電設備に対する風圧荷重の合理的な設定を行■地上設置型太陽光パネル群の風力係数を数値

家屋の街区（建蔽率25％）を対象とした風洞実験れるパネルよりも風力係数が1/2以下となる場

うため、風が通りやすいように配置した2階建てを行い、風圧荷重が基準設計値の1/2以下（丙種風圧荷重）となる場所を特定した。本成果は、
丙種風圧荷重の適用可能範囲への科学的な根拠を提示するものであり、電気事業における配シミュレーションによって評価し、単独で設置さ所を明かにした。これにより、パネル架台の耐風設計を合理的に行うことが可能となり、建設費の低減が可能となった[N13012]。

電設備の風圧算定に活用される［V13016］。

地 下エネル ギー 利 用 技 術
CO 2 地中貯留、地熱発電、大規模電力貯蔵等、地下空間の利用や地下エネルギー開発に役立つ地下調査・評価技術を開発する。
■電気事業としてのCCSへの対応の検討に資するため、CCSの国内外の技術・政策動向について調査した。欧州では景気の低迷などにより、CCSの普及は政策的な見通しを下回っているが、複数のCO 2 排出企業が連携する取り組み

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ギー資源開発によるエネルギーセキュリティ確保の方針のもと、国産の石油開発を進めるた

め、回収したCO 2をEOR（石油天然ガスの増進
回収）に活用している状況を把握した。

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図1 2004年北海道留萌支庁南部の地震の観測記録と推計基盤地震動の比較
K-NET港町地点では、本震時に最大加速度1127ガルを記録した。現地調査の結果から、原子力発電所で基準地震動を設定する
解放基盤に相当する岩盤の深さが従来よりも深いGL-41mであることを明らかにした。表層6mの地盤の非線形性を考慮した等価線形解析により、基盤地震動は585ガルと推計された（左)。疑似速度応答スペクトルの比較から、解放基盤相当で推計した地
震動が、原子力発電所の旧耐震設計基準の「震源を特定せず策定する地震動」とほぼ同等のレベルであることがわかった
（右）
。

77

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基盤技術課題

環境科学研究所
概要

環境科学研究所は、電力施設の円滑な立地や運用、低炭素社会の構築、さらに電気事業に関わる様々な環境リスクの軽減に向けて、大気・海洋・水域・生物・化学・バイオテクノロジーなどに関わる基盤的研究を推進している。

課題毎の
概要と
主な成果

大 気・海 洋 環 境
火力・地熱・原子力発電所に関連した大気環境問題や放射性物質の海洋拡散等に対応するため、大気・海洋環境の予測・評価技術を開発する。
■発電所からの排ガス拡散に対する建物と大気■放射性物質の海洋拡散評価に資するため、北太温度成層が再現可能な風洞実験手法を開発し再現可能なモデルを構築し、放射性物質の鉛直

安定度＊の相互影響を解明するため、安定時のた。本手法を用いて建屋近傍から排出された排ガスを対象に実験を行い、大気安定度が地表面の排ガス濃度に及ぼす影響は小さいことを明ら

平洋中層における低温・低塩分水の沈み込みが方向の移行評価や、表層域における拡散計算を高精度に実施することを可能とした［V13009］。

かにした。

水域環境
水力発電所に関連した河川・貯水池の水環境問題や、火力、原子力等の臨海発電所に関連した沿岸の環境問題の解決に向け、モニタリング技術や予測・評価技術を開発する。
■水力ダムにおける水利権更新や通砂運用を支援す■臨海発電所において、水中放水された温排水の拡散

地上型3Dレーザースキャナー、
写真測量および無るよう、簡易モデルの計算条件の入力や予測結果の地形などを視覚化する技術の開発に見通しを得た。

作マニュアルを作成し事業者への導入整備を図った。

る河川環境総合評価ツールの構築に資するため、人機を組み合わせることで、渓流域の複雑な河道範囲の迅速な推定が、パソコン上で容易に実施でき表示などのインターフェースを整備するとともに操生物環境
電力の安定供給や保守合理化に貢献するため、付着生物・クラゲ対策技術、および鳥獣などの電力施設迷惑生物対策技術を開発する。また、電磁界の健康影響に関する社会一般の理解に資するため、商用および中間周波磁界の生物影響を解明する。
■臨海発電所に来襲するクラゲパッチを、超音波■家電製品等から発生する中間周波磁界に関しを開発した。本装置は、水深約50mまでのクラいてラットを用いた動物実験を行った。血液おにより自動的に定量評価できるクラゲ監視装置て、これまで知見の少なかった20kHz磁界につゲパッチを検出可能であり、発電所の前面海域

よび組織学的検査を含めて影響は認められず、

ラゲ対策設備の効率的運用に寄与することが周波磁界は健康一般に対して影響を及ぼさなに設置することで、ロータリースクリーン等のクできる。

既に実施した60kHz磁界の結果と合わせ、中間
いことが分かった［V13010］。

応用生物工学
微量PCB汚染変圧器の経済的処理、未利用炭素資源の高度利用、および農業分野需要家向け省エネ
ルギー活用のための関連技術を開発する。
■開発中の加熱強制循環洗浄と課電自然循環洗

浄が環境省からPCB汚染変圧器の無害化処理技術として評価された。また、加熱強制循環洗浄の活用指針（ガイドライン）が環境省から公表

され、本指針に基づいた汚染変圧器の処理施設実現に向けた見通しが得られた。

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課題毎の
概要と
主な成果

■発電用ディーゼルエンジンへのジャトロファ油■国内における下水や畜産汚泥等の高含水性廃を1:4程度以下とすることで、燃費や排ガス性より生 産されるバイオガスによる発 電ポテン

有することを明らかにした［V13011］。

る発電量1,000kWを超える対象は、下水汚泥の利用に関して、ジャトロファ油と軽油の混合比状など関して軽油と同等のエンジンへの適性を

棄系バイオマスの発生量を基に、メタン発酵にシャルを評価した。その結果、事業可能性があで約60の処理場、家畜糞尿では約130の市町村と推定された［V13012］。

環境化学
石炭火力発電所の高稼働・安定運用を支援するため、発電所で発生する石炭灰や脱硫石膏の有効利用技術、および発電所排水中の微量物質の低コストな管理・処理技術を開発する。
■脱硫石膏の品質管理の効率化を図るため、フッ■石炭灰の有効利用促進に資するため、灰に含また。本法では、溶出工程に湿式ボールミルを用用い、１時間で同時定量する方法を開発した。

素溶出量の迅速評価が可能な試験法を開発しい、操作条件を最適化することで、これまで長時間を要していた溶出工程を大幅に短縮することが可能となった[V13014］［V13015]。

れるSe、As、Crの濃度を、蛍光X線分析装置を
本法は、従来の湿式分析法に比べ、煩雑な前処理と高度の分析技術を必要とせず、測定時間を1/15に短縮できることから、現場における石炭
灰の品質管理に有効である（図１）[V13023]。

＊ 大気の鉛直方向の混合しやすさの指標。一般に、不安定時に排ガスはよく拡散し、安定時には拡散しにくい。

図1 石炭灰中のSe、As、Crの簡易迅速定量
18種の実機灰を用い開発した手法の精度を検証したところ、従来の湿式分析法と高い正の相関が得られた。本法は、スペク
トルの波形処理により妨害成分の影響を最小化し、測定時間を最適化することで、迅速・簡便な分析を実現した。現場における石炭灰の品質管理・選別技術として活用できる。

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基盤技術課題

電力技術研究所
概要

電力技術研究所は、電力流通設備に関わる、絶縁、高電圧、耐雷、電磁環境、大電流技術等のコ
ア技術に取り組むとともに、次世代の電力機器開発、瞬時値解析技術開発、アークのシミュレー
ションと応用に関する技術、パワーエレクトロニクス応用技術、
レーザー応用等の新しい電力技術に関する基礎・基盤的研究も推進している。

課題毎の
概要と
主な成果

高 電 圧・絶 縁
電力機器の高経年化に伴う各種固体絶縁材料の劣化機構解明、がいし類の外部絶縁技術の高度化、高電圧計測精度の向上を図る。次世代機器用の新しい絶縁材料の探査を行う。
■ガス絶縁機器等に用いられるOリングの劣化■インパルス高電圧計測トレーサビリティーの確リングの劣化評価手法の構築を目的に、粘弾性を検討している国家標準級開閉インパルス高化を推定可能な手法を提案した。この手法によ

要各国の国家標準計測システムと比較して同等

は、機器の寿命等に影響を与える。このため、Oモデルに基づいて、圧縮永久ひずみ＊1の経年変

り、Oリングの物性値や温度などの使用環境条
件から圧縮永久ひずみ率を推定することが可能

＊2
となった
（図1）
［H13013］。

保のため、我が国の標準システムとしての運用
電圧標準計測システムの不確かさを評価し、主以上の性能を有していることを明らかにした＊3［H13003］。

雷・電 磁 環 境
情報通信技術（ICT）
社会に対応した電力・エネルギー需給システムのための耐雷設計や絶縁協調技術を開発する。また、電力流通設備・需要家設備における電磁両立性（EMC）
・電磁環境評価技術を構築する。
■77～154kV送電線の雷による多相事故の事

オーバ電圧、放電進展様相）に基づいて実験的

故率予測精度向上を目的として、並列に設置しに明らかにした。この結果、フラッシオーバが同

ラッシオーバ）現象を放電特性（50%フラッシ

ることを見出した[H13008]。

た2つのアークホーン＊4における同時放電（フ時に発生する割合は印加電圧波高値に比例す

高エネルギー
電力機器の内部アーク試験を補完する圧力上昇・伝搬シミュレーション技術を開発する。また、レーザー・光技術を用いた革新的計測技術を開発し、設備診断等への適用を図る。さらに、難溶融物質の溶融処理に資するため、アークプラズマ溶融処理技術を開発する。
■受配電盤などでは、機器内部のアーク故障によ■火力発電用ガスタービンの遮熱コーティング

区画に金属メッシュなどを設ける場合がある。

を用いた測定に関して、
トップコートの表面粗る圧力上昇を制御するため、放圧口や内部の内部の圧力上昇・伝搬特性を数値解析により評価するため、メッシュを圧力損失媒体とエネル

ギー蓄積媒体とする簡易モデルを開発した。このモデルを用い、メッシュで区画された受配電

盤内の圧力上昇を再現でき、モデルの妥当性を
検証した
（図2）
[H13011]。

トップコート膜厚（約300μm）のテラヘルツ波

さの影響を考慮することによって測定精度を向上した。本手法を実機部品（ガスタービン翼）へ適用した結果、
トップコート膜厚の測定値は翼断面の顕微鏡観察結果と6％以内で一致し、本手法の妥当性を検証した[1]。

電力応用
電力品質に関わる解析技術の確立を図るとともに、需要家側機器と協働した電力品質維持・向上技術を開発することにより、様々なパワーエレクトロニクス機器を含む系統の合理的な設備形成と運用に寄与する。
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課題毎の
概要と
主な成果

■電力系統瞬時値解析プログラムXTAPの計算することで計算速度の高速化を図る手法を開CPU）に適用可能な内部状態更新過程を並列■配電系統において、電圧管理のための動的電圧

た比較的規模の大きい系統の瞬時値解析にお電圧調整器（SVR）のXTAP用解析モデルを開発した[H13005] [H13010]。

速度 の 向上を図るため、汎用PC（マルチコアに処理する手法を開発した。また、XTAPを用い解析を簡易に行うため、配電変電所および自動

いては、遠方系統を単相実効値模擬により解析発した[H13007]。

大電流技術
高機能化する電力機器の故障時の性能を的確に評価するための短絡試験技術を高度化するとともに、交流大電流計測技術を確立する。
た手 法で計 算した結 果は、これまでの 試 験 結■ 架 空 送 電 線 で 使 用 さ れる鋼 心 ア ルミより線

果とよく一致し計算手法の妥当性を確認した（ A C S R ）の 短 絡 故 障 時 の 交 流 ア ークによる

素線溶断特性の計算手法を開発した。開発し［H13001］。

＊1 圧縮変形させた力を除去した後も残存する変形を表す指標。
＊2 筑波大学との共同研究で実施。
＊3 国家標準級システムは千葉工業大学所有、日本電機工業会の日本高電圧インパルス試験所委員会（JHILL）のもとで運用されている。
＊4 がいし連のフラッシオーバに伴うアーク放電からがいしを保護するため、がいし連の両端に取り付ける金具。
［1］福地 他、電気学会論文誌A Vol. 133 No. 7 pp.395-401, 2013

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図1 経年Oリングの写真と圧縮永久ひずみ率推定のための計算フロー
Oリングの物性値、線径、設置条件をもとに、粘弾性モデルにより初期応力とその応力緩和を計算することで、任意時間経過
後のOリングの断面における応力分布や応力除荷後の断面形状に基づく圧縮永久ひずみ率を推定可能である。
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図 2 受 配 電 盤 内 でア ークが 発生した場合の実験結果＊と計算結果との比較

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開 閉 器 室 内 でア ーク故 障により

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動作や金属メッシュを有する放圧

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室によって 抑 制 されて いる状 況を良く再現できた。

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発 生した 圧 力 上 昇 が 、放 圧 弁 の

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㻓㻑㻔㻘＊ A. B. Wahle: Untersuchungen zum
Einsatz von Energieabsorbern
in Ringkabelschaltanlagen im
Störlichtbogenfall, アーヘン工科大学学位論文（2007）

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基盤技術課題

エネルギー技術研究所
概要

エネルギー技術研究所は、エネルギー資源を高効率かつクリーンに利用する火力発電技術の開発、電気を使う側での高機能な熱利用システム・機器開発を通じて、エネルギーセキュリティの確保、電力・エネルギー需給システムの創生を目指している。

課題毎の
概要と
主な成果

高効率発電
火力プラントの信頼性確保と運用保守コスト低減、将来の高効率化・低炭素化に寄与するため、ボイラ伝熱面管理やガスタービン高温部品保守・管理の合理化、非在来液体燃料の火力プラントへの適用性
評価技術の開発、IGCC商用機の円滑な導入支援、次世代石炭火力システムの評価を行う。
■ボイラの化学洗浄時期適正化のため、実機ボイ■2013年度より商用運転を開始した常磐共同火実施し、発電所の運用実態に即したボイラ管の転データの解析・評価や使用候補炭のガス化特

ラのメタル温度解析、抜管材のクリープ試験を

力勿来発電所10号機（IGCC実証機）
に対し、運損傷状態予測を行うことにより、化学洗浄時期

性事前評価などを行い、プラント性能の経時変を延伸できる可能性を見出した。

■ガスタービン高温部品に施工された遮熱コー
ティングに対し、当所が開発した、はく離の非破壊検出手法における、計測条件の適正化を進めた。その結果、コーティング厚さに応じた化や炭種適合性に関する知見を蓄積するとともに、円滑な商用運転に貢献した。

■低炭素化の将来オプションとして提案している「 C O 2 回 収 型 高 効 率 I G C Cシステム 」の 酸 素-CO 2 吹きガス化技術に関し、3トン／日規模の適切な計測条件を見出すことができ、実機の石炭ガス化研究炉試験と反応解析から、ガス化［M13007］。

与していることを明らかにした［M13005］。

はく離を正確に検出できる見通しが得られた

剤中CO 2 濃度の増加が炭素転換率の向上に寄

燃料高度利用
火力発電用エネルギー資源の拡大と環境保全性の維持向上に向け、難燃性燃料の利用促進技術、褐
炭改質技術、自然発火対策技術、微量成分の計測技術、ボイラ内クリンカ対策技術、石炭灰の有効活用技術および石炭運用評価システムの開発を進める。
■石炭やバイオマスの自然発火事例、自然発火に対する運用方法や監視技術について調査した。

定値が一致し、適用可能であることが明らかになった。

自然発火事例が多い屋内式（特にサイロ式）の燃■フライアッシュ（石炭灰）の有効活用を想定し、を用いた監視が有効であることを明らかにした。

トで量産可能とする製造方法の検討を行った。

ホウ素を対象に、模擬石炭ガスを用いて燃焼排よって、セメントの添加なしに土工材として利用

その結果、模擬ガスで設定したホウ素濃度と測かった。

料貯蔵場における監視技術として臭気センサー■石炭ガス化ガス中の微量成分測定法に関して、
ガス中ホウ素濃度測定法の適用性を検証した。

貝殻とフライアッシュを混ぜた固化物を低コス
そ の 結 果 、振 動 締め固め手 法を用 いることに可能な強度を有する固化物が得られることがわ

ヒートポンプ・蓄 熱省エネルギー性の高いヒートポンプの開発・普及を目指した革新的な技術の探索・評価と需要家への省エネソリューション提案を支援する技術を開発する。
■当所が考案した無着霜空気熱源ヒートポンプに関し、水分吸着剤塗布熱交換器の実験結果を基にシステム実用化の可能性を評価した。その結果、寒冷地条件（気温-7℃、相対湿度80%）において、現行システムのデフロスト間隔と同程度の無着霜運転時間（40分以上）
とシステム

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課題毎の
概要と
主な成果

COP3.0を達成できる見通しを得た。

■ 当 所で開 発 中 の 需 要 家エネル ギー 消 費 解 析

ツールに関し、ヒートポンプや蓄熱システムなどに加えて、太陽光発電や蓄電システムの評価ができるように改良した。また、実工場において、電力および機器の使用実態を解析してエネ
ルギー消費診断を行い、改善効果を定量的に示した。

エネル ギー 変 換
火力発電所や地熱発電所の運用性向上ならびに高効率化の実現に向けて、熱効率評価技術、燃料
電池や材料・環境分析等に関連する基盤技術の開発を行う。
■技術開発が進んでいるSOFCについて、既存ガ動に十分対応できることを明らかにし、併せてトッピング効果を検討した。1250℃級GTCCへ■ 石 炭 灰や 汚 泥に含まれる微 量 な 水 銀 の 化 学

69%に向上し、1500℃級では59％から71％に

X A F S 分 析 技 術を適 用した 。X A F S 吸 収 スペ

スタービンコンバインドシステム（GTCC）へののトッピングにより、発電効率は53％LHVから向上することを明らかにした(図1)［M13003］。

■太陽光、風力の出力変動（数秒～数十分）による周波数変動の抑制に向けて、SOFCの適用性を実験的に検討した。SOFCは1秒以内の出力変SOFC負荷応答モデルを提案した［M13002］。

形態の同定に、SPring-8の放射光を活用する

クトル の 微分パラメータを適切に選定することで、石炭灰に含まれる1ppm以下 の 水銀に対して 化 学 形 態 を 推 定 できる見 込 み を 得 た［M13004］。

熱 流 体・反 応 数 値 解 析
火力発電所の現場の課題解決や新技術開発の効率化に向け、火力機器内の複雑な諸現象を、十分な精度で解析可能な数値解析ツールを開発する。
■微粉炭燃焼火炎内において、微粉炭からの揮発分の放出、すすの生成、輝炎の形成等の詳細な火炎構造をレーザ計測技術を用いて解明した。

また、これらの現象を予測するため、揮発ター

ルの分解・重合反応に関する膨大な素反応過程について、実用的な計算時間での解析を可能と■石炭火力発電所の排煙脱硝装置における触媒劣化要因の一つが灰粒子による触媒表面の被覆であることを化学分析によって確認するとともに、この現象を予測するための数値解析による触媒
表面への灰粒子付着特性評価法を構築した。

する手法を開発した。

図1 既存GTCCにSOFCをトッピングした
場合の出力と効率の関係
トッピ ン グ す る 最 大 S O F C 導 入 容 量 は 、G T C C からS O F Cに供 給 できる最 大 空 気 量で 決 まり、1 2 5 0 ℃級 G T C C で 2 5 0 M W 、
1 5 0 0 ℃級 G T C C で 4 6 0 M W で あ る 。トッ

ピングするSOFC導入容量に対する発電 効 率 の 上 昇 割 合 は 、1 2 5 0 ℃ 級 G T C C

で 1 6 % / 2 5 0 M W 、1 5 0 0 ℃ 級 G T C C で12%/460MWであり、1250℃級GTCCでは少ないSOFC導入容量で発電効率が大きく
向上する。

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基盤技術課題

材料科学研究所
概要

材料科学研究所は、発電プラントの現場適用技術から、自然エネルギー利用技術、省エネのための新材料開発、などの基盤技術開発を実施し、電力の安定供給および低炭素社会の構築に貢献することを目指している。

構造材料

課題毎の
概要と
主な成果

火力・原子力発電プラントなどの構造材料を対象に高温強度、腐食特性などの各種データの収集・整備を図るとともに、経年劣化事象の評価法、機器の設備診断技術、寿命評価のための手法の開発・改良を進め、プラントの信頼性の向上や安定運用に貢献する。
■実機で長期間供用した9Cr鋼のエルボ溶接部について、クリープ破壊試験および組織観察、硬2）や疲労寿命特性など、クリープ疲労評価を行う上で重要な基礎的知見を得た［Q13001］。

さ試験を実施し、背側よりも腹側で余寿命が短■微粉炭火力ボイラの硫化腐食について、管表面付の発生領域と材料硬さとの間に相関が見られる

めるとともに、炉内で周期的に生じる雰囲気変動■ A - U S C プ ラントの 候 補 材 で あ る N i 基 合 金プラントで適用されている当所開発の腐食速度

いこと（図1）、クリープ損傷の実態であるボイド

ことを明らかにした[1]。

Alloy617の破断延性のひずみ速度依存性（図着灰を用いた腐食位置特定手法の実機適用を進が腐食挙動に及ぼす影響の解析から、複数の火力予測手法の高精度化に必要なデータを取得した。

エネル ギー 変 換・貯 蔵 材 料
太陽光発電の大量導入に向けた屋外発電特性評価技術の開発、電気化学応用技術を用いた再生可能エネルギーの有効利用に関する材料/評価技術の開発を進める。
■太陽光発電出力把握の広域運用で重要になる■水素エネルギーキャリアの候補であるアンモニ

象観測データの分析から、日射変動を表すのにの基礎検討を進めている。アンモニアの高収率

日射観測の簡素化のために、1年以上の日射・気

適した天気分類を提案した。この天気分類を用いることで、アメダスの情報をもとに日射量推定が可能となる見通しを得た［Q13005］。

アについて、溶融塩を反応場とした電解合成法
化を阻害する一因が、水素ガス電極上での副反応によってハイドライドイオンが生じることに伴いアンモニアが電解浴中に溶解するためである

ことをつきとめ、その反応機構を明らかにした［Q13004］。

機能材料
革新的な機能・特性を持つ超伝導材料や有機材料の創出を目的とし、基礎物性制御と結晶成長技術を駆使して次世代の電子機能材料を開発する。
■ 鉄カルコゲ ナイド超 伝 導 体 薄 膜 の 成 長 技 術■ディスプレー用に必要なRGB3色の発光が可能

加えることにより、FeSe薄膜において約1.5倍

子には電流反転によるリフレッシュ効果（劣化をを高め、基 板 の 選 定により意 図 的な格 子 歪を

（8K→12K弱）、FeSe 0.5 Te 0.5 薄膜において約1.3倍（14.2K→19K弱）の超伝導転移温度向上を達成した [2] 。この物質は高磁場中においても高い臨界電流密度が確認される等、将来の実

な電気化学発光素子を開発した（図3）。この素回復させる効果）が認められ、長期安定性の確保と交流駆動発光の要素技術として特許化した[3〜5]。

用化線材での利用が期待される。

高 性 能 S iCパワー 半 導 体
再生可能エネルギー大量導入や連系強化・広域運用に対応する次世代低損失電力制御装置の実現に向けて、大容量・低損失SiCパワー半導体の製作のための高品位SiC単結晶を開発する。
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課題毎の
概要と
主な成果

■複数の企業との共同研究開発により高品位・高■耐電圧13kV級の超高耐圧SiCトランジスタに成膜（成膜速度50μm/h）と高均一化を同時に製可能とし、特性検証用素子においてSiCの限

生産SiC単結晶膜成長技術の開発を進め、高速実現し、低損失SiCパワー半導体の量産を可能とする、直径6インチ、高速、低欠陥密度のSiC

適用可能な超厚膜・多層SiC単結晶ウェハを作界に近い良好な通電特性を実証した。

単結晶膜の成膜技術を確立した[6]。

材料評価共通技術
計算材料科学手法や分析手法などの基盤技術の組み合わせによる新たな成果の創出を目指して、物性予測手法や局所応力評価手法の開発に取り組む。
■Fe-Cr-C系を表現できる原子間ポテンシャル
モデ ルを開 発し、それを用 いた古 典 分 子 動 力

学法計算により、フェライト系耐熱鋼におけるCr 23 C 6 析出物界面付近の析出物粗大化挙動を明らかにした。

［1］S. Nagai et al., Proc. 7th Int. Conf. on Advances in Materials Technology for Fossil Power Plants, 609-701, 2013［2］F. Nabeshima et al., Appl. Phys. Lett., 103, 172602, 2013
［3］特願2013-145690「イオン性素子の製造方法」［4］特願2013-145691「イオン性素子および電子機器」［5］特願2013-145692「イオン性素子モジュールおよび電子機器、ならびにイオン性素子の駆動方法」［6］H. Fujibayashi et al., Appl. Phys. Express, 7, 015502, 201480
ム㥺Ὼᗐ䠌650Υ

ᚺງ 䟺MPa䟻

70
䕋 ⫴ഁ⁈᥃㒂

60

50

40 2
10

□ ⭙ഁ⁈᥃㒂103◒᩷᫤㛣 䟺h䟻104

図1 9Cr鋼廃却材のエルボ溶接部のクリープ試験結果の一例

図2 引張試験とクリープ試験におけるひずみ速度と破断絞り（破断延性）の関係（700℃）

長 期 使 用エルボ 溶 接 部を対 象としたクリープ 試 験にお い

いずれにおいてもひずみ速度によって破断延性は大きくりも短い破断時間を示した。

み速度で極小値を持つ特異な挙動を示した。

て、腹側から採取した試料の方が背側から採取した試料よ変化するが、Alloy617の平滑試験片では中間的なひず

図3 電気化学発光セル(LEC)による多色発光（赤色、緑色、青色、黄色の例）
省エネの新型照明や新型ディスプレー開発が期待され、更なる高輝度化や耐久性に関して研究開発を進めていく。

85

研究年報_P70-P87-基盤研究.indd 85

14/05/28 13:07

研究年報_P70-P87-基盤研究.indd 86

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3.主要な新規研究設備

３ 主要な新規研究設備
87

研究年報_P70-P87-基盤研究.indd 87

14/05/22 17:57

津波・氾濫流水路
設置目的

原子力規制委員会のもとで、新しい規制基

り、敷地内浸水時における水密扉等の敷地内

準への原子力発電所の適合性に係る審査が施設・設備の耐津波性能の検証・確認方法の進められている。加えて、再 稼 働 後に提 出 が

確 立・体 系 化 が 早 急 な 課 題となっている。そ

予定されている安全性向上評価書では、発生

こで、陸上氾濫した津波現象を再現可能な大頻度が低い巨大な津波に対する敷地内浸水型水理実験設備を導入することにより、津波時における施 設・設 備 の 健 全 性・頑 強 性 の 評に対する電 力 施 設・設 備 の 健 全 性・頑 強 性に価を含むP R A（ 確 率 論 的リスク評 価 ）の 実 施関する実証試験に活用する。

が求められている。これらへ対応するにあた

概要・特徴

津波・氾濫流水路は、陸上氾濫した巨大津によって、サイトによって津 波 流 れの 条 件 が波の特徴である段波状の先端を持つ長時間

異 なる場 合にお いても、津 波に対する施 設・

継続する速い流れを、世界で初めて実現象に設備の頑強性を評価する実証試験が実施可

近い規模で再現できる大型水理実験設備で能となる。また、津波波圧や津波漂流物の衝ある。例えば、東日本大震災において気仙沼

突 力 の 推 定 、さらに、津 波に伴う応 力 作 用 時

市で観測された浸水深が約5mの陸上氾濫しに対する施 設・機 器 の 応 答・破 壊 変 形 挙 動をた津波を1/3の大きさで再現できる。本設備評価する試験などに活用可能である。

最大流速：7m/s

主な仕様

最大流量：10t/s
ヘッドタンク
容量：650 t
最大水深：6.5m
試験水路
長さ：20m
幅：4m
高さ：2.5m
洗掘ピット深さ：1m
水路への流水の様子【設置場所・時期・所管研究所】
我孫子地区・2014年2月・地球工学研究所

設備全体の様子
津波・氾濫流水路
88

研究年報̲P87-P92-研究設備.indd 88

2014/05/22 17:47

実規模送電線雪害試験設備
設置目的

広域供給支障につながる大規模な雪害を発 達した低 気 圧 が 道 東 南 岸を通 過する際に低 減するためには、強 風・湿 型 の 着 雪および

北〜北 東 の 強 風を伴う着 雪 の 発 生 頻 度 が 高

着雪下における多導体ギャロッピングへの対

い 釧 路 市 大 楽 毛 地 区に、実 規 模 送 電 線 雪 害策が重要となる。各種対策品の効果検証や着試験設備を設置した。

雪・ギャロッピング特性の解明のため、冬季に
概要・特徴

本設備は、4導体および2導体架線用の主り、遠隔から現地の状況を監視することがで鉄塔2基および単導体架線用の中間鉄塔1基きる。単導体送電線のうち2相は直流通電がからなる。鉄 塔および 観 測ポー ルには、各 種可能であり電線発熱の影響を評価できる。

気象測器、WEBカメラなどが取付けられてお主な仕様【架線可能な送電線】
上段（径間長400m、高さ40m）：
4導体送電線×2相、ACSR810mm2電線まで㉰㡚ἴ㢴㏷゛㢴ྡྷ㢴㏷゛

中段（径間長400m、高さ31m）：
2導体送電線×2相、ACSR1160mm2電線まで
下段（径間長300m、高さ25m）：
ᘿງ゛+ᣲぽ゛

単導体送電線×5相※、ACSR810mm2電線まで

WEB ࣒࢜ࣚ

※支持点高低差9m、単導体送電線のうち2相は最大400Aまでの直流通電可㉝አ⥲ᢖකჹ

【取得データ】
風向・風速（プロペラ式、超音波式）、気温・湿度、ᘿງ゛

気圧、降雪量（転倒マス式、二重防風柵付き重㏳㞹 (᭩ኬ 400A)量式）、放射収支（長短、上下）、電線張力、電線+ᣲぽ゛

振角（水平・鉛直）、WEBカメラ映像、スペーサ
カメラ映像、電線変位（ターゲット）、電線表面温度（通電相）、降雪粒子形状【設置場所・時期・所管研究所】
ᶭჹシ⨠≟Ἓ(No.1 㕪ሥ)

釧路市大楽毛地区・2014年3月・地球工学研究所

࠘୯ṹ:ᙼ㛣㛏400m ࠙࣬ 2ᑙమ2┞ᯣ⥲ྊ⬗࠘୕ṹ:ᙼ㛣㛏400m࠙
࣬4ᑙమ2┞ᯣ⥲ྊ⬗࣬ิ᭿⥲⛸:ACSR410mm2

㢴ྡྷ㢴㏷゛࠘No.2㕪ሥ࠙࣬㧏ࡈ:42.5m

WEB ࣒࢜ࣚ

࠘Ẵ㇗びῼ࣭࣎ࣜ࠙
ᨲᑏ཭ᨥ゛

࠘No.3㕪ሥ࠙࣬㧏ࡈ:16m
࠘㜾㞯┐ち⿞⨠࠙
࠘No.1㕪ሥ࠙࣬㧏ࡈ:42.5m

࠘ୖṹ:ᙼ㛣㛏300m࠙
࣬༟ᑙమ5┞ᯣ⥲ྊ⬗࣬ิ᭿⥲⛸: ACSR240mm2

シങධమࣝ࢕࢓ࢗࢹ

㞭㔖゛

Ὼ‭ᗐ゛

Ẵᅸ゛

ᶭჹシ⨠≟Ἓ(Ẵ㇗びῼ࣭࣎ࣜ)実規模送電線雪害試験設備
89

研究年報̲P87-P92-研究設備.indd 89

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火力次世代燃料高度燃焼試験設備
設置目的

概要・特徴

わ が 国 の 微 粉 炭 火 力 発 電 所 では 、石 炭 のナ炉は、実 機 燃 焼 場を模 擬しており、種々の安定調達を図る上で、低品位炭などの燃料種

燃 料 の 燃 焼 特 性を事 前に評 価 することを目の拡大が重要であり、そのためには既設ボイ的として いる。乱 流 燃 焼 モデリング 炉 は 、燃ラで多 様 な 燃 料 の 利 用を可 能とする燃 焼 技

焼場の詳細計測を行い、これを基に様々な燃術を開 発する必 要 が ある。本 設 備は、２つ の料の燃焼現象を解明し、燃焼に関する数値解

火炉(シングルバーナ炉および乱流燃焼モデ

析技術の高度化を図り、新たな燃焼技術の開リング 炉 ) で 構 成されて いる。シング ル バ ー

発を効率的に行うことを目的としている。

シングルバーナ炉

どを高精度に計測することが可能である。この火力発電所と同様の燃焼場が模擬でき、低計測結果を基に、種々の燃料の燃焼現象を詳

品位炭やバイオマスなどの固体燃料の粉砕・細に解明すると共に、燃焼数値解析技術の発

燃焼特性および環境汚染物質の排出特性など展を図る。これによりシングルバーナ炉を用いが評価できる。さらに、幅広い低品位燃料の燃て開発した燃焼技術のスケールアップを容易

焼技術の開発に向けて、酸素富化燃焼や多種にし、実機への適用を加速化できる。

液体燃料の燃焼を可能としている。

２つの装置を用いた実験的手法と理論的手

乱流燃焼モデリング炉

法の融合により、従来よりも効率的な燃焼技術

レーザ等の高度計測装置を駆使して、燃焼開発が可能となる。

場のガス流速、温度、粒子径およびガス組成な
主な仕様

シングルバーナ炉

乱流燃焼モデリング炉

粉砕装置：竪型ローラミル

火（内径250mm×長さ2,000mm）（定格粉砕量：約300kg/h）
火

投入熱量：40kW

炉 ：水冷式横置円筒炉（内径850mm×長さ8,000mm）

機

能 ：石炭燃焼機能（約5kg/h）
液体燃焼機能（約3Ｌ/h）

投入熱量：760kW
機

炉 ：竪型円筒炉

能 ：石炭燃焼機能（約100kg/h）

計測装置：粒子速度・粒径同時計測装置

液体燃焼機能（約30Ｌ/h）

二次元温度計測装置

酸素燃焼機能（排ガス循環、ガス濃度計測装置等

3

）
酸素供給
（最大200m /h）【設置場所・時期・所管研究所】
横須賀地区・2014年1月・エネルギー技術研究所

䝻䞊䝷䝭䝹㻌

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䢆䢚䡬䢁⅔㻌㓟⣲䝍䞁䜽㻌㈓Ⅳሙ㻌
シングルバーナ炉および実験棟
火力次世代燃料高度燃焼試験設備

࣮ࣞࢨ࡟ࡼࡿ
ⅆ⅖ࡢヲ⣽ィ
乱流燃焼モデリング炉

90

研究年報̲P87-P92-研究設備.indd 90

2014/05/22 17:47

炭化燃料化実験設備
設置目的

概要・特徴

主な仕様

電 気 事 業 では 、石 炭 火 力にお ける木 質 バすることにより、粉 砕 性 の 改 善 、発 熱 量 の 向イオマス等の混焼利用を進めており、年間約上、撥水性の発現（屋外貯蔵が可能）
といった

40万トンの木質バイオマスが混焼利用され効果が期待できる。一方、炭化燃料化に伴うているが、粉砕性が低いなどの課題から、そエネルギー損失、自然発火性の発現、微粉化の混焼率は数％に留まっている。バイオマスなどの課題がある。本設備は、炭化燃料の原の高混焼率利用が可能となれば、石炭火力の料となるバイオマスの選択、炭化燃料化のメ

C O 2 排 出 原 単 位を大きく低 減 することがでリット、製造時のエネルギー低減、製造されたきる。石炭火力におけるバイオマス高混焼率

炭化燃料の安全性、などの視点から、炭化温利用技術のひとつとして、炭化燃料化技術が度 、滞 留 時 間 、原 料 水 分やサイズといった炭挙げられる。木質バイオマス等を炭化燃料化

化条件の最適化を目的とする。

本設備は、木質チップなどの低含水バイオ握するため、プロセス情 報（ 温 度 、圧 力 、流 量

マスに加え、食品加工残渣や脱水汚泥などのなどの測定点約170）を経時データとして収高含水バイオマスについても、専用の搬送装録するとともに、熱 分 解ガス中ター ルやガス

置や乾 燥 設 備により、炭 化 燃 料 化を可 能とし成分の分析も可能である。将来的な商用化をている。また、炭 化プロセスへ の 投 入エネル

想定し、炭化機には、数百t/日規模までスケー

ギー 低 減や炭 化 条 件 の 最 適 化を図る上で必

ルアップ実績のある間接加熱型ロータリーキ

要不可欠な、熱物質収支および炭化性能を把ルンを採用している。

高温連続炭化機

熱風式乾燥機

原料供給量：〜200kg/h

原料供給量：〜500kg/h（原料中水分30％の場合）（原料中水分80％の場合）

炭化温度：200〜600℃

乾燥物水分：10〜30％

滞留時間：20〜60min

分析装置
micro GC, GC-MS, HPLC, UV-Vis-NIR【設置場所・時期・所管研究所】
横須賀地区・2013年7月・エネルギー技術研究所

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㻌
設備全体の様子
炭化燃料化実験設備

実験設備の概略系統図

91

研究年報̲P87-P92-研究設備.indd 91

2014/05/22 17:47

ヒートポンプ開発試験設備
設置目的

熱需要分野を対象に、イニシャルコストが低ヒートポンプは、省エネル ギー・C O 2 排 出削減技術として国内外で注目を集めており、 く、コンパクトで 、エネ ル ギ ー 消 費 量 が 少 な
さらなる高 性 能 化 、低 G W P（ 地 球 温 暖 化 係

い、低GWP（地球温暖化係数）冷媒ヒートポ数）冷媒の利用、様々な熱需要分野への適用

ンプの商品開発と性能評価を行う。

拡大が推進されている。本設備では、様々な

概要・特徴

主な仕様

産業用の蒸気・熱風製造ヒートポンプやター

品機や試作機等を幅広い試験条件で性能評価

ボ冷凍機など、幅広い用途のヒートポンプの商可能な設備である。

（1）試験対象（２）温・湿度の設定範囲◎高温水循環ヒートポンプ

空気温度（環境試験室）：－20～50℃

加熱能力：最大600kW

空気湿度（環境試験室）：30～90％温水温度：最高90℃

熱源水・冷水温度：10～90℃◎蒸気製造ヒートポンプ

温水・冷却水温度：10～90℃

加熱能力：最大600kW（蒸気1t/h相当）（３）環境試験室の寸法

蒸気温度：最高200℃

幅8m×奥行14m×高さ5m（内寸法）◎熱風製造ヒートポンプ
加熱能力：最大200kW
熱風温度：最高200℃◎大型の冷水製造ヒートポンプ（ターボ冷凍機）
冷却能力：最大2,100kW◎中型の冷・温水製造ヒートポンプ（冷・温水チラー）
冷却・加熱能力：最大350kW【設置場所・時期・所管研究所】
横須賀地区・2013年6月・エネルギー技術研究所


㻌
㻌
㻌
㻌
㻌
実験棟南東から屋外設置機器を見た様子

試験対象機設置の様子

ヒートポンプ開発試験設備
92

研究年報_P88-P92-研究設備.indd 92

14/05/28 11:13

4.活動実績

93

研究年報_P95-P97-活動実績.indd 93

14/05/27 14:40

4.活動実績 当研究所の2013年度における活動実績を以下に示す。
1

人的資源

事務

研究

12％

88％

14％
土木
・
建築

2 0 1 4 年 3 月3 1日現 在 、要 員は820名で、このうち、研究系が722名、事務系が98名である。

14％

15％

機械

9％
化学

電気

研究員の分野別内訳は図1の通生物

りで 、幅 広 い 分 野 にわ たって 構

研究支援
・
管理

成されている。 また、当研究所

社会
・
経済

の役職員の博士号取得者は、

情報
・
通信

7％

16％

4 0 9 名 で 、内 、7 3％が 工 学 系 、

8％

原子力
工学

環境
科学

10％が理学系である。

7％

5％

5％

図1 要員分野別内訳（2014年3月31日現在）

2

研究報告書

所報告」等を取りまとめた。この

11％
環境

情報・通信

7％

件 で ある。分 野 毎 の 内 訳 を 図 2に示 す 。公 開して いる研 究 報 告等 の 件 名 は 付 表（ 1 ）に 掲 載し

7％

社会
・
電力施設 先端的
経済
基礎研究
建設・保全

6％

うち研 究 報 告 等 2 7 0 件 、電 力 会
社 や 国 から の 受 託 報 告 が 1 6 6

3％6％

合計436件の「電力中央研究

需要家エネルギーサービス

新エネルギー

6％

化石燃料発電
電力流通

12％

原子力発電

た 。これら研 究 報 告 等 の 本 文 お

20％

よびリーフレット＊1 は 当 研 究 所のウェブ サ イトよりダウンロ ー

22％

ドできる。

図2 報告書分野別内訳＊1 本文とリーフレットの公開時期は異なる場合がある。

3

論文発表

5％

合計1,409件の研究論文を
学 会 誌 、学 術 誌 、学 会 大 会 等 にて 発 表した 。うち 、査 読 付 き 論

8％

3％

電力施設
建設・保全
情報・通信

10％

1％

8％

その他

12％

社会
・
先端的 経済基礎研究

新エネルギー環境
需要家エネルギーサービス

文は360件である。研究論文全体の分野毎の内訳を図3に示

電力流通
化石燃料発電原子力発電す。論 文 の 件 名 は 当 研 究 所ウェ
ブ サ イトの ｢ 研 究 成 果 ／ 報 告 書など｣ の 論 文 デ ータベ ー スに収録している。

10％

6％
22％
15％
図3 論文分野別内訳

94

研究年報̲P93-P97-活動実績.indd 94

14/05/28 12:03

12％

4

37％

電力会社

13％

4-1

大学

メーカ

研究協力・交流
共同研究

総計187件の共同研究を実施した。共同研究先の内訳は図4に
海外示すように大 学 が 3 7 % 、国 等 の

国等団体

21％

研究所が17%などとなっている。

17％
図4 共同研究先分類

EURATOM
NAGRA
BAM
IAEA

CEPRI

KHNP-CRI
KEPRI

EDF

KPX
SJTU

CEA

EPRI

KSGI
TPC

KERI
SwRI

NuSTA

ESKOM

図5 研究協力協定を締結している主な機関
欧州原子力共同体（EURATOM）は、欧州地区に位置する。

CSIRO

4-2

主な国際協力・交流

海外の研究機関等と共同研究、
情報交換および人的交流を進めている。図5に国際協力協定を締結している主な機関を、表1に主な国際協力・交流先を示す。

95

4.活動実績
表1

主な国際協力・交流先研究協力協定を締結している主な機関
アジア
韓国電力研究院（KEPRI)
韓国電気研究院（KERI）
韓国電力取引所（KPX）
韓国スマートグリッド事業団（KSGI）
韓国水力原子力発電会社中央研究所（KHNP-CRI）
アメリカ
米国電力研究所（EPRI）
ヨーロッパ
欧州原子力共同体（EURATOM：EU）
スイス放射性廃棄物管理組合（NAGRA）
フランス原子力庁（CEA）
オセアニア
豪州科学産業研究機構（CSIRO）
アフリカ
南アフリカ電力公社（ESKOM）

中国電力科学研究院（CEPRI）
国網電力科学研究院（SGEPRI：中国）
上海交通大学（SJTU：中国）
台湾電力公司 (TPC)
台湾核能科技協進会（NuSTA）
サウスウェスト研究所（SwRI）
フランス電力会社（EDF）
ドイツ連邦材料研究所（BAM）
国際原子力機関（IAEA）

共同研究を実施している主な機関
アジア
台湾電力総合研究所（TPRI）
原子力研究所（KAERI：韓国）
アメリカ（近隣国含む）
米国電力研究所（EPRI）
アイダホ国立研究所（INL）
米国大気研究センター（NCAR）
ヨーロッパ
フランス原子力庁（CEA）
フランス電力公社（EDF）
フランス放射性廃棄物管理公社（ANDRA）
放射線防護原子力安全研究所（IRSN：フランス）
スウェーデン核燃料廃棄物管理会社（SKB）
Studsvik Nuclear（スウェーデン）VTT フィンランド技術研究センター
ポシバ社（POSIVA：フィンランド）
チェコ放射性廃棄物貯蔵庁（RAWRA）
ブラチスラバ コメンスキー大学（スロバキア）
経済協力開発機構原子力機関（OECD/NEA）
欧州原子力共同体（EAEC/EURATOM）
その他（複数機関が関与しているもの）
モンテリコンソーシアム

韓国原子力安全技術院（KINS：韓国）
高麗大学（韓国）
米国原子力規制委員会（USNRC）
米国技術標準研究所（NIST）
米国エネルギー省（DOE）
超ウラン元素研究所（ITU：ドイツ）
ドイツ原子力サービス（GNS）
ドレスデン - ロッセンドルフ研究所（HZDR：ドイツ）
ドイツ連邦経済技術省（BMWi）
ドレスデンライプニッツ個体・材料研究所（ドイツ）
イェナフリードリッヒ・シラー大学（ドイツ）
トリノ工科大学（イタリア）
国立研究評議会（イタリア）
トウェンテ大学（オランダ）
オランダエネルギー研究機構（NRG：オランダ）
エネルギー技術研究所（IFE：ノルウェー）

ハルデン炉プロジェクト

国際機関への参加
国際原子力機関（IAEA：オーストリア）
欧州電気事業連合会（EURELECTRIC）
東アジア・西太平洋電力協会（AESIEAP）

世界原子力協会（WNA）
電力研究国際協力機構（IERE）
EMTP DCG 委員会

96

研究年報_P95-P97-活動実績.indd 96

14/05/27 14:41

5

研究発表会等

以下の研究発表会を開催した。
●研究成果報告会2013「電力安定供給を支える火力発電・流通設備の信頼性確保に向けて」
2013年5月23日（木）東京（イイノホール）●研究所公開2013年 5月26日（日）赤城試験センター
2013年10月5日（土）我孫子地区
2013年10月19日（土）横須賀地区
2013年10月27日（日）狛江地区

6

産業財産権

特許登録は140件、出願は計81件であった。特許・ノウハウの新規の実施許諾件数＊2は19件であった。

7

ソフトウェア

当研究所では著作権管理のためのソフトウェア登どの要請に応じて使用許諾を実施している。新規の録制度を設けている。また、これらのソフトウェアに登 録と使 用 許 諾は、そ れぞ れ7 4 件 および 3 1 2 件

ついては電気事業者やその他の営利企業、大学な （1,127本）
であった。

8

その他

当研究所あるいは当研究所の役職員が執筆・編集

平成7年度より本格運用を行っているインターネット

した主な出版物は7件、当研究所役職員が受けた

上 の 電 中 研 ホ ー ム ペ ー ジ を 引 き 続 き 運 用した 。

主 な 外 部 表 彰 は 5 2 件（ 延 べ 6 7 名 ）で 、そ れ ぞ れ

当「電中研World Wide Webインフォメーション

付表(2)および(3)に示す。また、当研究所の公刊サービス（http://criepi.denken.or.jp/）」で物の一覧を付表（4）に示す。

は、公開可能な研究報告の要旨、ならびに「電中研

一 般 からも 検 索 で き る 情 報 サ ー ビ スとして 、ニュース」等の広報情報を提供している。

４ 活動実績

＊2 許諾した知的財産権・ノウハウ数に基づく件数。

97

付表
（1）
研究報告等

報告書番号の区分
Y：社会経済研究所 R：システム技術研究所 L：原子力技術研究所 N：地球工学研究所
V：環境科学研究所 H：電力技術研究所 M：エネルギー技術研究所 Q：材料科学研究所■1.社会・経済分野
報告書番号

種別

報告書名

Y13001

研究報告

日本経済と電力需要の短期予測－世界経済停滞・長期金利上昇・消費税率据置のシミュレーション分析－林田

元就

Y13002

研究報告

我が国の核セキュリティ文化醸成に関する考察－ IAEA 実施指針や国内外の脅威事案の分析を通じて－

稲村

智昌

Y13004

調査報告

欧州のエネルギー事業者におけるトレーディング部門の役割

筒井美樹

Y13005

調査報告

英国における小売全面自由化後の競争評価と競争促進策の課題

澤部 まどかY13006研究報告

電灯需要の構造分析とシミュレーション－ 47 都道府県データによる実証分析－

大塚章弘

Y13007

研究報告

需要側機器による無効電力補償の経済価値分析－太陽光発電大量導入時の電圧上昇抑制対策－高木雅昭

Y13008

研究報告

電力小売自由化後の家庭の供給者変更行動と情報探索の役割－欧州および日本の家庭用需要家を対象にした調査・分析－蟻生

俊夫

Y13009

研究報告

電気自動車による地域別充電負荷の推計

田頭直人

Y13010

研究報告

家庭における 2013 年夏の節電の実態

西尾 健一郎Y13011

調査報告

米国における電力自由化後の供給力確保に関する制度の比較分析

服部徹

Y13013

調査報告

欧州における容量メカニズムの動向と課題－イギリス、フランス、ドイツの事例を中心に－

後藤

美香

Y13014

研究報告

東日本大震災後の事業所節電行動の継続状況（2013 年版）－ 3 か年のアンケート調査の比較－木村宰

Y13015

研究報告

長期の地球温暖化対策における二酸化炭素除去技術の役割

杉山

昌広

Y13017

研究報告

小売全面自由化後の家庭用需要家による規制料金と自由料金の選択要因の分析

後藤久典

Y13018

調査報告

ドイツ・イギリスの需給調整メカニズムの動向と課題－需給調整能力の確保と費用決済－

古澤健

Y13021

調査報告

電力取引における先物市場の活用

遠藤操

Y13023

研究報告

シェール革命後の北米のエネルギー需給からみた天然ガス輸出シナリオの定量的検証

星野優子

Y13024

研究報告

原子力規制体制の制度的課題とその解決策－敦賀発電所敷地内破砕帯問題－

田邉朋行

Y13025

研究報告

原子力事業と立地地域との関係再構築に向けた提案－英国事例からの示唆－

菅原慎悦

Y13027

研究報告

短期マクロ経済＝産業連関システムの構築－燃料価格上昇が日本経済・産業に与える影響の感度分析－

間瀬貴之

Y13028

研究報告

省エネ補助金の追加性と費用対効果の評価

木村宰Y13029

調査報告

ドイツにおける発送電分離の評価

後藤

美香

Y13031

調査報告

我が国の固定価格買取制度に関する費用負担見通しとその抑制策の検討

朝野賢司－日中の充電行動を考慮して－－米国 PJM の事例－

－ NEDO 補助事業の事例分析－－事業者の対応と課題－

主報告者氏名98

研究年報_P98-P109.indd 98

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■2.環境分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名V13001

研究報告

森林からの土壌流出予測における EUROSEM の適用性の検討

池田英史

V13003

研究報告

水温上昇による付着生物生息分布の変化

立田穣

V13004

研究報告

計画段階環境配慮書における動植物重要種の影響評価手法の開発－発電所アセスメントデータを活用した重要種の生息・生育可能性の推定－阿部聖哉

V13005

調査報告

貯水池・河川・感潮域における微細粒子の挙動に関する調査報告鈴木準平

V13008

研究報告

樹木の枝・葉における放射性セシウム濃度の経年変化（2011 ～ 2013）

吉原利一

V13009

研究報告

放射性物質の分布評価のための北太平洋モデルの開発

坪野考樹

V13010研究報告

中間周波磁界の生物影響評価

西村泉

V13013

調査報告

IPCC 第 1 作業部会の第 5 次評価報告書の要点と地球温暖化緩和策への示唆

筒井純一

V13014

研究報告

脱硫石膏フッ素溶出量の簡易迅速定量法の開発（その 1）－石膏溶出操作の迅速化と分析の簡易化検討－

安池

慎治

V13015

研究報告

脱硫石膏フッ素溶出量の簡易迅速定量法の開発（その 2）－湿式ボールミルを用いた迅速溶出法の適用と評価－

安池

慎治

V13017

研究報告

海洋酸性化に対する生物応答の解明（その３）－複数種の植物プランクトン単離株による培養実験－

芳村

毅

V13018

研究報告

海洋酸性化に対する生物応答の解明（その４）－複数地点の外洋域プランクトン群集による培養実験－

芳村

毅

V13019

調査報告

ミズクラゲの個体数変動機構と発生量予測手法に関する文献調査鈴木 健太郎V13020

研究報告

火力発電所用大気アセスメント支援ツールの開発佐藤歩

V13021

研究報告

日本における CCS 付き石炭火力発電のライフサイクルアセスメント（その２）－太陽光発電、地熱発電との環境影響比較評価－

湯龍龍

V13022

研究報告

発電技術に対する社会的受容性の現状と課題

窪田 ひろみV13023

研究報告

エネルギー分散型蛍光 X 線分析装置を用いた石炭灰中セレン、ヒ素、クロムの簡易・迅速定量

正木浩幸

Y13020

調査報告

ハイブリッドアプローチに基づく 2020 年以降の温暖化対策の国際枠組み－ 2013 年の交渉動向と 2015 年の合意期限に向けた課題－

上野貴弘－現場分布調査と文献情報による検討－－北太平洋中層水形成の再現性向上ー－ラットを用いた 20 kHz 磁界の亜慢性毒性評価－－ CCS と地熱発電を事例とした意識調査－■3.需要家エネルギーサービス分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名Q13006

研究報告

擬似参照極手法による市販リチウムイオン電池の劣化要因分析

庄野久実

R13004

研究報告

低圧需要家から発生する高調波電流特性

雪平

謙二

R13015

研究報告

業務用電化厨房にふさわしい換気設計手法に関する研究（その 6）－連続フードにおける必要換気量の低減可能性－

岩松俊哉

R13016

研究報告

家庭用エアコンの熱源特性モデルの開発

上野

剛

R13026

研究報告

家庭用エアコン選定支援ツールの開発 －その 1 プロトタイプの構築－

安岡絢子

R13028

研究報告

需要家の第 5 次高調波電流特性を用いた高調波状態推定法

岡田有功

V13002

調査報告

電気事業における植物工場への支援方法に関する調査研究

庄子

和博

Y13016

研究報告

デマンドレスポンス通知に対する受信者の確認時間計測ツール

山口順之

Y13019

調査報告

欧米のスマートグリッドの費用便益分析手法とわが国への適用に向けた課題

河村清紀

Y13022

調査報告

欧州におけるスマートメーターの費用便益分析

服部徹

Y13030

調査報告

再生可能エネルギー電源大量連系に対応するアンシラリーサービス型デマンドレスポンスの導入可能性の検討高橋雅仁－関東都市部における冬ピーク期の分析結果－－その 5：非定常状態への適用－－植物工場技術の国内開発動向－－分析上の課題を踏まえた結果の評価－

99

研究年報_P98-P109.indd 99

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■4.電力流通分野
報告書番号

種別

報告書名

H13001

研究報告

交流アークによる ACSR 素線溶断特性の計算手法の開発

岩田幹正

H13003

研究報告

開閉インパルス高電圧標準計測システムの構築

宮嵜悟

H13005

研究報告

電力系統瞬時値解析プログラムの開発（その７）－回路部品の内部状態更新処理の並列化による XTAP の高速化－

米澤

力道

H13007

研究報告

瞬時値解析による配電系統の動的電圧解析手法（その１）－配電用変電所および SVR のモデル化－

長嶋友宏

H13008

研究報告

送電線雷事故率の予測精度向上に関する研究（その２）－２並列アークホーンの同時フラッシオーバ特性におけるギャップ長依存性－田中大樹

H13009

研究報告

FDTD 法に基づくサージ解析プログラム（VSTL REV）の高速化とその鉄筋コンクリート造建
築物の雷サージ解析への適用

立松明芳

H13010

研究報告

電力系統瞬時値解析プログラムの開発（その８）－遠方系統の単相実効値模擬による解析高速化－野田琢H13011

研究報告

受配電盤内のアーク故障を想定した圧力上昇シミュレーション手法の開発

岩田幹正

H13012

研究報告

東京スカイツリーにおける雷観測－雷電流波形観測システムの構築と 2012 年～ 2013 年の観測結果－

三木

貫

H13013

研究報告

ガス絶縁機器用 O リングのシール性能に基づく寿命評価手法の開発－ O リングの実用的な圧縮永久ひずみ率推定手法－

水谷

嘉伸

H13014

研究報告

OF ケーブル油浸紙－絶縁油複合絶縁系の部分放電基礎特性

岩下雄宇

N13004

研究報告

領域気候モデルを用いた過去 53 年間の気象・気候再現

橋本篤

R13002

研究報告

油中ガス分析による OF ケーブル接続部の異常判定手法－サポートベクターマシンを活用した判定基準の提案－

篠原

靖志

R13013

研究報告

再生可能エネルギー大量導入に対応した需給運用シミュレータ－需給運用計画策定機能のプロトタイプ開発－

渡邊勇

R13017

研究報告

洋上風力発電を対象とした直流昇圧方式による直流送電システムの制御法

佐野 憲一朗R13019

研究報告

PV 用 PCS の無効電力制御による SVC 容量低減効果のシミュレーション評価

八太

啓行

R13021

研究報告

電力流通設備の保守・更新計画調整プログラムの改良－多面的評価機能の組み込みによる実用性の向上－

竹原有紗

R13022

研究報告

需要家機器による太陽光発電余剰電力有効利用手法の改良－当日の計画補正機能の追加と検証－

大嶺 英太郎R13024

研究報告

STATCOM による配電線の電圧不平衡是正制御方式の開発

上村

敏

R13025

研究報告

二次送電系統事故時の単独運転検出特性－中性点接地方式と地絡事故後の遮断器開放時間等を考慮した評価－

上村

敏

R13027

研究報告

高速な瞬時値解析を可能とするモジュラーマルチレベル変換器モデルの開発

菊間俊明－測定の不確かさ評価－

主報告者氏名■5.原子力発電分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名H13002

研究報告

原子力発電所格納容器内より採取された安全系ケーブル絶縁体の統計的機械特性経年変化解析

布施則一

H13004

研究報告

レーザーを用いたキャニスタ付着塩分計測技術の開発－使用済燃料貯蔵中での適用に向けた狭隘部における遠隔計測－

江藤修三

L13001

調査報告

安全行動促進に向けた安全ルール導入方策に関する検討－作業者の立場に立った安全ルール導入の基本的考え方－

弘津祐子

L13002

研究報告

再処理工場で発生する不溶解残渣の高温反応

宇佐見

剛

L13003

調査報告

放射線防護基準の進展に関与する国際組織の動向

佐々木 道也100

研究年報_P98-P109.indd 100

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報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名L13004

研究報告

安全行動促進に向けた安全ルール導入方策に関する検討（その 2）－作業条件が安全行動選択に至る心理プロセスへ及ぼす影響の調査－

武田大介

N13005

研究報告

Ca 型ベントナイト混合土の透水試験方法（その１）－室内締固め供試体に対する剛性容器を用いた方法－

渡邊

保貴

N13008

研究報告

キャニスタの長期密封性能評価手法の開発（その１）－ヘリウム漏えい検知のための解析手法の基礎的検討－

竹田浩文

N13009

調査報告

処分場を構成する各部位に適用するセメント種類の選定に向けた検討 －各部位の要求特性の抽出と状態変遷の推定に基づく重要度の検討（電中研－ NUMO 共同研究）－山本武志

N13010

研究報告

火災モデル FDS による大規模区画内火災解析（その 3）－液体可燃物の熱分解速度・壁面熱伝達の精度評価－

須藤仁

N13011

研究報告

飽和した Ca 型ベントナイト混合土のガス移行特性評価

田中幸久

N13014

研究報告

竜巻飛来物に対する防護ネットの評価手法と対策工法の提案

南波宏介

Q13002

研究報告

欠陥評価に用いる応力拡大係数解の適用性検討

三浦直樹

Q13003

研究報告

溶質原子クラスター形成による原子炉圧力容器鋼の照射脆化機構の計算科学的検討－三元系鉄合金（FeCuMn, FeSiMn, FeNiMn）の転位芯構造と剛性率－

大沼敏治

Q13008

研究報告

すきま付定ひずみ曲げ試験における低炭素ステンレス鋼の応力腐食割れ深さの基本分布

宮原勇一

Q13009

研究報告

高い安全性を有する SN 材の高温強度特性の評価

三浦直樹

L13006

研究報告

MAAP5.01 及び MELCOR2.1 を用いた軽水炉代表プラントの過酷事故解析－ BWR-5/Mark-II 改良型プラントの全交流電源喪失解析の比較－

西村

聡

L13005

研究報告

事故耐性の高い軽水炉用制御棒概念の構築太田宏一■6.化石燃料発電分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名M13001

研究報告

アドバンスト高湿分空気利用ガスタービン（AHAT）システムの研究開発－第 3 報 40MW 級総合試験装置による重構造ガスタービンを用いたシステムの成立性検証と特性解析－

高橋徹

M13005

研究報告

3t/ 日石炭ガス化研究炉を用いた CO2 富化ガス化特性の評価－リダクタ部ガス化反応に及ぼす CO2 投入の影響

濱田博之

M13006

調査報告

石炭ガス化スラグの海域環境改善資材への活用に向けた調査－深掘り跡埋め戻し資材としての評価－

沖裕壮

M13007

研究報告

ガスタービン用遮熱コーティングを対象としたはく離の非破壊検出手法の開発（第 2 報）
－適正な加熱条件に関する検討－

尾関高行

M13008

調査報告

ガスタービン用吸気フィルタの保守管理の実態調査

藤井智晴

Q13001

研究報告

Ni 基合金 Alloy 617 の母材および溶接継手の高温引張および疲労特性評価

張

聖徳

101

研究年報_P98-P109.indd 101

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■7.新エネルギー分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名M13002

研究報告

SOFC 負荷応答モデルの提案

森田寛

M13003

研究報告

既存 GTCC の SOFC によるリパワリング時の性能

吉葉史彦

M13009

調査報告

FIT 導入に伴う国内バイオマス発電設備の動向と石炭火力混焼発電への影響調査

多喜真之

N13003

研究報告

太陽光発電出力予測のための衛星画像データを用いた日射量推定・予測モデルの開発

橋本篤

N13013

研究報告

太陽光発電のための日射量予測手法の開発（その２） －予測誤差の分析と精度改善法の検討－

田村英寿

Q13005

研究報告

太陽光発電出力把握の実運用に向けた基礎分析－日射変動からの天気分類の提案と日照時間による日射量推定法の論理的説明－

宇佐美章

R13018

研究報告

PCS を用いた太陽電池モジュールの故障判定（その 2）－ PV 用 PCS を用いた I-V 計測による判定法の実証－

八太啓行

V13006

調査報告

二酸化炭素変換に関わる触媒技術の動向

亘理

龍

V13011

研究報告

ジャトロファ燃料油のディーゼルエンジンへの適用性評価（その２）－ジャトロファ混合燃料のエンジン性能と排ガス特性－土屋

陽子

V13012

研究報告

廃棄物系バイオマスによるバイオガス発電の発電能力の評価

渡邉淳

Y13003

研究報告

油中脱水にて乾燥した褐炭の発電所炉前コストの分析－日本の発電事業における褐炭利用可能性の基礎検討－

坂東茂

Y13012

調査報告

世界の褐炭の需給動向とインドネシア・豪州の炭鉱別資源量等に関する調査

井内正直■8.情報・通信分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名R13001

研究報告

長距離マルチホップ無線 LAN による災害復旧支援通信システムの基礎検討

萩生田 研一R13003

研究報告

国内の変電所監視制御システムに対する IEC 61850 の適用－共通化を指向した機能仕様に基づく監視制御装置の試作と評価－

大谷哲夫

R13005

研究報告

設備保全フィールドセンサネットワークの構成手法（その３）－無線センサノードの位置推定に関する基礎検討－

宮下充史

R13006

研究報告

集合住宅におけるスマートメータ通信のための電波伝搬損失推定手法の基礎検討

三上

満

R13007

研究報告

遠隔光給電を用いた多点光センサシステムの基礎検討－実用化に向けた光ノード構成の改良と耐温度性能の評価－

小川理

R13008

研究報告

光ファイバを活用したマイクロ波無線設備の耐雷性能向上（その 2）－無線送受信系に光電波融合技術を用いた通信品質特性の評価－

池田研介

R13009

研究報告

災害復旧時の利用を想定した長距離マルチホップ無線 LAN の基礎特性評価

萩生田 研一R13010

調査報告

配電系統・需要家エリアの電力用通信プラットフォームに対する要件整理とプロトコル選択

大谷哲夫

R13011

研究報告

変電所設備保全用無線センサネットワークの管理方法の提案と基礎評価

遊佐博幸

R13012

研究報告

汎用・標準技術に基づく広域系統監視・保護制御システムのアーキテクチャと電力系統シミュ
レータでの検証芹澤

善積

R13014

研究報告

スマートメータ用電波伝搬エリア設計支援ツールの開発

土屋弘昌

R13020

研究報告

変電所設備保全センサネットワークの構成手法－無線とプラグアンドプレイ機能によるプロトタイプの構築と基礎評価－

黒野正裕

R13023

研究報告

広域電力系統の高速制御ネットワークの大規模・高信頼化方式の開発－IEEE 1588 による時刻同期網の大規模化・高信頼化手法とその検証

藤川

冬樹

102

研究年報_P98-P109.indd 102

14/05/23 17:48

■9.電力施設建設・保全分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名N13001

研究報告

電中研気象予測・解析システム NuWFAS の超高解像度化 による暴風シミュレーション（その 1）
服部－実気象場を対象とした再現性評価－

N13002

研究報告

コンクリート中の塩化物イオン実効拡散係数の材齢依存性とその簡易評価方法の提案

松井N13006

研究報告

緩慢に変位する岩盤斜面の安定性評価手法の開発（その１）－ FBG 光ファイバセンサを用いた斜面の計測方法の開発－

小早川 博亮N13007

研究報告

物理探査・室内試験に基づく 2004 年留萌支庁南部の地震による K-NET 港町観測点 (HKD020)の基盤地震動とサイト特性評価

佐藤浩章

N13012

研究報告

数値流体解析に基づく地上設置型太陽光パネル群の風荷重特性の評価

村上

貴裕

N21

総合報告

有限要素解析を用いた重力式コンクリートダムの耐震性能照査マニュアル

西内

達雄

N22

総合報告

有限要素法を用いたダムゲートの耐震解析マニュアル

山本広祐

Q13007

研究報告

送電鉄塔用鋼管内腐食に及ぼす影響因子の検討－第 1 報：地面に対する鋼管の設置角度および気象の影響－

長沼淳

V13007

研究報告

土砂動態を把握するための水質観測システムの構築と試験運用

鈴木準平

V13016

研究報告

風洞実験による街区内の風速低減効果の把握

道岡

武信

康男
淳

■10.先端的基礎研究分野
報告書番号

種別

報告書名

主報告者氏名H13006

研究報告

後方散乱γ線のエネルギー分布特性に着目した非破壊検査手法の提案－２回散乱γ線を用いた配管減肉検知－

大石祐嗣

M13004

研究報告

XAFS 法による微量な水銀の化学形態分析法

山本融

Q13004

研究報告

常圧アンモニア電解合成法の高収率化に向けた要素技術開発－ H- 共存下での NH3 溶解機構－

芹澤

信幸

103

研究年報_P98-P109.indd 103

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付表（2）
主要な出版物 −当所役職員が出版もしくは協力した書籍−
書名

編・著者

太陽電池技術ハンドブック

小長井植田

専門家が答える暮らしの放射線 Q&A

日本保健物理学会「暮らしの放射線Q&A 活動委員会」

自由研究ヒント BOOK 2013

吉光

改訂

電気学会
マグネティックス
技術委員会編中園
山崎「エネルギー学」への招待－持続可能な発展に向けて

内山山本

越境大気汚染の物理と化学

藤田 慎一
三浦 和彦
大河内 博
速水
洋
松田 和秀
櫻井 達也

磁気工学の基礎と応用

誠
譲

当所協力

司

洋司

共編

出版年月

小林
山下

広武
光司

（株）オーム社

2013 年 5 月

荻野晴之（株）朝日出版社

2013 年 7 月（一社）日本電気協会新聞部

2013 年 7 月

聡健一（株）コロナ社

2013 年 10 月

博巳（株）コロナ社

2014 年 2 月（株）成山堂書店

2014 年 3 月

監修

編著

出版社

共著

104

研究年報_P98-P109.indd 104

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付表（3）
主要な外部表彰
表彰を受けた団体名

賞の名称受賞した論文名（または受賞理由）

当所研究関係者

The Japan Society
for Analytical
Chemistry

Hot Article Award

Pretreatment Method for Immunoassay of
Polychlorinated Biphenyls in Transformer Oil Using
Multilayer Capillary Column and Microfluidic
Li q u i d - Li q u i d Pa r ti ti o n i n g

電気学会

電気学術振興賞（論文賞）

監視制御通信におけるシーケンスを考慮した侵入検知

木内

舞

土木学会

第 59 回構造工学シンポジウム
論文賞

モード重ね合わせ法を用いた送電線のギャロッピングの時刻
歴応答解析

松宮
西原
雪野

央登
崇
昭寛

セルロース学会

平成 24 年度技術賞

セ ル ロ ー ス フ ィ ル タ ー を 利 用 し た 高 感 度・ 高 精 度 な PCB
バイオセンサーの開発

大村 直也
佐々木 和裕日本塗装技術協会

塗装工学編集委員長賞

テラヘルツ波を用いたガスタービン用遮熱コーティングの非破壊検査技術

福地
布施
岡田
藤井

哲生
則一
満利
智晴

日本風工学会

出版賞

Sea Breeze Blowing into Urban Areas: Mitigation of the
Urban Heat Island Phenomenon

速水洋

電力土木技術協会

高橋賞

配電設備の台風被害予測手法の提案とシステム化

石川 智已
朱牟田 善治

電気学会

電気学術振興賞

著作賞

高電界現象論

岡本

達希

電気学会

電気学術振興賞

進歩賞

配電系統に連系された電源の運転状態推定手法の開発

浅利
中野

真宏
幸夫

論文賞

テラヘルツ波の反射測定による遮熱コーティングのトップ
コート屈折率・膜厚測定

福地
布施
岡田
藤井

哲生
則一
満利
智晴

基礎と応用

青田

新

電気学会

電気学術振興賞

物理探査学会

創立 65 周年記念式典
功労者表彰

永年の学会運営、発展の功績

海江田 秀志

日本溶接協会

貢献賞

原子力研究委員会での原子力技術の安全性と信頼性の向上への貢献

高橋 由紀夫

土木学会

土木学会論文奨励賞

土壌中の化学成分を用いた津波浸水域の調査方法

吉井

匠

土木学会

土木学会論文奨励賞

着氷時の 4 導体送電線のギャロッピング観測結果とその発現条件の考察

松宮央登

The 14th
International
Conference on
Intergranular
and Interphase
Boundaries inMaterials

Jany Thibault-Pénisson
Award (Best poster award)

Atomistic simulation of grain boundary sliding at
Yttrium segregated α-Al2O3

中村馨

Marquis Who's
Who

Who's Who in the World

Innovative Ultra Rapid Cooling and Atomizing Process
Utilizing Vapor Explosion and Production of New
Functional Powders

古谷正裕

エンジニアリング協会

創立 35 周年記念協会功労者表彰
協会事業運営への貢献
協会功労

電気学会

優秀論文発表賞

大規模疎行列求解アルゴリズムの改良による瞬時値解析の高速化

米澤

力道

環境科学会

論文賞

東京都狛江市における降水組成の経年変化

藤田
高橋

慎一
章

電気学会

電気学会 電子・情報・システム
企画セッション「システムのモデリングとシミュレーション」
部門大会 企画賞

松井

正一

電気学会

電気学会

第一原理計算と進化アルゴリズムによる結晶構造予測中村馨

日本セラミックス協会 感謝状[ セッション ] エネルギー変換・貯蔵セラミックス材料・デバ
イスの新展開の企画・運営

森昌史

日本セラミックス協会 感謝状[ 合同セッション ] 先進エネルギートランスデューサ技術の
企画・運営

森

昌史

白﨑

圭亮

電気学会

優秀論文発表賞

平成 25 年電気学会全国大会優秀 PV 大量導入が系統事故時の基幹系統に与える基本的な影響に
論文発表賞関する実験的検証

海江田 秀志105

研究年報_P98-P109.indd 105

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表彰を受けた団体名

賞の名称受賞した論文名（または受賞理由）

当所研究関係者

日本分析化学会

奨励賞

マイクロ多相流の基盤技術開発と分析化学的応用

青田

新

電気学会

優秀論文発表賞

直流事故電流を抑制可能な自励式直流送電システムの制御保護方式

菊間俊明

情報処理学会
CDS 研究会

情報処理学会 CDS 研究会優秀
論文賞

非常災害時における宅内自立動作時の HEMS 制御技術

浅利真宏

Radiation Research
Michael Fry Research Award
Society

Michael Fry Research Award浜田信行

日本金属学会

第 19 回若手講演論文賞

Energetic Stability and Thermoelectric Property ofAlkali-Metal-Encapsulated Type-I Silicon Clathrate fromFirst-Principles Calculation

中村

馨

土木学会

平成 25 年度地球環境優秀講演賞

福島第一原子力発電所事故によって海洋に放出された放射性セシウムの総量と挙動

津旨
坪野

大輔
考樹

大気環境学会

論文賞（学術部門）

感度解析手法 HDDM の東アジアスケールのソース・リセプ
ター解析への応用

板橋秀一

FAN シンポジウム
運営委員会

ベストプレゼンテーション賞・
和田賞

ヒートポンプ式給湯機と電力貯蔵装置を用いた太陽光発電余剰電力活用手法大嶺 英太郎火力原子力発電技術協会

平成 25 年度論文賞

高クロム鋼長手溶接部のクリープ寿命評価法の開発と検証

屋口
酒井

正次
高行

Fuel Cell Seminar & Honorable Mention 2013
Energy Exposition
Poster Presentation

Development of SOFC performance evaluation
technology(5)吉川将洋

日本原子力学会
関東・甲越支部

第 12 回若手研究者発表討論会
奨励賞

Quantitative evaluation of the bentonite/hyperalkalinefluids interaction in the radioactive waste disposal
system by X-ray CT and geochemical modeling

中林亮

日本原子力学会
関東・甲越支部

第 12 回若手研究者発表討論会
奨励賞

不確実性解析に向けた臨界計算における代用モデルの検討

曽我

昇太

土木学会

第 68 回年次学術講演会優秀
講演者表彰

水平載荷を受ける鉄筋コンクリート製ボックスカルバートの
崩壊挙動

宮川

義範

土木学会

第 68 回年次学術講演会優秀
講演者表彰

濁水に対する河川底生昆虫のストレス応答

鈴木準平

日本鋼構造協会

経年劣化した水圧鉄管の当て板補修対策の解析的評価に関する
鋼構造シンポジウム 2013
アカデミーセッション 優秀発表賞 検討

佐藤

雄亮

土木学会

海岸工学論文奨励賞

太田

一行

土木学会

第 50 回環境工学研究フォーラム 水族館の生物ろ過槽に組み込み可能な脱窒装置の開発
環境技術・プロジェクト賞－葛西臨海水族園における長期実証試験－

植本弘明

日本大学理工学部

平成 25 年度学会・協会賞「Development of SOFC performance evaluation
technology」等

吉川将洋

日本機械学会20 周年記念特別貢献賞

関東支部神奈川ブロックの幹事としての活動渡辺和徳

電気科学技術奨励会

電気科学技術奨励賞

広帯域大型ロゴスキーコイルによる風車への雷撃電流観測手法
の開発

浅川
三木

聡
恵

地盤工学会

第 48 回地盤工学研究発表会
優秀論文発表者賞

軟岩のせん断破壊後の変形特性に関する繰返し三軸試験

石丸真

日本活断層学会

論文賞

糸魚川－静岡構造線活断層系神城断層における地中レーダー探査木村治夫

日本燃焼学会

日本燃焼学会

論文賞

Effects of fuel droplet size on soot formation in spray
flames formed in a laminar counterflow

渡邊裕章

日本燃焼学会

日本燃焼学会

奨励賞

微粉炭燃焼場におけるレーザ計測と数値シミュレーションの高度化に関する研究

橋本

望

土木学会

第 42 回岩盤力学に関するシンポジウム 優秀ポスター賞

高レベル放射性廃棄物処分場の熱－水－応力長期相互作用を考慮した遠心力模型実験

西本壮志

水晶体研究会第 40 回水晶体研究会
セッション優秀賞

放射線白内障のモデル解析

藤通有希

電気学会 電子・
情報・システム部門

平成 25 年 電子・情報・システム ヒートポンプ式給湯機と電力貯蔵装置を用いた太陽光発電余剰
部門 技術委員会奨励賞
電力活用手法大嶺 英太郎放射線影響協会

平成 25 年度放射線影響研究奨励賞 Ｘ線マイクロビームを用いた放射線誘発バイスタンダー応答の機構解明

冨田

任意の流速・浸水深を有する津波氾濫流の再現実験手法

雅典

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付表（4）
公刊物等一覧
〜より詳しい情報をお求めの方に〜
名称／内容

様式

電力中央研究所報告
研究の成果等を公表する報告書

A4, 約 20 ～ 40p

電中研報告リーフレット
電力中央研究所報告の内容要旨を速報的に紹介

A4, 2p

約 1MB

刊行時期
白黒

随時

白黒／カラー

随時

知的財産報告書
知的財産の特徴や活用、技術移転の考え方や実績等を紹介

A4, 約 40p

約 3MB

総カラー

年1回

社会経済研究（学術論文誌）
社会経済分野における所内外の最新の研究成果を紹介

A4, 約 100p

約 3MB

白黒

年1回

約 1MB

総カラー

随時

約 1 ～ 10MB

総カラー

随時

▶ http://criepi.denken.or.jp/result/pub/
電中研ニュース
インパクトのある最新の個別研究成果を、タイムリーに写真・図版を交えて分かりやすく紹介

B5, 4p▶ http://criepi.denken.or.jp/research/news/
研究紹介パンフレット
個別の研究活動を詳しく紹介

B5, A4▶ http://criepi.denken.or.jp/research/pamphlet/
電中研紹介パンフレット
各所・地区等の概要・活動を紹介

A4, 約 10 ～ 20p

約 2 ～ 6MB

総カラー

随時

A4, 約 50 ～ 150p

約 5 ～ 40MB

総カラー

随時

約 15MB

総カラー

隔月刊行▶ http://criepi.denken.or.jp/intro/pamphlet/
電中研レビュー
主要課題に関わる複数の研究成果を総合的かつ体系的に取りまとめ、研究の「流れ」として当該研究の全体像を紹介▶ http://criepi.denken.or.jp/research/review/
電中研 TOPICS
さまざまなテーマを切り口として、所内各研究所の関係する研究活動・成果の現況を総合的に取りまとめ課題（テーマ）ごとに紹介

A4, 約 15 ～ 20p▶ http://criepi.denken.or.jp/research/topics/
事業計画書・収支予算書
次年度の研究計画・業務計画と予算書

A4, 約 20p

約 400KB

白黒

毎年 3 月

事業報告書・収支決算書
前年度の研究成果・業務報告と決算書

A4, 約 40p

約 700KB

白黒

毎年 6 月▶ http://criepi.denken.or.jp/intro/info/

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電力中央研究所
大手町地区

・本部
・社会経済研究所

所在地一覧〒100-8126 東京都千代田区大手町1-6-1
TEL 03-3201-6601

狛江地区〒201-8511 東京都狛江市岩戸北2-11-1
・知的財産センター
TEL 03-3480-2111
・システム技術研究所
・原子力技術研究所
放射線安全研究センター
ヒューマンファクター研究センター
・狛江運営センター
・業務支援センター

我孫子地区〒270-1194 千葉県我孫子市我孫子1646
TEL 04-7182-1181

・地球工学研究所
バックエンド研究センター
・環境科学研究所
・我孫子運営センター

横須賀地区〒240-0196 神奈川県横須賀市長坂2-6-1
TEL 046-856-2121

・電力技術研究所
大電力試験所・エネルギー技術研究所
・材料科学研究所
PD センター・横須賀運営センター

赤城試験センター〒371-0241 群馬県前橋市苗ケ島町2567
TEL 027-283-2721

塩原実験場〒329-2801 栃木県那須塩原市関谷1033
TEL 0287-35-2048

塩原実験場

赤城試験センター

我孫子地区
狛江地区

大手町地区

横須賀地区

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2014 年 6 月発行

ISBN978-4-7983-1263-7