Inspection of the energy-saving performance of RIKEN SACLA utility
Tobinaga Takashi A), Uenishi Masahiko A),Sekiguchi YoshihiroB)A) SPring-8 service Co.,Ltd.
1-20-5 Kohto, Shingucho, Tatsunoshi, Hyogo 679-5165
B) RIKEN
2-1,Hirosawa,Wako-shi,Saitama,351-0198

Abstract
SACLA uses mass energy.As well as the main machine, We need energy to cool it.Therefore the energy-saving drivingof the utility is important, too. We want to reduce energy to cool an accelerator.Therefore we want to operate arefrigerator in high efficiency.We measured the use situation of the electricity in June.And I calculated COP of therefrigerator.As a result, the possibility that could operate a freezer in more than COP10 are made.

理研 SACLA ユーティリティの省エネルギー性の検証
1. はじめに

2. 電力の使用状況

SACLA のような大規模実験施設において、省エ６月は放射光利用実験が行われるユーザータイム
ネルギーに配慮した運用は必須な状況となっている。 と、加速器・ビームライン・実験装置等の調整や確マシン本体の省エネルギー性はもちろん、それを支 認を行う利用調整時間であったため、SACLA の加える電源、冷却、空調などのユーティリティ設備に 速器はほぼ常時定常的に運転された。
対しても、省エネルギー性が求められている。
SACLA は冷熱源に高効率な水冷式インバータター 2.1 最大電力の状況
SACLA は 加 速 器 棟 、 光 源 棟 、 実 験 研 究 棟 、ボ冷凍機を採用するなど、高い省エネルギー性能をXFEL-SPring-8 相互利用実験施設（以下「相互利用発揮するよう設計、建設された。
SACLA は、マシン交流電源、装置冷却水設備、 実験施設」という。）の 4 施設から構成されている。
空調設備等は建設工事の中で一体的に建設した[1]た 測定収集装置の設置上の制約から、SACLA 全体とめ、それらのエネルギー計測は施設管理側で一体的 加速器棟、その他すなわち、光源棟と実験研究棟、相互利用実験施設を総和したものとで最大電力（60に行うことができる。
本年 6 月、SACLA は 10pps 運転にて 1 ヶ月連続 分平均値での最大値）の比較を実施した。その結果で運転した。6 月の計測結果を元に、省エネルギー を図 1 に示す。各日における最大電力を縦軸とした。
月間最大電力は 6 月 18 日（月）に記録しており、性能の検証を行った。
その数値は SACLA 全体で 4,490kW、加速器棟が3,600kW、その他が 940kW であった（数値の合計が整合しないのは計測器の誤差による）。最大電力は、加速器が収容されている加速器棟が SACLA 全体の約 80％を占めていることがわかる。

図 1：平成２４年６月の日最大電力- 818 -

2.2

電力量の状況

2.4

SACLA には、加速器棟に 4 カ所、光源棟に 1 カ所、実験研究棟に 1 カ所、相互利用実験施設に 1 カ所、合計 7 カ所の二次変電所（6.6kV から 400V、200V、100V に降圧する施設）が設置されており、それぞれの変圧器ごとに電力量計が取り付けられている。二次変電所のすべての変圧器の容量を合算すると 21,250kVA となることから、変圧器自身での損失も考慮する必要が生じる。その対策や電源系統毎の細やかな使用電力量管理を可能とするために、積算電力量計は変圧器の 2 次側に装備されている。また、実験系負荷、一般系負荷に区分して変圧器を設置しているため、用途ごとの管理も可能となっている。これらの積算電力量計からのデータを集計したものを表 1 に示す。

系統・電圧種別による使用電力量割合

各二次変電所からは、加速器本体や実験設備の電源となる実験系統、装置冷却設備や空調設備、給排水衛生設備、照明・コンセント設備の電源となる建屋系統へと給電されている。さらに、建屋系統には一般系統と、停電が発生した場合に非常用発電機により給電する非常用保安系統がある。また、電圧種別には 3Φ400V、3Φ200V、1Φ3 線式 100/200V がある。
配電系統と電圧種別で分類した結果を図 3 に示す。
使用電力量が多い順に示すと、全体の使用電力量に対して、実験系 3Φ200V が 37％、建屋系 3Φ200V（ ほ ぼ空調やポンプ動力）が 25％、建屋系 3Φ400V（ほぼターボ冷凍機動力）が 16％の順であった。
変圧器設備容量が最大の 6,000kVA を有する実験系 3 相 400V の使用電力量が 11％と低いのは、このときの加速器設備運転が定格フル出力運転(60pps)ではなく 10PPS 運転であったためである。

表 1：平成２４年６月の使用電力量の状況
2.3

各施設での使用電力量割合

全体の月間使用電力量である 2,937,755kWh に対して各施設の割合は、加速器棟が 80％、光源棟が7％、実験研究棟が 9％、相互利用実験施設が 4％であった。加速器棟の最大電力と使用電力量とが、ともに 80％程度となることから、電力の使用形態が日時や加速器の運転状況にあまり関係なく平坦であることがわかる。

図 3：系統・電圧種別による平成２４年６月の使用電力割合
実験系の使用電力量が 54%に対して、建屋系の使用電力量は 46%となっている。加速器がフル出力運転した場合、実験系 3Φ400V の使用電力が増加し、それに伴って冷却のためターボ冷凍機動力、すなわち建屋系 3Φ400V の使用電力が増加すると予想される。しかしながら、その他の使用電力量は加速器の出力によらずほぼ一定と思われる。加速器がフル出力した場合は、建屋系使用電力はさらに少ない割合となることが予想される。

３．高効率ターボ冷凍機のＣＯＰ計測
図 2：各施設での平成２４年６月の使用電力量割合

SACLA においては 700Rt（冷却能力 2450kW）の水冷式インバータターボ冷凍機が 3 台設置されている。冷熱負荷に応じ 3 台の冷凍機を手動にて台数制御する。この冷凍機で、空調および装置冷却水両方に冷水を供給している。インバータターボ冷凍機は- 819 -負荷追従性が良好で、高効率な運転が可能である。 部分負荷運転となった。凝縮器冷却水温度はいずれコンプレッサモータをインバータ制御することによ も 23.0℃前後でのデータである。
り、圧縮比を変えることができるため、製造冷水温冷凍機のカタログデータによると、冷却水温度度を上げられる場合や、冷却水温度が低くできる冬 32.0℃、冷水温度 9.0℃の時、全負荷時の COP は季や中間季に、また部分負荷運転時に高効率となる。 6.34 となっている。6 月の平均 COP は RT-L-01 は
冷 凍 機 の 省 エ ネ 性 評 価 に 用 い ら れ る 指 標 が 10.27、RT-L-03 は 7.86 と COP カタログ値 6.34 を上「COP；Coefficient Of Performance/成績係数とも言 まっていることが確認できた。これは冷却水温度をう」である。COP は、製造冷水熱量をそれに要した 低く、冷水温度が高くできたためである。
冬季、中間季にはさらに冷却水温度を下げることコンプレッサの電力量で除して求められる。すなわ
ち、COP の数値が高いほど省エネ性も高いと言える。 が可能となるので、COP 値はさらに向上することが期待される。計画時、冷凍機 3 台の総合 COP は3.1 1 次冷水温度の変更
10.00 以上を目標としたが、現状の 10pps 運転にお当初、ターボ冷凍機の製造する 1 次冷水の温度はいても目標以上の省エネ性能を発揮できると期待し9℃となるように設定していた。装置冷却水設備は、ている。
ターボ冷凍機で製造した 1 次冷水を 2 次純水系と熱交換して、±0.1℃に温調された後マシンへと送水している。温度制御は、プレート式熱交換器出口に設置されている 1 次冷水の比例制御弁で行う。温度制御を安定させるには、比例制御弁開度を 10°以上とし、CV 値（弁容量）の変化を緩やかにする事が必要である。ところが SACLA は現状 10pps で運転されているため、発熱が小さく、装置冷却水負荷も低い。装置冷却水設備は全出力運転（60pps）に適合するよう設計されたため、10pps 運転の時の比例制御弁開度が 10°未満となってしまい、冷却水温度が安定しない状況だった[2]。
これを解決するために、１次冷水の温度を上げることを検討した。1 次冷水と 2 次冷却水の温度差が小さくなるため、比例制御弁開度が大きくなり、安定域となることが期待できたからである。さらに、1 次冷水温度を高くすればターボ冷凍機の COP も向上するため、省エネ運転とできる。

図 4：2012.6 ターボ冷凍機 COP

４．おわりにしかし、1 次冷水は空調と共通になっている事か
SACLA はアンジュレータラインが増設されるまら、多湿季では空調機による除湿が必要となる。除で、当面 10pps 運転を続けると思われる。10pps 運
湿をするためには、冷水温度は低くないとならない。
転時においても、空調、装置冷却水設備とも必要な
そこで室内の温湿度を 25.0℃／60％RH 以下とする温調を行いつつ、省エネルギー運転ができているこ
条件で、1 次冷水温度を何℃まで上げる事が出来るとが確認できた。特に主たる熱源機器であるインか検討した。マシンの発熱が小さい場合は除湿が必
バータターボ冷凍機の総合通年 COP を，当初目標
要であるが、発熱が大きくなるにつれマシン自体がとした 10 以上での運用ができそうである。今後も再熱器の役割をするので除湿の必要性が低くなるこ
継続して測定を続け、年間のデータを蓄積していきとがわかった。その結果、熱負荷による台数制御でたい。また、マシン負荷によらず固定的に電力を消運転している 3 台のターボ冷凍機の設定温度を、初費している空調機、ポンプ類について、マシンの安期 設 定 の 9 ℃ か ら 、 発 停 順 に 10.5 ℃ 、 11.0 ℃ 、定運転を損なわない範囲で省エネ運用が可能かどう13.0℃に変更する事ができ、装置冷却水の精密温調か模索していきたい。
を満たすとともに、空調空気の湿度担保も実現することができた。
図 4 は、2012 年 6 月の加速器棟ターボ冷凍機（ RT-L-01 、 RT-L-02 、 RT-L-03 ） の COP （ エ ネ ル
ギー消費効率＝冷凍能力(kW)÷消費電力(kW)）のグラフである。RT-L-03 は 10.5℃、RT-L-01 は冷水温度 11.0℃に設定。RT-L-02 は熱負荷が軽いため停止していた。RT-L-03 がほぼ全負荷運転、RT-L-01 が

参考文献[1] 関口他「XFEL 交流電源・冷却水設備を建設工事でやってみた」WPCEA03 第 6 回日本加速器学会年会
平成 21 年 8 月 5 日～8 月 7 日[2]飛永他「SACLA 装置冷却水設備の温度制御状況」
MOPS157 第 8 回日本加速器学会年会 平成 23 年 8 月
1 日～8 月 3 日- 820 -