Development of high-temperature superconducting linear power generation module suitable for ocean power generation

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本研究は回転タービンを持たない、新形式のアンジュレータ型潮流発電機の採用によって我が国おける潮流発電の実用化を推進することを目的として実施された。アンジュレータ型潮流発電機は潮流を膜のうねりに変換して発電を行う。回転タービンを用いないこのシステムにおいて、発電に必要な流速は0.4 m/s 程度と低く、2 m/sで実用的な発電が可能である。膜のうねりから発電をするためには、直線運動から電力を得るリニア発電モジュールを用いる必要がある。リニア発電モジュールの変位量はかなり小さくなる。潮流に対する流体損失を抑制するために、リニア発電モジュールの外形寸法は小さいほど望ましい。一方、潮流による膜の変動周波数は概ね0.4 Hzと低く、そのストロークの短さと合わせて大きな電力を得ることが難しい。空気の840倍という高い密度を持つ海水に曝されるこの構造は大きな力を受け止めて確実に発電する必要のあるため、リニア発電モジュールには緩衝器としての役割も期待される。本研究では課題解決手段のひとつとして、発電時に電機子コイルで得られる電流密度は磁束密度が大きいほど増加することに注目し、界磁子に高温超電導バルク材料を採用することを検討し、リニア発電モジュールの試設計を行った。界磁子をリニア発電モジュールの上下層と中層に設け、その間に電機子を挿入して往復駆動させた。電機子には当研究室で回転機の駆動に使用実績のある渦巻型コイルを採用した。界磁子にNd-Fe-B永久磁石を使用した5 kW出力のリニア発電モジュールに対して、高温超電導バルク磁石を界磁子に使用した場合は最大で3倍を超える平均出力と力密度が得られることが示された。但し、高温超電導バルク磁石を実機に搭載する場合、冷却のために冷凍機を利用する必要があり、その運転に要する消費電力を始めとするコストを考慮すると出力向上比はこれより小さくなる。