次世代電力システムを支える高速大規模出力調整用低温駆動希ガスMHD発電機の創出

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大量の再生可能エネルギー電源を含む次世代電力システムを見据え，今後の火力発電機には電力需給ギャップの調整電源としての高い出力調整能力が求められている。この要求に対し，希ガスMHD発電機が回転型火力発電機とは異次元のレベルで応じられることが研究代表者の先行研究から予測されている。そこで，研究代表者は，次世代電力システムの系統安定化に貢献する高速大規模出力調整用希ガスMHD発電機の開発を早期に実現すべく，独自に発案した「低温駆動希ガスMHD発電機」の創出を目指す研究を本科研費の支援のもとで開始した。R4年度は，まず，定格時システム効率：45%以上を念頭におき，低温駆動化・大規模出力調整能力の観点および発電機サイズのコンパクト化の観点から，適切な希ガス種（アルゴン，ヘリウム）の選定に関する解析を実施した。その結果，上記の三つの観点からは，ヘリウムよりも高いホールパラメータが得られやすいアルゴンの方が本研究の目的には適した作動ガスであることが示された。次に，ここで得たアルゴンガス利用低温駆動希ガスMHD発電機単体の出力調整能力（幅）をシード率・負荷電圧をパラメータにして定量的に評価した。その結果，適切にシード率と負荷電圧を調整すれば，発電機単体では定格出力170 MW程度（エンタルピー抽出率： 23%程度）から出力ゼロまで，電離不安定性による発電機の不安定性を招くことなく，出力調整が可能なことを確認した。この結果を受け，昨年度計画した通り，数値解析技術を用いて同発電機を外部電力系統に結線した状態で安定に定格運転可能なDC（発電機側）-AC（電力系統側）変換シスステムを設計し，現在，その設計結果に基づいて同発電機の安定定格運転に関する外部電力系統と発電機の連成非定常解析を進めている。