系統安定化用超伝導エネルギー貯蔵装置の大規模解析手法と最適化設計に関する研究

系统稳定超导储能装置大规模分析方法及优化设计研究

• 批准号: 16760228
• 负责人: 野口 聡
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760228/
• 关键词: 超伝導エネルギー貯蔵装置; 最適化設計; 電磁場数値解析; 超伝導応用; 大規模数値解析

系統安定化用超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)のためのコイルの形状最適化についての検討を行った。超伝導コイルを安定に運転させるためには、磁界-電流密度特性(B-J特性)などの超伝導特有の性質を考慮し、設計を行わなければならない。その際に、トロイダルコイル等は形状が複雑なことから、数値解析による評価が必要となる。さらに、高価な超伝導導体の使用量を削減するために、最適化アルゴリズムを導入することで、形状最適化設計を行い、その手法を確立した。また、大型コイルになると、コイル内で温度差が生じることもあることから、それらを考慮し、温度異存する磁界-電流密度特性(B-J特性)を考慮することで、実用的な設計手法へと発展させた。さらに、磁場解析に時間を要することから、PCクラスタを使用することで、時間の短縮を試みた。実例として、72MJ蓄積できるトロイダルコイルの最適化設計を行った。そして、構成されるコイルが8個から24個までを最適化設計し、その高温超伝導導体使用量と漏れ磁界などを比較した。その結果、8〜10個では導体使用量も多く、漏れ磁界も大きいが、12個以上では違いがほぼ無く、導体使用量は少なく、漏れ磁界も小さかった。また、同蓄積容量のマルチポールコイルと比較したときに、トロイダルコイルは導体使用量で85%に、漏れ磁界でも大きく低減できており、トロイダルコイルの性能の良さが示せた。このように、磁場解析と最適化アルゴリズムを併用することで、超伝導固有の特性を考慮した上で、超伝導エネルギー貯蔵装置の形状最適化設計を可能にした。

System stability and adopting super 伝 guide エ ネ ル ギ ー 蔵 storage device (SMES) の た め の コ イ ル の shape optimization に つ い て の 検 line for を っ た. Super 伝 guide コ イ ル を settle に transport planning さ せ る た め に は features, magnetic - current density (B - J) な ど の super 伝 guide nature の を し, unique design line を わ な け れ ば な ら な い. そ の interstate に, ト ロ イ ダ ル コ イ ル は shapes such as が complex 雑 な こ と か ら, the numerical analytic に よ る review 価 が necessary と な る. さ ら に, high 価 な super 伝 guide の usage を conductor cuts す る た め に, optimization ア ル ゴ リ ズ ム を import す る こ と で, line shape optimization design を い, そ の gimmick を establish し た. ま た, large コ イ ル に な る と, コ イ ル で が temperature difference in raw じ る こ と も あ る こ と か ら, そ れ ら を consider し, temperature す る magnetic industry - current density (B - J) を consider す る こ と で, be use な design gimmick へ と 発 exhibition さ せ た. さ ら に, magnetic field analytical に time を す る こ と か ら, PC ク ラ ス タ を use す る こ と で, shortening time の を try み た. Practical example: と て て, 72MJ accumulation: で るトロ るトロ ダ ダ コ コ った るトロ <s:1> the <s:1> optimal design を rows った. そ し て, composition さ れ る コ イ ル が eight か ら 24 ま で を optimization design し, そ の high temperature super 伝 guide usage と れ leakage magnetic conductor boundary な ど を compare し た. そ の results, 8 ~ 10 で は conductor usage も く, れ magnetic leakage boundary も big き い が, more than 12 で は violations い が ほ ぼ く, less conductor usage は な く, leakage magnetic boundary れ も small さ か っ た. ま た, with accumulation capacity の マ ル チ ポ ー ル コ イ ル と compare し た と き に, ト ロ イ ダ ル コ イ ル は conductor usage で 85% に, leakage magnetic boundary れ で も big き く low cut で き て お り, ト ロ イ ダ ル コ イ ル の performance good の さ が shown せ た. Analytical と こ の よ う に, magnetic field optimization ア ル ゴ リ ズ ム を and す る こ と で, super 伝 inherent の を consider し た で, super 伝 guide エ ネ ル ギ ー の 蔵 storage device may shape optimization design を に し た.

项目成果

Transient Stability Analysis of Large Aluminum Stabilized Superconductor by 2D and 3D Finite Element Analysis

通过 2D 和 3D 有限元分析大型铝稳定超导体的瞬态稳定性

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Vol.14,No.2
• 作者: Y.Tanaka;K.Morishima;T.Shimizu;A.Kikuchi;M.Yamato;T.Okano;T.Kitamori;森島圭祐;森島圭祐;So Noguchi;S.Noguchi;S.Noguchi
• 通讯作者: S.Noguchi

An optimal configuration design method for HTS-SMES coils

• DOI: 10.1109/tasc.2005.849337
• 发表时间: 2005-06
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: S. Noguchi;A. Ishiyama;S. Akita;H. Kasahara;Y. Tatsuta;S. Kouso