铁道综研等全球首次完成大型飞轮用高温超导磁铁，可用于光伏电站电力储存

日本铁道综合技术研究所与古河电气工业公司于2014年3月10日宣布，全球首次成功开发出了大型飞轮用高温超导磁铁，该磁铁使用了古河电工子公司Super Power生产的钇类第二代高温超导线材。新开发的磁铁将嵌入大容量“超导飞轮蓄电装置”中，并于2015年启动与建设在山梨县甲府市米仓山的百万瓦（MW）级光伏电站相互连接的试验。



新开发的用于高温超导磁铁的线圈（出处：铁道综合技术研究所）

此次的高温超导磁铁是日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“安全低成本大规模蓄电系统技术开发”项目的成果之一，由铁道综研、古河电工与Kubotec、Mirapro、山梨县企业局共同研发。目前山梨县正在建设1MW光伏电站，用于超导磁铁与超导飞轮相结合的电网连接试验，电站投入运行之后，将开始为实证试验获得基础数据。



新一代飞轮蓄电系统示意图（出处：铁道综合技术研究所）

飞轮蓄电系统”通过使用百万瓦级光伏电站等的剩余电力驱动装置内部的大型圆盘（飞轮）旋转来蓄电，阴天导致发电量减少时，可以发电来补充。这种系统可作为“电池”使用，目前已有将其用于铁路系统的电力有效利用（再生失效措施）等用途的例子。

正在开发的新一代飞轮蓄电系统采用了铁道综研设计的由超导块体和超导磁铁组成的超导磁轴承。这种轴承通过以非接触方式使旋转的圆盘悬浮，让轴承的摩擦损失减为零，从而提高了工作效率。另外，还具有使以前必须定期更换的轴承寿命达到半永久性的优点。目前正在开发的超导磁轴承以1组轴承可使约4吨圆盘悬浮为目标。

要让如此大的重量悬浮，不仅要让高强度超导磁铁产生高磁场，还要提高冷却温度来有效利用磁场。因此，此次在超导磁铁使用的线圈中采用了古河电工2012年收购的Super Power公司的第二代高温超导线材，形成了采用中部电力开发的“铠甲”线圈构造、内径为120mm、外径为260mm的双饼线圈（将带状超导线切得很薄，像蛋糕卷一样卷绕的两枚一对扁平线圈）。

此次通过不使用液体氮的传热方式将该线圈冷却，使其保持在51K（零下222℃），并确认了110A工作电流时的通电情况和磁场，还成功实现了达到线材性能极限的163A通电。而且，此次还实施了与超导块体结合在一起的试验，证实悬浮力可以达到2吨以上，强度方面也没有问题。据介绍，以前的第一代高温超导线材要产生高磁场，必须冷却至20K（零下253℃）以下，而第二代高温超导线材可在50K（零下223℃）温度下工作，这意味着在降低冷却成本方面已经有了眉目。今后将进一步追加线圈，进行实际规模的飞轮悬浮试验。