電力用コンデンサとその利用
- 進相用コンデンサ、調相用コンデンサ、フィルタ用コンデンサ並びに直列コンデンサを電力用コンデンサといい、これに電力線搬送用結合コンデンサ．サージ吸収用コンデンサなどを含めることがある。進相用および調相用コンデンサは電路や負荷に並列に接続して、力率の改善、電圧降下の軽減、電力損失の低減を図るもので、並列コンデンサとも呼ばれる。一方、直列コンデンサは線路に直列に挿入し線路リアクタンスを補償し、送電容量の増大、安定度の向上などに用いられる。
- 送配電系統には種々の原因による高調波源が存在しているので、コンデンサのみを使用すると高調波源に対して電源系統のリアクタンスと共振回路を形成し、高調波電流を増大させ、回路電圧波形を悪くする。これを避けるためにコンデンサと直列に直列リアクタンスを接続し、高調波に対し、コンデンサ設備の合成リアクタンスを誘導性とすることが標準的に採用されている。直列リアクタンスはこのほか、コンデンサ投入時の突入電流を抑制する効果を持つ。また、開放時に開閉器が万一、再点弧を発生しても電源側のサージ電圧を抑制する効果もある。直列リアクトルのリアクタンスは系統に存在する最低次数の高調波に対してコンデンサと直列リアクトルの合成リアクタンスが誘導性となるように選定する。三相系統では、一般に問題となる奇数次高調波のうち、3の倍数高調波は負荷が平衡している限りは系統に現れないので、最低次の第5次に対して誘導性となるよう選定すれば良い。このためには、直列リアクトルのリアクタンスをコンデンサリアクタンスの4％異常にすればよく、JISでは6％に規定している．
- 放電装置は、保守上の安全性を確保するとともに、再投入時の過渡現象を必要以上に過酷としない目的でコンデンサ開閉時の残留電荷を放電させるものである。コンデンサ本体に内蔵するもおと巻線形の放電コイルを別置きするものがある．前者は放電抵抗が使用され、コンデンサ開放後5分以内にその端子電圧を50V以下にするよう規定されており、また後者に場合は5秒以内に50V以下に下げるように規定されている。
第151回テーマ：ダーク・ドルドラムズ
⒈ VREの低出力事業
風力や太陽光発電といった変動性再生可能エネルギー(VRE)設備の設置が世界的に急拡大している。その結果、電力システムはこれまで以上に気象や気候の変動に左右されるようになると考えられる。このような電力システムの転換の中で、近年、「dark doldrums(ダーク・ドルドラムズ＝無光無風)」や「wind drought(渇風＝長期無風)」といった新しいタイプの異常気象が問題になっている。これらの現象は風力・太陽光の低出力状態を引き起こすため、VRE導入率が高い電力システムにおいて電力料金の異常な高騰やエネルギー供給の途絶を引き起こすおそれがある。場合によっては蓄電池の大量導入や無光無風状態の発生予測といった対策が必要となる。
2. 発生要因
日本では、夏季の停滞前線や、ヤマセや冬季の南岸低気圧の来襲時に無光無風状態となる傾向がある。一方、欧州ではVRE低出力は高気圧場が停滞する際に発生する傾向があるということが指摘されている。実際、2021年の夏から秋にかけて、欧州(特に英国、デンマーク、アイルランドなど欧州北部)では、北太平洋域がブロッキング高気圧に覆われたことにより、長期間低風速状態になり、風力発電の発電電力量が大幅に減少した。これは発電用燃料としての天然ガス需要の急増を招き、電力料金と天然ガス価格の上昇につながったと報じられている。このように、VRE導入比率の高い欧州においては、長期の低出力事象がすでに電力システムの運用における重大な懸念事項になっていると考えられる。
3. 気候変動の影響
気候変動の影響や電力システム転換に伴うレジリエンスの低下は、世界共通の懸念事項となっている。前述のように2021年の欧州の無風は、自然変動(気候の年々変動)の影響が大きいと考えられる。さらに長期の視点では気候変動(地球温暖化)による影響も重要である。2021年に発刊された気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第6次評価報告書によると、全球平均気温の上昇が大規模な東西の循環の弱化につながり、日本・欧州を含む中高緯度域の風力発電の発電電力量の低下につながると予測されている。
第149回テーマ：水素製造技術
１．さまざまな水素製造技術
令和５年（２０２３年）改訂の「水素基本戦略」では、供給拡大のため、国内水素製造基盤の確立と、海外製造水素の活用を同時に進めていくことが重要とされた。この水素には様々な製造法式がある。
現在、水素は主に、製鉄所やソーダ工業の副生ガス、天然ガス・ナフサの改質により製造されている。この他にも、水の電気分解により水素を製造する電解法や、水の熱分解法、光触媒による水分解法、特殊なバクテリアの代謝や発酵、光合成により水素を発生するバイオプロセスがある。
２．化石燃料改質法による水素製造
水蒸気改質法は、現在主流となっている。天然ガスのメタンを原料にする方法は水蒸気メタン改質（Steam Methan Reforming , SMR）と呼ばれる。製造された水素は、圧力変動吸着法（Pressure Swing Adsorption, PSA）によりガス分離され、純度が高められる。
３．電解法による水素製造
電解法には、アルカリ水電解法、固体高分子形（Proton Exchanage Membrane, PEM）水電解法、固体酸化物形水電解セル（Solid Oxide Electrolyser Cell, SOEC）、アニオン交換膜（Anion Exchange Membrane, AEM）水電解法などがある。アルカリ水電解法と固体高分子形水電解法は、すでに商品化されているが、SOECは実証試験レベルにあり、AEMは技術開発段階である。
４．バイオマスからの水素製造
バイオマスは、化石燃料を除いた動植物に由来する生物資源である。木質系や農業残渣系資源、下水汚泥等は空気を遮断し加熱する乾留により熱分解し、生成された可燃性ガスから水素を精製することができる。
５．エネルギー減により水素の分類
製造時の原料やCO2排出量に着目し、石炭や天然ガスなどの化石燃料から作られた水素を「グレー水素」、化石燃料から製造される際にCO2を回収した水素を「ブルー水素」、再生可能エネルギーで発電された電気で製造された水素を「グリーン水素」と呼ぶことがある。
技術士試験、事始め
私は今年５０歳を迎えた技術者。定年までの足音も聞こえ始める年頃ですが、有難いことに健康にも恵まれ、まだまだ若い者と話していても負ける要素が見当たらない（と思う）。映画トップガンでは10歳も年上のトム・クルーズ先輩もまだまだ現役だ。
「私にはまだエネルギーが残っている」
自分の人生で今日が一番若い。人生折り返しを過ぎても尚、このまま終わりたくないという欲が沸々と湧き上がってくるのを感じていた。
そんな折、新聞を何気なく読んでいると、セカンドライフとして51歳から一念発起して62歳で当時の過去最高齢で医師国家試験合格された女性医師の話が掲載されていた。これは運命的な出会いだと得意の勝手な思い込みから、自分もセカンドライフ探しを始めることに決めた。
まず、合同会社ワークシフト様のロックオン講座に申し込むと、ドカッと資料が送られてきて面食らっているが、今後の進捗は順次書き留めていこうと思う。
需給ひっ迫警報２時間遅れ
東京電力管内で2022年3月22日に起こった電力需給逼迫について、原則として前日午後6時までに発出する電力需給逼迫警報が2時間遅れ、自治体や企業に節電の協力を得にくくなり、事態が悪化した。
前日の午後8時に節電要請されても企業は対応できない。今回、警報発出の判断や情報提供についての課題が明らかになり、今後経産省が検証を進めていく。
上記を受けて、教訓として下記を真剣に議論しなければならない。
１．上記に至ったプロセスの再検証
3月16日福岡県沖の地震の影響により、東北、東京エリアの火力発電6基334.7万kWが一部停止している中で、3連休明けに東日本で気温が低く悪天候が予想されたため、特に東京電力管区内で電力需給が極めて厳しく見込みとなった。
各電力会社へは①火力発電所の増出力運転や自家発の稼働要請、②広域的な電力の融通、など最大限の対策を要請するも、十分な電力供給力の確保が困難になることが見込まれたことから、③家庭や職場において不要な照明を消し、暖房温度の設定を20度とするなど、日常生活に支障のない範囲で節電を協力するに至った。
２．警報発出の判断の遅れ
迅速で精度の高い需給予測の方法を確立し、それをタイムリーに発出する仕組みと共に、国と企業(供給側と需要側の両方)との間の信頼関係の構築が急務。
節電を要請するからには、個人や企業に社会的責任の意義を含めてどれだけ納得感を持って頂けるか、国がどれだけ強制力を持って実行できるか、その法的な根拠は何か。
「日常生活に支障ない範囲」と民間に寄り添いつつも、実行を強要するのはおかしい。計画停電と需給ひっ迫警報は何が違うのかを官民の壁を越えて検証しなければならない。
３．供給力の確保
①火力発電・揚水発電の活用、②連系線の増強による地域間の融通やデマンドレスポンスの活用推進、③再エネ発電事業者に電力需給を意識させた取組み促進、④電力貯蔵技術(水素、蓄電池等)のコスト低減や社会実装に向けたイノベーション、⑤需要家側の経済的代理制御、などで供給力を確保する。
出典：日経新聞3月26日(土)朝刊より著者加筆
本質安全防爆技術
１．ツェナーバリア
- 自己電流をグランドに流転するための本安接地(第A種接地)がCENELEC(欧州)、BASEFA(英国)、FM(米国)では要求されている
- 接地点間の電位差によるスパークを防止するために、危険場所回路(本安回路)は500Vrmsの絶縁耐圧が必要
- 安全場所側回路はフローティングされており、2点接地によってシステム機能上好ましくないグランドループを構成しないように、バスバーでの1点接地が要求される
２．絶縁バリア(本安アイソレータ)
- 安全場所から危険場所回路に危険な電気エネルギーが流入しないように1次・2次側間にアイソレーションと、出力側回路にツェナーバリアを使用した本安防爆回路により防爆事故を未然に防止
- 絶縁バリアで必要とされる電力は、本安トランスから供給され、信号又は情報の伝達は本安アイソレーション部品(リレー、フォトカプラ、特殊トランス)により行われる
- 入出力間の絶縁が行われるため、本安接地が不要
- ツェナーバリア使用時には出来ない①本安回路の接地、②高電圧(電力)供給、③各種信号変換機能追加、が可能
本安システムを構成するには本安機器、配線パラメータ及びバリア又は本安関連機器それぞれの本安性の確認が必要であり、バリアを危険場所回路と安全場所回路間に挿入するだけでは達成されません。何故なら、バリアは危険場所に流入するエネルギーを発火エネルギー以下に制限しますが、バリア又は本安関連機器経由で少しずつ流れ込む電気エネルギーが現場機器(配線含む)のキャパシタンス及びインダクタンスに蓄えられ、高レベルとなって一度に放出されたのでは意味がないためです。
本安回路のパラメータ組合せは以下に示す通りです。
バリア：最大電圧Uo、最大電流Io、最大電力Po、許容インピーダンスLo、許容キャパシタンスCo、許容インダクタンスと抵抗の比Lo/Ro
本安機器：許容電圧Ui、許容電流Ii、許容電力Pi、内部インダクタンスLi、内部キャパシタンスCi、内部インダクタンスと抵抗の比Li/Ri
外部配線：インダクタンスLc、キャパシタンスCc、インダクタンスと抵抗の比Lc/Rc
【組合せ条件】
Ui ≧ Uo、Ii ≧ Io、Pi ≧ Po
Li＋Lc ≦ Lo、Ci＋Cc ≦ Co、Li/Ri＋Lc/Rc ≦ Lo/Ro
(注)バリアに許容インダクタンスと抵抗の比が定められている場合は、本安回路キャパシタンスCiが許容キャパシタンスCoの1%を超える場合は使用できません。
ここで、蓄積エネルギー(1/2CV^2又は1/2LI^2)の許容キャパシタンスは電圧、許容インダクタンスは電流、抵抗は配線特性とサイズで決まります。本質安全防爆は、主に小電力に適用できる技術であり、ガスグループⅡC(水素)は30V、250mA、3W、またⅡBは42V、500mA、5Wが適用限界の目安です。
