【青山学院大学】全俊豪准教授（理工学部 電気電子工学科）ら4大学の共同研究チームがカーボンニュートラルを駆動する新電力機器を開発 ～ヒューズ・半導体・メカトロ制御で実現した新方式の高速電力遮断～

再生可能エネルギー（再エネ）*2 の大量導入や電力化率*3 の向上によりカーボンニュートラルを実現するためには、新しい電力システムや電化機器が必要となる（図1）。埼玉大学大学院理工学研究科 稲田優貴 准教授、名古屋大学大学院工学研究科 兒玉直人助教、東京工業大学工学院 全俊豪 助教（研究当時、現：青山学院大学 理工学部電気電子工学科 准教授）、東京大学大学院工学系研究科 大西亘 准教授、金沢大学理工研究域電子情報通信学系 中野裕介 助教（研究当時、現：准教授）らの研究チームは、これらの実現に直結する全く新しい電力機器「限流*4 遮断器」を開発し、これまで大型の重機器でないと遮断が難しかった直流kV・kAの電力*5 を、コンパクトかつ軽量な機器で高速遮断することに成功した。これはビッグデータや量子コンピュータを内包した大規模データセンターの構築にも資する基盤技術であるため、本成果はカーボンニュートラルだけでなく、IoT、Beyond 5G/6G といった未来社会の実現にも大きく貢献すると考えられる。本成果は2024年6月1日0時に国内論文誌『電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）』に公開された。




【ポイント】
・ サイズ・重量においてメリットを有する新電力機器「限流遮断器」を開発。
・ この限流遮断器により、直流kV・kA の電力を高速で切る（=遮断する）ことに成功。
・ 本研究により、太陽光や風力を大量導入した新しい電力システムの実現が期待される。
・ 電気を動力源とした電気自動車や電動航空機、電動船舶の普及拡大に大きく貢献する。
・ ビッグデータや量子コンピュータを内包した大規模データセンターの実現に繋がる。


【研究の背景】
パリ協定2016が掲げる「抜本的なCO2削減」を達成するには、①再エネの大量導入と②最終エネルギーの電力化率向上が必須である。これらを実現する電力システムや電化機器の多くは、現在広く実用に供している「交流」ではなく、「直流」で運用されている。ここで、自然災害や経年劣化などにより電力システムや電化機器が異常状態に陥ると、これらの内部には通常運用時の数十倍以上にも達する大電力が発生する。これは、大規模故障や火災の原因となるため、電力を安全に運用するためにはこの異常な大電力を速やかに遮断する必要がある。

このように電力の安全運用には、既に普及している交流だけでなく、これから急激な需要増を迎える直流の電力も遮断できる「汎用的な安全装置（=遮断器）」が必須である。しかし交流に比して直流の遮断は劇的に難しいため、汎用的な遮断器は長年開発できておらず、①②の実現を阻む大きな障害となっている。