超電導応用基盤 ( 第 Ⅱ 期 ) プロジェクト 第 1 回事後評価分科会説明資料資料 6-3 市場 コスト 特許 標準化 ( 財 ) 国際超電導産業技術研究センター佐伯正治 担当 : 市場開拓コスト分析特許調査標準化 堀上特別研究員佐伯部長中里部長 永野部長代理田中部長 超電導応用基盤 ( 第 Ⅱ 期 ) プロジェクト事後評価平成 20 年 11 月 21 日 1/27 市場開拓調査 市場開拓調査 ( 堀上特別研究員 ) ページ 2/27
市場開拓調査 市場開拓グループの活動 目的 : 1 超電導機器の市場性を調査し 導入 拡大のシナリオ作り 2 ユーザーからの意見を取り込み 早期実現を促進する 活動内容 : H15 企業 団体へのニーズ調査 分析展 での一般への意識調査 H16 高温超電導市場開拓委員会 による市場規模想定と市場拡大 開拓の方策を調査 H17 変圧器 ケーブル モーター 限流器を対象に 超電導機器の価値 ~ H18 課題 市場規模を調査 各機器の CO2 削減効果を定量化 H19 超電導機器の実用化促進を目的に 超電導 EXPO2007/ エコプロダクツ展 に出展し 一般向けに超電導技術を普及啓発 Ⅱ-24 ページページ 3/27 市場開拓調査 高温超電導市場開拓委員会の活動と成果 目的 :(1) 既存超電導市場の拡大と新規産業の創出 (2) 高温超電導適用の可能性及び利点について整理 方法 :(1) 線材 機器メーカーの超電導責任者で委員会を構成し (2) ユーザー及び有識者に 既存技術の課題を超電導技術での解決方法つき講演してもらい 講演者 委員で検討 報告書作成 H16 年度高温超電導市場開拓委員会の構成 委員の所属 講演者所属とテーマ 古河電工 大阪大学 磁気分離 住友電工 海洋大 船舶用モータ フジクラ JR 総研 鉄道用変圧器 SWCC JR 東海 リニア 日本電子 NMR 質量分析計 日立製作所 ISTEC SMES 東芝 原研 核融合 三菱電機 Super-GM 電力機器 テクノリサーチ Brookhaven 国立研 Y 系線材の差別化技術 *H17,18 年度は 電力会社 重電メーカ 大学のメンバー新規参加 Ⅲ-661~662 ページページ 超電導市場の現状 Y 系超電導線材の差別化特性 製品別超電導機器の市場予測 超電導市場拡大の方向性 Y 系線材の開発とその社会的意義 H17,18 年度は 機器要素技術開発で取り上げた 変圧器 ケーブル モータ 限流器を対象に調査を拡大 4/27
市場開拓調査 機器名 変圧器 (AC66kV/6.6kV 級 20MVA) 電力ケーブル (AC66kV 以上 DC125kV 級地中 ) 回転機 ( 船舶用 :20MW 級 ) ( 産業 電力用 :1MW 級 ) 限流器 (6.6kV/66kV 0.1~10MW) 電力応用機器の価値と課題 価値 小型化 脱水冷装置 オイルレス 不燃性 小型 軽量化 高効率化等々 経済性( コスト / 送電容量 ) 運転コスト低減 CO2 削減 既設管路 設備の有効利用 変電所( 省略 簡素化 ) 等々 省エネ効果(~2%up) 小型化( ポッド推進船で効果大 ) 容量の増大/ 大電流化 発電機 同期調相機への展開 第 1 波から限流 運転損失小 電圧変動 常時損失小 小型化 課題 1 基礎技術 ( 低損失 絶縁 大電流化 ) 2 負荷時タップ切り替え 3 短絡強度 励磁突入対策等 1ジョイント技術 2 冷却システム異常時の対応 3 事故電流対応など ( 保守 メンテ技術の構築 ) 等 1 超電導回転子 ( 構造 冷媒導入部構造 界磁巻線 ) 2コイルの遠心力変形防止 3 並列導体巻線化技術等 1Y 系線材高抵抗化技術 2コイル適用技術 3 限流器用低損失大電流用 Y 系導体技術 4 高電圧大電流限流コイル技術等 Ⅲ-662 ページページ 5/27 機器名 変圧器 電力ケーブル モータ ( 船舶用 ) モータ ( 産業 電力用 ) 限流器 年度 2015 2020 2030 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2010 2015 2020 2011~ 2030 までの累計 市場規模と省エネ CO 2 削減 市場規模 導入台数 量 32 累計 673 累計 3,700 30km 累計 90km 累計 650km 45 累計 282 累計 539 11 累計 236 累計 771 2400Mw 単価 2,000/kVA 200,000/m 4,466/kW 7,000/kW 7,000/kW から 4,000/kW に段階的に低下 金額 ( 億円 ) 13 269 1,480 60 380 1,300 45 283 542 3 62 201 120 省エネ CO 2 削減量 電力削減量 (GWh/ 年 ) 4 94 518 13 82 279 53 333 638 7 150 490 76 CO 2 削減量 ( 千 ton-co 2 / 年 ) 2 99 176 5 28 95 19 117 217 3 54 172 26 市場開拓調査 備考 系統変圧器への展開 海外主要国の市場 海外市場( 米国 中国 韓国等有望 ) 架空線や直流配電への展開 ポッド推進船への展開 ( 現在 70 数隻 ) 電気自動車への搭載も視野に 短絡容量抑制用 基幹系統連係まで展開 Ⅲ-663~666 ページページ 6/27
市場開拓調査 機器名 変圧器 電力ケーブル 回転機 限流器 RM ( 導入 普及 ) 2015 ~ 2015 ~ 2014 ~ 2012 ~ 導入シナリオ 導入 普及のシナリオ 配電用(6.6/66kV) で実績を積み 利用率が高くかつタップチェンジャー不要の産業用および海外への輸出を展開 系統用変圧器への展開 発電機端引き出しケーブルから導入 275kV(300MVA) 管路布設を3 心一括 HTSに置き換え 海外にて運用実績を積む 船舶用 ( 特殊船舶 客船 ) 実績を積んで 一部産業用 ( 鉄道用等 ) 一般産業用 LNG タンカー推進用 電力用補機 電気自動車へ展開 発電機への展開 分散電源連系系統用 (6.6kV) 同 (66kV) 電力系統短絡容量制御用 (66kV) 基幹系統連系用 * 何れの機器においても市場導入のためには 先ずデモ機を作製してユーザに見せることが必須 Ⅲ-663~666 ページページページ 7/27 ( 佐伯部長 ) ページ 8/27
コスト分析 SG の活動 目的 : コスト目標の達成度評価をサポート 感度分析によるコスト低減へのフィードバック 実用化へ向けた線材コスト試算と課題抽出 活動内容 : H15 線材コスト算定式の確定 分析ツール( 自動計算ツール ) を構築 ~16 研究者自身による 感度分析で研究成果のコスト評価 分析をサポート H17 既存/ 超電導機器のコスト分析のため機器コスト分析ツール構築 ~18 既存/ 超電導機器のトータルコスト比較から許容される線材 ( 限界 ) コストを試算 H19 付加的加工コスト分析ツール構築 ( 線材切断 フィラメント化 安定化層複合化 絶縁層複合化 ) 実用化へ向け限界コストとプロジェクト目標コストの関連づけ Ⅱ-25 ページページ 9/27 平成 15 16 年度の活動 ( 線材コスト分析ツール構築 ) 目的 :1 統一的な線材コスト算定方法を確定し 中間評価でのプロセス選定に貢献 2 研究者自身でコスト算定が可能で 感度分析によるコスト低減への方向性策定に貢献 < 課題 > 1 工場コスト 人件費を一括で計算 ( プロセス選択に不向き ) 2 専門家が条件をヒアリングして計算 研究者にフィードバック ( 即時性無し ) < 目標 > 1 プロセス選択に活用できるコスト算定式の構築 2 研究者自身がコスト算定できる計算方法の確立 自動計算ツール構築 研究者自身によるコスト計算の必要性 研究進捗に応じたコストの即時評価 感度分析 * により研究方針決定の指針を得る * 設定条件を変化させた場合の コストへの影響の度合い プロセス選択でのコスト試算に貢献 Ⅲ-669~670 Ⅲ-660 ページページページ 10/27
コスト 電導機器コスト存機器コススト 平成 17,18 年度の活動 ( 機器コスト分析ツール構築 ) 目的 : 超電導線材の市場性把握を目的に 1 既存機器と超電導機器のトータルコスト比較から超電導化メリット把握 2 超電導機器のコスト分析から 許容される超電導線材コスト ( 限界コスト ) の把握 前提条件 入力項目例 機器の区分 製品の単位 コスト評価の単位 線材の想定価格 年間生産量 想定利用年数 想定金利 定格 負荷率 年間稼働率 機器製造原価効率性評価 トータルコスト企画 計画コスト初期コストランニングコスト 維持 保守費用を含む 廃棄コスト付加的要素コスト 原単位 現地調査費用 諸手続費用 機器購入費用 機器設置費用 機器の電気料 メンテナンス料 機器の電気料 メンテナンス料 CO2 排出権料 周辺工事費用 等 等 等 等 等 既存 / 超電導機器のメリット デメリット含めたトータルコストでの比較評価を実現 Ⅲ-670~673 Ⅲ-660 ページページページ 11/27 超電導機器コスト分析ツールのイメージ 目的 : 超電導線材の市場性把握を目的に 1 既存機器と超電導機器のトータルコスト比較から超電導化メリット把握 2 超電導機器のコスト分析から 許容される超電導線材コスト ( 限界コスト ) の把握既1 ト 超 ) コ( 限線界材) その他( 機器製造 ランニングメニュー画面変圧器 ケーブル モータ 限流器ごとの入力画面を選択 メニュー 入力シート 出力の選択 2 各種の分析例 Ⅲ-671~672 Ⅲ-660 ページページページ 12/27
限界コスト試算例 市場開拓委員会報告書及び公表データ等を基に 条件設定を実施し 既存機器コストとの比較から許容される超電導線材コスト ( 限界コスト ) を試算 使用期間 30 年 金利 1.5% CO2 排出権 1000 円 /t CO2 電気料金 10 円 /kwh の場合 機器の定格 限界コスト 備 考 変圧器 定格容量 20MVA ( 屋外 ) 2.9 円 /A m ( 地下 ) 5.9 円 /A m 既存 ( 地下 ) では 冷却設備のランニンク コストを考慮すると限界コストはさらに上昇する ケーブル 定格容量 350MVA/cct 3.8 円 /A m 既存 CV ケーブルの冷却コスト ( 初期 ランニンク コスト ) を考慮すると限界コストはさらに上昇する現状の冷凍機単価が用いられており 将来単価への変更で限界コスト上昇の可能性あり モーター 定格出力 3MW 17.7 円 /A m 現状の冷凍機単価が用いられており 将来単価への変更で限界コスト上昇の可能性あり 限流器 定格容量 6.6MVA 28.5 円 /A m 超電導線材のトータルコストに占める比率が 他の機器に比べ低い * 限界コストは 機器製造に用いられる線材コストであり 本プロジェクト目標の 線材コスト ( プロセスコスト ) とは異なることに注意が必要 Ⅲ-672~673 Ⅲ-660 ページページページ 13/27 平成 19 年度の活動 ( 付加的加工コスト分析ツール ) 目的 : 1 限界コストと線材コスト ( プロジェクト目標コスト ) を関連づけるため 線材に付加的に施される加工のコスト分析ツール構築と試算 2 線材コスト ( プロジェクト目標コスト ) の超電導機器の適用への方向性把握 絶縁層複合化 < 機器から要求される付加的加工 > 変圧器 線材切断 フィラメント化 安定化層複合化 絶縁層複合化 安定化層複合化フィラメント化 データ入力項目線材切断処理プロセス 3 装置 処理プロセス 4 装置 No.1 装置名 fff No.1 装置名 fff 装置初期価格 0 円 / 台 装置初期価格 0 円 / 台 装置メンテナンスコスト 円 / 年 台 装置メンテナンスコスト 円 / 年 台 消耗品コスト円 / 年 台消耗品コスト 円 / 年 台 モータ 装置大きさ縦 m 装置大きさ縦 m 横 m 横 m 想定層厚での加工処理速度 m/h 想定層厚での加工処理速度 m/h 1.00 1.00 No.2 装置名 fff No.2 装置名 fff ケーブル 限流器 装置初期価格 0 円 / 台 装置初期価格 0 円 / 台 装置メンテナンスコスト 円 / 台 装置メンテナンスコスト 円 / 台 消耗品コスト円 / 年 台消耗品コスト円 / 年 台装置大きさ縦 m 装置大きさ縦 3 m 線材コスト算定ツールと横 m 横 4 m 装置 1 台あたりの要員装置 1 台あたりの要員年間作業人時間人時間 / 年台年間作業人時間人時間 / 年台想定層厚での加工処理速度同等の使い勝手を実現 1.00 m/h 想定層厚での加工処理速度 1.00 m/h!! 備考 フィラメント化加工プロセスコスト 24.947027 ( 円 /m) 処理プロセス 1 処理プロセス 2 処理装置コスト1 10.69 ( 円 /m) 処理装置コスト 1 14.26 ( 円 /m) 処理装置コスト2 0.00 ( 円 /m) 処理装置コスト 2 0.00 ( 円 /m) 処理プロセス 3 処理プロセス 4 処理装置コスト1 0.00 ( 円 /m) 処理装置コスト 1 0.00 ( 円 /m) 処理装置コスト2 0.00 ( 円 /m) 処理装置コスト 2 0.00 ( 円 /m) 切断加工プロセスコスト 0.0831568 ( 円 /Am) Ⅲ-674~675 Ⅲ-660 ページページページ 14/27
付加的加工コスト試算例 Y 系線材に特徴的な レーザー装置による線材切断 フィラメント化を例に試算 レーザ装置メーカーのヒアリングを基に 最適条件での試算 切断加工 フィラメント化加工 (5mm 幅 10 フィラメント ) 光源 YAG SHG レーザ (532nm) YAG THG レーザ (355nm) 装置価格 100,000,000 円 300,000,000 円 安定化層 メンテナンスコスト 10,000,000 円 25,000,000 円 超電導層中間層基板 出力レベル 100W 20W/9 分光 切断加工 フィラメント化加工 加工速度 450m/h 200m/h ( 加工線材幅 5mm) 超電導線材を基板ごと切断する技術 レーザースクライビングによって 線材の超電導層を分割する技術 加工コスト 0.03 円 /Am 0.39 円 /Am * 限界コスト試算との対比から 極低コスト 3 円 /Am 実現時には 機器への適用の可能性が見通せる Ⅲ-674~676 Ⅲ-660 ページページページ 15/27 3 種のコスト分析ツールの関連 機器コスト分析ツール ( 平成 17 18 年度 ) 既存機器コスト 超電導機器コストその他( 機器製造 ランニングコスト ) 線材( 限界) コスト限界コスト機器コストから許容される線材コスト 線材コスト分析ツール ( 平成 15 16 年度 ) フ ロシ ェクト目標コスト = 線材 ( プロセス ) コスト 中間層 基板 付加的加工コスト分析ツール ( 平成 19 年度 ) 変圧器 モータ ケーブル 限流器 機器から要求される付加的加工 線材切断 + フィラメント化 安定化層複合化 安定化層 超電導層 絶縁層複合化 Ⅲ-674 ページページ 16/27
特許調査 特許調査 ( 中里部長 永野部長代理 ) ページ 17/27 特許調査 特許調査 WG の活動計画と成果概要 事務局 ( 外注 ) データベース調査 評価ツール Y 系線材 : 国内 : 約 26000 件 米国 : 約 3600 件 H15,16 国内 : 約 6000 件 米国 : 約 2300 件 H17~19 国内 : 新規公開分 米国 : 新規登録分 応用機器 : ケーブル 変圧器 回転機 限流器 冷凍機 H18,19 国内 : 約 5650 件 米国 : 約 1200 件 特許調査 WG Y 系線材 応用機器 分析調査 : プロジェクト関連特許抽出 主要特許の抽出 プロジェクト関連特許の重要度評価 日本 米国 日本 米国 127 76 59 24 115 91 271 52 213 285 551 76 分析調査件数 Y 系線材 : 国内 : 6752 件 米国 : 3834 件応用機器 : 国内 : 5641 件 米国 : 1618 件 プロジェクト関連件数 Y 系線材 : 国内 : 455 件 米国 : 452 件応用機器 : 国内 : 681 件 米国 : 152 件 Ⅱ-25,Ⅲ-676~679 Ⅲ-660 ページページページ 18/27
特許調査 特許評価ツールの概要 RABITS 特許の例 特許の名称 請求の範囲 要 約 コメント記入 技術分類区分 プロジェクトとの関連性 特許データベースの検索 概要チェック可能 プロジェクトとの関連性や評価者のコメント記入が可能 ツール上から特許公報 PDF ファイル呼び出しが可能 研究者が容易に 効果的に特許の調査 確認ができる Ⅲ-676 ページページ 19/27 特許調査 プロジェクト関連国内公開特許件数の推移 件数 ( 件 ) 35 30 25 20 15 10 5 プロジェクト関連企業の出願数が急増 7 者プロジェクト関連企業その他その他企業団体 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 公開年 当初はプロジェクト外の企業団体が優勢だったが 前プロジェクトの終わりから逆転し 直近 4 年では 7 者がそれ以外の 2 倍近い件数を示している 日本の特許は 出願後 1.5 年で公開になるため 本プロジェクト開始後に出願したものは 2004 年後半以降になるが引き続きこの傾向は続いており プロジェクトの効果と思われる Ⅲ-678 ページページ 20/27
( 田中部長 ) ページ 21/27 IEC/TC90 国際標準化 提案 (1) 超電導関連用語 JISH7005(2005) 提案 IEC6005-815 提案 (2) 超電導電力機器 - 超電導電力機器に電流を流す電流リードの一般要求事項提案 国内委員会提案 現行並びに近未来の想定超電導市場を背景に 我が国の IEC/TC90( 超電導 ) 幹事国という立場を機軸として 超電導応用基盤技術研究開発 との一体的 提案済み : 超電導関連用語 電流リード素案作成 : 長尺超電導線 SMESシステム等 素案準備中 : 超電導機器の技術動向 標準化ニーズ動向把握 Ⅱ-25 ページページ 22/27
超電導関連用語規格の追加 改正調査 超電導関連用語 JIS H 7005(1999) 及び IEC 60050-815 (2000) の追加 改正案を IEC/TC90 国内技術委員会に提案 経過 : -JIS 改正 (JISH7005:2000) 提案発行 : 平成 17 年 3 月 20 日 -IEC60050-815(1999) の改正提案 :2006 年 6 月 8 日 追加用語 ( 電力機器関連 8 項目 ): 粒界弱結合(grain boundary weak link) バルク超電導体(bulk superconductor) 薄膜導体(coated conductor) 冷凍機冷却超電導マグネット(cryocooler-cooled superconducting magnet) クエンチ検出器(quench detector) 小型冷凍機(cryocooler) 偏流(non-uniform current) 単結晶引き上げ装置(superconducting MCZ) Ⅲ-679 ページページ 23/27 電流リードに係わる 電流リード分科会にて調査し 規格素案を IEC/TC90 国内技術委員会に提案 規格素案 : 電流リードの特性試験に関する一般要求事項 英語版 IEC 61788-14: SUPERCONDUCTIVITY-Part 14: Superconducting Power Devices-General requirements for Characteristic Tests of Current Leads Designed for Powering Superconducting Devices 経過 : -IEC 新規提案 NP:2006 年 9 月 22 日 -IEC の NP 承認 :2007 年 2 月 -IEC の CD 提案 :2008 年 8 月 - 国際規格 IS:2010 年発行予定 Ⅲ-679~680 Ⅲ-660 ページページページ 24/27
長尺超電導線に係わる 超電導線分科会及び超電導電力ケーブル分科会並びに TC90/TC20 国内リエゾンアドホックグループにて調査し 規格素案を作成中 * 国内委員会へ提案し 標準化を目指す ( パネル討論会開催 CIGRE IEEE との情報交換等による標準化ニーズの的確な判断をもとに国際標準化を推進 ) 規格素案 : 超電導線分科会 : 超電導線に対する一般要求事項 超電導線の試験方法 超電導電力ケーブル分科会 : 超電導電力ケーブルシステムに対する一般要求事項 交流超電導電力ケーブルの試験方法 Ⅲ-680 ページページ 25/27 超電導電力機器に係わる 1. SMES 当 SMES 分科会とNEDO 委託 超電導電力ネットワーク制御技術開発 との連携にて調査し SMESに対する一般要求事項 及び SMESの試験方法 の規格素案作成した * 国内委員会へ提案 2. その他機器 超電導限流器 超電導変圧器 超電導回転機等の国際技術動向並びに国際標準化ニーズ動向把握 * 技術動向 標準化ニーズ動向把握を基に規格素案の作成を目指す Ⅲ-681 ページページ 26/27
END ページ 27/27