高 電 圧 直 流 給 電 システム テクニカルリクワイヤメント 給 電 系 ガイドライン 高 電 圧 直 流 給 電 システム 導 入 拡 大 に 向 けた 取 り 組 み 通 信 ビル データセンタにおける 給 電 システムは, 省 エネ 化 低 コスト 化 が 期 待 できる 直 流 380 Vとする 高 電 圧 直 流 (HVDC) 給 電 システムが 注 目 されており, 実 導 入 段 階 にきています. 本 稿 では,HVDC 給 電 システムの 導 入 状 況 と 標 準 化 の 取 り 組 み, さらなる 普 及 推 進 のためNTTグループで 策 定 したテクニカル リクワイヤメントと 給 電 系 ガイドラインについて 紹 介 します. やました 山 下 暢 彦 さくらい 櫻 井 たかはし 高 のぶひこ あつし 敦 橋 晶 子 まつもり 松 あ き こ ひろあき 盛 裕 明 た な か / 田 中 い わ と / 岩 戸 とおる 徹 たけし 健 あさきもり こ う き / 浅 木 森 孔 貴 NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 か と う / 加 藤 じゅん 潤 しんたく み き お / 新 宅 幹 雄 はなおか な お き / 花 岡 直 樹 高 電 圧 直 流 給 電 システム NTTグループでは, 通 信 ビル デー タセンタの 電 力 消 費 量 の 増 大 に 伴 いさ まざまな 省 エネ 化 施 策 に 取 り 組 んでい ます.この 中 で, 電 力 システムの 省 エ ネ 化 施 策 として,NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 はNTTグループ 各 社 と 連 携 し 直 流 380 VでICT 装 置 に 電 力 を 供 給 す る 高 電 圧 直 流 * (HVDC) 給 電 システ ムを, 世 界 に 先 駆 けて 開 発 し 現 在 は 導 入 段 階 に 移 りつつあります. HVDC 給 電 システムは, 商 用 の 交 流 200 Vを 直 流 380 Vに 変 換 し, 蓄 電 池 に 充 電 しつつICT 装 置 に 電 力 を 供 給 し ます (1). 商 用 が 停 止 した 場 合 には 蓄 電 池 から 直 接 ICT 装 置 に 電 力 を 供 給 する ことで, 上 位 のエンジン 発 電 機 の 起 動 時 間 や 駆 けつけによる 対 処 時 間 中 の バックアップとして 機 能 します.HVDC 給 電 システムと 従 来 の 交 流 給 電 システ ム 48 V 直 流 給 電 システムとの 比 較 を 図 1に 示 します. 交 流 給 電 システム は 主 にデータセンタで 導 入 されていま すが, 変 換 段 数 が 多 いことから 電 力 損 失 が 大 きいこと, 蓄 電 池 からICT 装 置 * 高 電 圧 直 流 :ICT 分 野 において, 直 流 の 給 電 電 圧 は, 電 気 通 信 用 として 世 界 的 に 直 流 48 Vが 使 用 されています.これに 対 して, 直 流 300 400 V 程 度 の 高 い 電 圧 範 囲 を 高 電 圧 直 流 と 呼 ん でいます. 36
特 集 間 には 直 流 から 交 流 に 変 換 する 変 換 器 が 必 要 となるため, 信 頼 性 を 確 保 する 対 策 を 要 するなどの 課 題 があります. 一 方,48 V 直 流 給 電 システムは, 通 信 ビルで 導 入 されており,シンプル な 構 成 のため 極 めて 高 い 信 頼 性 を 維 持 しています.しかし 近 年,ICT 装 置 の 電 力 消 費 の 増 加 に 伴 い 電 流 が 増 加 する ため,ケーブルが 太 くなる 傾 向 にあり, ケーブル 敷 設 の 施 工 性 やICT 装 置 の 設 置 自 由 度 に 課 題 が 出 てきています.こ れに 対 してHVDC 給 電 システムは, 48 V 直 流 給 電 システムと 同 様 のシン プルな 構 成 のため, 極 めて 信 頼 性 が 高 く, 変 換 段 数 も 少 ないことから 電 力 ロ スも 低 減 でき,また 電 圧 を 高 くするた め 電 流 が 減 り,ケーブルの 細 径 化 が 可 能 です. これまで,NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 はHVDC 給 電 システムの 全 体 構 成 を 整 理 するとともに,NTTグルー プと 連 携 し 各 種 給 電 装 置 類 ( 整 流 装 置, 電 流 分 配 装 置,コンセントなど)を 開 発 し, 販 売 しています. 特 に, 安 全 性 に 配 慮 し, 感 電 のリスクを 回 避 するた め 露 出 のないコネクタやコンセントを 開 発 するとともに, 接 地 方 式 を 工 夫 し, 万 が 一 感 電 しても 人 体 に 流 れる 電 流 を 抑 制 するなどの 対 策 を 行 ってきま した.また, 電 気 的 安 定 性 を 確 保 する ために,ICT 装 置 で 短 絡 等 の 事 故 が 生 じ,ヒューズなどの 遮 断 器 が 開 放 する 際 の 電 圧 変 動 がほかのICT 装 置 に 影 響 を 及 ぼさないよう, 電 圧 変 動 を 抑 制 し た 新 たなヒューズや 電 流 分 配 装 置 を 開 発 しました. 開 発 した 給 電 装 置 類 や 接 地 方 式 を 図 2に 示 します. 国 際 標 準 化 HVDC 給 電 システムを 普 及 推 進 す るためには 国 際 標 準 化 が 必 要 であり, NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 は 国 際 電 気 通 信 連 合 電 気 通 信 標 準 化 部 門 (ITU-T)において 積 極 的 に 標 準 化 策 定 にかかわり,ICT 装 置 の 入 力 点 に 対 する 要 求 条 件 (L.1200)や 給 電 シス テム 構 成 への 要 求 要 件 (L.1201)の 制 定 に 貢 献 してきました (2),(3).これら 37
の 国 際 標 準 の 制 定 をトリガに 各 国 で HVDC 給 電 システムの 導 入 が 進 むと ともに,HVDC 対 応 ICT 装 置 のライン アップが 増 えてきました. NTTグループへの 導 入 NTTグループのHVDC 給 電 システ ムの 導 入 では, 研 究 所 へのトライアル をはじめとして,NTTファシリティー ズの 電 力 監 視 システムに 実 導 入 を 果 た すとともに, 最 近 ではNTTコミュニ ケーションズの 大 規 模 システムへの 導 入 を 完 了 しました.この 大 規 模 システ ムは₅00 kwシステムを 8 システム 導 入 し, 全 体 で 約 4 MWと 非 常 に 大 きな システムであり, 導 入 コストの 低 減 や 電 気 料 金 の 削 減 に 貢 献 しています. 今 後 NTTグループがHVDC 給 電 シ ステムをさらに 普 及 推 進 していくには HVDC 対 応 ICT 装 置 のラインアップ 拡 充 とさらなるシステムコストの 低 減 が 必 要 です.NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 では,NTTグループがHVDC 対 応 ICT 装 置 を 調 達 していく 際 の 技 術 資 料 として,テクニカルリクワイヤメント (TR)の 制 定 と 給 電 システムの 開 発 調 達 設 計 施 工 において 考 慮 すべき インタフェース 条 件 や 機 能 条 件 などの 指 針 である 給 電 系 ガイドライン(GL) を 策 定 しました.TRの 制 定 により NTTグループは 広 くHVDC 対 応 ICT 装 置 を 調 達 する 意 志 があることを 世 界 に アピールすることができ,ICTベンダ の 開 発 製 品 化 を 後 押 しすることがで きます.またGLの 制 定 により, 給 電 システムの 設 計 要 綱 などのマニュアル に 反 映 することができるため, 標 準 的 な 設 計 や 施 工 の 確 立 によりさらなる 構 築 のコスト 低 減 が 可 能 となります. TRはICT 装 置 の 入 力 部 に 対 する 要 求 条 件 であり, 国 際 標 準 との 整 合 を 図 るため,ITU-T L.1200をベースとし て 電 圧 範 囲 や 異 常 電 圧 時 の 動 作 条 件 な ど 基 本 的 な 条 件 を 盛 り 込 みました (4). 規 定 範 囲 を 図 ₃に, 主 な 規 定 項 目 を 図 ₄ に 示 します.ここで,NTTグルー プが 事 業 運 営 していくにあたって, 必 38
特 集 要 な 項 目 について 検 討 を 進 めました. 安 全 性 や 電 気 的 安 定 性 の 観 点 を 重 視 し, 感 電 リスクを 低 減 するためICT 装 置 停 止 時 における 蓄 積 エネルギーのレ ベルや 定 格 電 圧 や 最 大 定 格 容 量 等 の 規 定 を 設 けました.また,これまで48 V 直 流 給 電 システムで 規 定 されていた, 発 振 条 件 や 突 入 電 流 の 詳 細 条 件 などに ついてリスク 評 価 を 実 施 し,HVDC 給 電 システムではリスクが 小 さいことを 明 らかとしました. 本 TRにより,ICT ベンダはHVDC 対 応 ICT 装 置 の 開 発 販 売 がしやすくなり,NTTグループ は 広 くHVDC 対 応 ICT 装 置 を 調 達 する ことが 可 能 となります.TRの 発 行 を 契 機 にHVDC 給 電 システムを201₆ 年 から 本 格 導 入 するニュースリリースを 発 出 しました (₅). GLは 給 電 システム 全 体 の 要 求 条 件 であり,NTTグループが 事 業 運 営 す るにあたって 安 全 かつ 信 頼 性 を 確 保 し HVDCシステムを 導 入 運 営 するた めの 規 定 を 盛 り 込 みました.HVDC 給 電 系 GLの 規 定 範 囲 と 主 な 項 目 を 図 ₅ に 示 します.すでに48 V 系 の 給 電 系 ガイドラインは 発 行 されていますが, HVDC 給 電 システムでは, 普 及 拡 大 を 特 に 意 識 し, 安 全 性 を 確 保 しつつ 従 来 の 規 定 が 緩 和 可 能 か 検 討 を 進 めまし た. 例 えば,48 V 系 では 整 流 装 置 が 設 置 しているフロアから 別 のフロアに 設 置 されているICT 装 置 に 電 力 を 供 給 する 異 フロア 給 電 はノイズや 迷 走 電 流, 直 撃 雷 による 過 電 圧 等 のリスクの ため 禁 止 されていました.HVDC 給 電 システムでは, 接 地 方 式 が 異 なり,ノ イズと 迷 走 電 流 に 対 するリスクは 低 減 できるため, 直 撃 雷 によるリスクを 低 減 する 対 策 について 検 討 を 進 めまし た.NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 と NTTファシリティーズでは,サージ 防 護 デバイス(SPD)を 開 発 し, 過 電 圧 の 抑 制 効 果 を 明 らかにするととも に,SPDの 設 置 条 件 を 整 理 しました. これにより, 異 フロア 給 電 が 可 能 とな る 指 標 を 示 すことができました.また, 遮 断 器 開 放 時 における 過 渡 電 圧 が 他 の 39
ICT 装 置 に 及 ぼす 影 響 についても 評 価 し, 詳 細 なモデルにて 実 験 シミュレー ションを 行 いました.NTT 環 境 エネル ギー 研 究 所 が 開 発 したヒューズおよび 電 流 分 配 装 置 により, 過 渡 電 圧 は ITU-T L.1200の 動 作 電 圧 範 囲 に 収 ま ることを 明 らかとし, 安 定 した 運 用 が 可 能 であることを 確 認 しました. 今 後 の 展 開 前 述 したTR,GLにより,NTTグ ループは 本 格 的 な 導 入 体 制 を 整 えるこ とができ, 導 入 戦 略 を 立 案 しました. 201₆ 年 度 から 本 格 導 入 を 開 始 し,2030 年 までにはHVDC 給 電 システムを 基 本 システムとすることを 目 指 していき ます. 高 効 率 高 信 頼 低 コストな HVDC 給 電 システムの 普 及 により, 電 気 料 金 の 削 減 と 導 入 コストの 低 減 が 期 待 できます. 今 後,ICT 装 置 ベンダなどのステー クホルダへの 働 きかけを 強 めること で,HVDC 対 応 ICT 装 置 のラインアッ プを 拡 充 していくとともに, 給 電 シス テム 全 体 のコスト 低 減 をさらに 進 め, HVDC 給 電 システムの 導 入 を 加 速 さ せていきます. これにより, 情 報 通 信 分 野 のさら なる 省 エネルギー 化 を 推 進 していき ます. (1) T. Babasaki, T. Tanaka, Y. Nozaki, T. Tanaka, T. Aoki, and F. Kurokawa: Developing of higher voltage direct-current power-feeding prototype system, INTELEC200₉,pp.1-₅, 200₉. (2)ITU-T L.1200: Direct current power feeding interface up to 400 V at the input to telecommunication and ICT equipment, 2012. (3) ITU-T L.1201: Architecture of power feeding systems of up to 400, 2014. (4) http://www.ntt.co.jp/ontime/img/pdf/ tr1₇₆002ed1_j.pdf (5) http://www.ntt.co.jp/news2014/1408/140804a. html ( 後 列 左 から) 櫻 井 敦 / 浅 木 森 孔 貴 / 高 橋 晶 子 / 花 岡 直 樹 / 松 盛 裕 明 / 加 藤 潤 ( 右 上 ) ( 前 列 左 から) 岩 戸 健 / 山 下 暢 彦 / 田 中 徹 / 新 宅 幹 雄 HVDC 給 電 システムの 普 及 を 推 進 し, NTTグループの 省 エネ 化 に 貢 献 するととも に, 世 界 に 広 げていきます.また,さらな る 給 電 システムの 省 エネ 低 コスト 化 とな る 給 電 トポロジの 研 究 開 発 を 加 速 していき ます. 問 い 合 わせ 先 NTT 環 境 エネルギー 研 究 所 エネルギーシステムプロジェクト エネルギー 供 給 方 式 グループ TEL 04₂₂-₅₉-388₇ FAX 04₂₂-₅₉-33₁4 E-mail tanaka.toru lab.ntt.co.jp 40