三菱電機「中低圧直流配電システム実証棟」を訪問しました

2016年11月1日掲載

2016年9月、パワーアカデミー事務局は、香川県丸亀市にある三菱電機株式会社の受配電システム製作所「中低圧直流配電システム実証棟」を訪問しました。2016年7月に稼働開始した中低圧直流配電システム実証棟は、三菱電機のスマート中低圧直流送電システム事業の主要拠点です。今後の再生可能エネルギーの普及やスマート社会実現のキーテクノロジーになると予想される直流配電システムについて、その最先端の実証現場をご紹介します。

電気のふたつの流れ「直流」と「交流」とは?

三菱電機の「中低圧直流配電システム実証棟」の紹介の前に、直流(DC:Direct Current)と交流(AC:Alternating current)についてご説明しましょう。

下図に示されるように直流は電流の向きと大きさが常に同じです。交流は電流の向きや大きさが短時間のうちに変化します。

電力会社から家庭に配られている電気は交流で、分かりやすく言えば、家庭のコンセントから流れる電気は交流の電気です(※1)。

一方、家庭で使う電気製品は、多くの機器が直流で動きます。テレビ、冷蔵庫、洗濯機、パソコンなど多くの電化製品は、内部で交流を直流に変換して使用しているのです。例えば、テレビは機器の中に交流を直流に変える電源装置があり、パソコンはAC/DCアダプターを使って交流から直流に変換して使用しています。また、乾電池やバッテリー(蓄電池)の電気も直流です。

(※1)周波数変換所や連系所では、直流送電が採用されている。詳細は、「電気の施設訪問レポートvol.8 北本連系設備」および「vol.17 南福光連系所」をご覧ください。

直流と交流の変換を減らして、省エネを実現する「直流配電システム」

東日本大震災以降、再生可能エネルギーの利用拡大が進んでいます。そんな中、直流配電システムが注目されはじめています。

震災以降、太陽光発電や風力発電など再生可能エネルギーの普及が進みましたが、これらは天気に大きく左右されるため、多くの場合、蓄電池と併用して使用されています。

実はこれら再生可能エネルギーも蓄電池も、直流で発電・蓄電されているのです。

ところが、配電システムは前述したように交流であるため、再生可能エネルギーや蓄電池を使用する場合、直流から交流へ変換しなければなりません。また電気機器も前述した通り、多くの機器が直流で動いているため、交流から直流へのさらなる変換が必要になります。これらは変換のたびに、電力損失が発生しており、効率が悪いのです。

そこで直流と交流の変換を減らして、消費電力を削減する直流配電システムを実現するため、三菱電機が建設したのが「中低圧直流配電システム実証棟」です。

(※2)配電用変電所から工場、ビル、各家庭までの過程を配電という。主に短距離での送電で6600ボルト以下に下げて配電する。詳細は身近な電気工学「電力系統と駅伝」をご覧ください。

産業の省エネルギー化とエコ化を進化させる、「直流配電システム」導入へ向けて

「中低圧直流配電システム実証棟」は、香川県丸亀市の受配電システム製作所に建設されています。受配電システム製作所は、日本だけでなく世界中に製品を提供している三菱電機の受配電設備のマザー工場です。

今回、建設された「中低圧直流配電システム実証棟」は、三菱電機のスマート中低圧直流配電システム事業の主拠点です。トータルブランドを「D-SMiree(ディースマイリー)」と言って、交流から直流、また、直流から交流への変換の回数を減らして供給することで系統全体の消費電力を削減できるシステムを提供します。加えて、電力需要に基づく蓄電池制御技術や、スマートグリッドの構築に関連した技術によって、データセンター・ビル・工場・駅といった商用・公共施設の用途にあわせた配電システムを提供します。これからの日本の産業の省エネルギー化とエコ化をさらに進化させる直流配電システム、それが「D-SMiree」です。

直流配電システム実証棟をご案内いただきました

それでは当日、ご案内いただいた「中低圧直流配電システム実証棟」の主な施設をご紹介しましょう。2016年7月に稼働開始したばかりの"実証棟"なので、未だ開発中の製品やシステムがありますが、これまでにない新しい産業システムをつくろうとしている、活気あふれる雰囲気が満ちていました。

蓄電システム

最初は屋外の蓄電システムをご案内頂きました。この中にバッテリーが納められています。バッテリーは、リチウムイオン電池で、私たちの身近なスマートフォンやノートPCにも使用されているものです。直流接続が簡単な蓄電池の活躍が広がるのは、直流配電システムの大きなポイントです。

再生可能エネルギー(太陽光発電・風力発電)

屋外にあるメインの太陽光発電は、定格85キロワットで出力しています。直流で発電するため、交流に変えることなく、昇圧して直流配電システムへ連系しており、従来より効率が良いです。一方、風力発電は定格5キロワットの発電出力です。実は一般的に風力発電は、出力自体は交流ですが、風速が安定しないため、その出力である電圧や周波数を安定させるため、一回直流に変えています。それをさらに電力系統へ接続させるため、交流に変えるという方式をとっています。この二回にわたる変換が、一回で済むため、こちらも効率が良くなります。

建材一体型の太陽光パネル

「中低圧直流配電システム実証棟」の建物の壁面に、格子状で並んだ、とてもオシャレな窓。実はこれは太陽光パネルなのです。単結晶のシリコンセル(2048セル)を高透過強化ガラスに内蔵しています。デザイン性もさることながら、剥離や樹脂の割れが少ない中間膜(EVA)を採用するなど、非常に耐久性が良いのも特長です。

外観からの太陽。格子状に並んだセルが、光と影の独特な空間を演出します。

建物の中より、太陽光パネルの裏を撮影しました。一つひとつのセルの様子が分かります。

電機機器

換気扇、サイネージ、セキュリティー、4Kテレビ、無人案内機、電子白板、PHS端末、サーバー照明、写真プリンタ、DCコンセント・・・「中低圧直流配電システム実証棟」にあるほとんどの電気機器が、直流で動作します。これらは通常の電気機器とは違って、直流で直接、動作するように本実証棟用に開発されたものです。総合電機メーカー・三菱電機ならではの技術力と言えるでしょう。写真は、実証棟に入ってすぐ私たちを迎えてくれた、無人案内機です。

直流給電システム(MELUPS DECO)

実証棟の2階は、電気室兼サーバー室となっており、そこに設置されているのが、キーテクロノジーといえる「直流配電システム MELUPS DECO」です。商用からの給電を直流の380ボルト(入力は交流200ボルト)に変換します。これにより、システム全体の電力損失低減をはかって省エネルギーを実現、システム変換効率は97%を達成しています。ちなみに通常こうした電力機器で黒色はめずらしいのですが、元々はデータセンター用に開発されたシステムであるため、サーバーラックの標準色の黒にあわせたそうです。また、デザイン性も重視して採用されました。

回生モーター

直流配電システムの横に展示されているのが回生モータで、鉄道やクレーンがブレーキをかける際に発生する回生エネルギー(※3)を模擬するためのモータです。回収した回生エネルギーは実証棟内の直流負荷へ給電され、エネルギーの有効活用を実現しています。

(※3)回生エネルギーについて詳細は「身近な電気工学 モーターと回生ブレーキ」をご覧ください。

マイグレーション装置

直流配電システムで380ボルトに変換された電気を、さらに低圧の24ボルト等に変換して、換気扇、サイネージ、セキュリティー、4Kテレビ、無人案内機などで使えるようにします。それを行うのがマイグレーション装置。通常は、分電盤や直流配電システム横のラックに納められていますが、こちらがそのサンプルです。

エネルギーマネジメントシステム

ビル全体の使用状況を見ながら、エネルギーを一元管理できるシステムを導入しています。建物全体の温度や照明の照度などすべてのエネルギーを見える化して、スイッチのオン・オフなどもできるシステムです。見学時にはまだ調整中でしたが、天気予報をもとに再生可能エネルギーの発電量やビル内の負荷予測を行い、より高度なエネルギーマネジメントシステムへと進化させていきます(※4)。

(※4)エネルギーマネジメントシステム(HEMSおよびBEMS)についての詳細は「身近な電気工学 バレーも電力もIT管理」をご覧ください。

直流配電を体験しました

こちらは、直流380ボルトのコンセントを実体験できるデモコーナーです。コンセントを差すと、380ボルトから5ボルトに変換する装置(USBアダプタ)が作動して扇風機が回るというデモです。私たちも実際にやらせていただきました。

編集後記

ご案内頂いた三菱電機の中野慎太郎さん(写真左)と、福野研一さん(右)です。

当日はあいにくの曇天でしたが、できたばかりの「中低圧直流配電システム実証棟」のフレッシュさと、ご紹介頂いた三菱電機の社員の皆様の熱意で、すがすがしい気分で取材を終えることができました。直流配電システムを実現させて、より日本の産業の省エネルギー化とエコ化を推進したい。そんな使命感を三菱電機の皆様から感じました。今後もパワーアカデミー事務局は、電気技術の先端テクノロジーと言える「直流配電システム」に注目してまいります。

この記事に関連する電気工学のキーワード

  • 電力系統
  • 電力機器
  • 太陽光発電
  • 蓄電池
  • IT

バックナンバー一覧

電気の施設訪問レポート vol.302023年3月掲載

JERAトヨタ自動車「大容量スイープ蓄電システム」を訪問しました
2023年2月、パワーアカデミー事務局は、JERA四日市火力発電所構内(三重県)に設置された、「大容量スイープ蓄電システム」を訪問しました。株式会社JERA(以下JERA)とトヨタ自動車株式会社(以下…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.292022年3月掲載

「Jファーム スマートアグリプラント」をご紹介します
今回の電気の施設訪問レポートはエネルギー分野へと展開し、エネルギーを上手く活用した施設のご紹介です。最先端のスマートアグリシステムを活用した太陽型植物工場が、北海道で高糖度ミニトマトなどの栽培に大きな…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.282021年3月掲載

「大規模CO2分離回収実証設備」をご紹介します
福岡県の最南端に位置する大牟田市。広大な干潟の有明海に面し、かつては炭坑の町としても知られていた同市が、今、エネルギーや環境問題の関係者から熱い視線を浴びています。注目の的となっているのは、バイオマス…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.272020年9月掲載

「東北電力奥会津水力館 みお里 MIORI®」をご紹介します
2020年7月9日、福島県大沼郡金山町に「東北電力奥会津水力館 みお里 MIORI®」がオープンしました。東北電力としては初めての本格的な水力発電のPR施設となります。パワーアカデミー事務局で…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.262020年3月掲載

「沖縄県海洋温度差発電実証試験設備」を訪問しました
2019年12月、パワーアカデミー事務局は、沖縄県・久米島町にある「沖縄県海洋温度差発電実証試験設備」を訪問しました。同施設は、太陽からの熱で温められた表層水と深海の冷たい海洋深層水(深層水)との温度…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.252019年9月掲載

竹のバイオマス熱電併給事業施設を訪問しました
2019年6月、パワーアカデミー事務局は、熊本県南関町(なんかんまち)にあるバンブーエナジー株式会社のバイオマス熱電併給事業施設を訪問しました。同施設は、竹をバイオマス原料として活用するという困難なテ…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.242019年2月掲載

「山川発電所/山川バイナリー発電所」を訪問しました
2018年12月、パワーアカデミー事務局は、指宿市山川地区にある地熱発電所、九州電力「山川(やまがわ)発電所」および九電みらいエナジー「山川バイナリー発電所」を訪問しました。山川バイナリー発電所は、山…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.232018年8月掲載

関西電力「蹴上発電所」を訪問しました
2018年6月、パワーアカデミー事務局は、京都市左京区にある関西電力・蹴上(けあげ)発電所を訪問しました。蹴上発電所は、日本ではじめての事業用水力発電所として京都の近代化に大きく貢献、現在でも現役の発…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.222018年1月掲載

「新島プロジェクト事業」を訪問しました
2017年12月、パワーアカデミー事務局は、東京都新島村を訪問しました。新島村では、再生可能エネルギーを最大限受け入れ可能な電力系統システムの構築を目指した実証試験「電力系統出力変動対応技術研究開発事…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.212017年8月掲載

「圧縮空気エネルギー貯蔵(CAES)実証設備」を訪問しました
今回、パワーアカデミー事務局は、静岡県賀茂郡河津町にある圧縮空気エネルギー貯蔵(CAES:Compressed Air Energy Storage)システムの実証試験設備を訪問しました。…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.202016年11月掲載

三菱電機「中低圧直流配電システム実証棟」を訪問しました
2016年9月、パワーアカデミー事務局は、香川県丸亀市にある三菱電機株式会社の受配電システム製作所「中低圧直流配電システム実証棟」を訪問しました。…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.192016年7月掲載

「柏の葉スマートシティ」を訪問しました
2016年3月、パワーアカデミー事務局は「柏の葉スマートシティ」を訪問しました。柏の葉スマートシティは、内閣府の地域活性化総合特区に指定されており、国家的事業として取り組んでいる、…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.182015年10月掲載

東北電力「新仙台火力発電所」を訪問しました
2015年10月、パワーアカデミー事務局は東北電力の新仙台火力発電所(仙台市宮城野区)を訪問しました。仙台市の一番東にある仙台港に位置する新仙台火力発電所は、…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.172015年1月掲載

中部電力「南福光連系所」を訪問しました
2014年11月、パワーアカデミー事務局は中部電力と北陸電力の電力系統を連系している南福光連系所(富山県南砺市※とやまけんなんとし)を訪問しました。南福光連系所……>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.162014年9月掲載

東京電力「常陸那珂火力発電所」を訪問しました
2014年7月、パワーアカデミー事務局は東京電力の常陸那珂(ひたちなか)火力発電所(茨城県那珂郡東海村)を訪問しました。緑豊かな自然と太平洋の大海原が広がる常……>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.152014年5月掲載

「沖縄やんばる海水揚水発電所」を訪問しました
2014年2月、パワーアカデミー事務局は、沖縄県北部の国頭村(くにがみそん)にある、J-POWER(電源開発株式会社)の「沖縄やんばる海水揚水発電所」を訪問しました。沖縄やんばる海水揚水発電所は、世界…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.142013年11月掲載

「神之池バイオマス発電所」を訪問しました
2013年9月、パワーアカデミー事務局は、茨城県神栖市にある、国内最大級の木質バイオマス専焼発電所「神之池バイオマス発電所」を訪問しました。これは、9月18日(水)に行われた第2回GPAN(パワーアカ…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.132013年10月掲載

「浮島太陽光発電所」を訪問しました
2013年8月、パワーアカデミー事務局は、神奈川県川崎市にある「浮島太陽光発電所」を訪問しました。浮島太陽光発電所は、川崎市と東京電力株式会社の共同事業として、川崎市の臨海部に建設した大規模太陽光発電…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.122013年7月掲載

電気の歴史につながる九州電力・黒川第一発電所を訪問しました
2013年4月、パワーアカデミー事務局は、熊本県南阿蘇村にある九州電力の黒川第一発電所を訪問しました。黒川第一発電所は、約100年前の大正3年(1914)につくられた歴史ある水力発電所で、現在も現役で…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.112013年2月掲載

新出雲ウインドファームを訪問しました
2012年11月、パワーアカデミー事務局は、島根県出雲市にある株式会社新出雲ウインドファームを訪問しました。同社は、2009年4月に営業運転を開始した、日本最大規模の集合型風力発電施設「新出雲風力発電…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.102012年10月掲載

宮崎ウッドペレットを訪問しました
2012年8月、パワーアカデミー事務局は、宮崎県小林市にある宮崎ウッドペレット株式会社を訪問しました。宮崎ウッドペレット株式会社は、未利用となっている国内林地残材などを「木質ペレット」に加工し、バイオ…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.92012年9月掲載

九州電力・小丸川発電所を訪問しました
2012年8月、パワーアカデミー事務局は、宮崎県児湯郡木城町にある九州電力の小丸川発電所を訪問しました。小丸川発電所は、九州で最大規模の発電出力を誇る揚水式発電所。本レポートでは、小丸川発電所の仕組み…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.82012年5月掲載

電源開発・北本連系設備を訪問しました
2011年11月、パワーアカデミー事務局は、北海道・本州間電力連系設備(北本連系設備)の函館交直変換所を訪問しました。北本連系設備は、日本初の高電圧直流送電線という技術で、1979年に完成した北海道と…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.72012年4月掲載

東北電力・上の岱地熱発電所を訪問しました
2011年11月末、パワーアカデミー事務局は、秋田県湯沢市にある東北電力・上の岱地熱発電所を訪問しました。本レポートでは、震災後、注目を集める再生可能エネルギーのひとつ「地熱発電」の仕組みや特徴、そし…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.62012年4月掲載

関西電力堺港発電所と堺太陽光発電所を訪問しました
2011年10月、パワーアカデミー事務局は、大阪府堺市にある関西電力 堺港発電所と堺太陽光発電所を訪問しました。堺市の臨海部に位置する堺港発電所は、低炭素社会の実現とより低廉な電力の供給に向け、天然ガ…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.52010年9月掲載

四国電力「伊方ビジターズハウス」を訪問しました
2010年9月、パワーアカデミー事務局は、愛媛県西宇和郡にある「伊方ビジターズハウス」を訪問しました。伊方ビジターズハウスは、四国の約4割の電力をまかなう伊方発電所に隣接するPR施設です。施設は本館・…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.42009年12月掲載

中国電力「水島発電所」を訪問しました
2009年12月、パワーアカデミー事務局は、岡山県倉敷市にある、中国電力の水島発電所を訪れました。水島発電所は、水島コンビナートの電力をまかなうため、1961年に運転を開始した火力発電所です。発電所の…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.32009年11月掲載

中部電力PR展示施設「でんきの科学館」を訪問しました
2009年9月、パワーアカデミー事務局は、愛知県名古屋市にある「でんきの科学館」を訪れました。でんきの科学館は、見て、触れて、体験しながら電気の世界を発見できる参加・体験型の科学館。さまざまな角度から…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.22009年11月掲載

三居沢電気百年館を訪問しました
2009年11月、パワーアカデミー事務局は、仙台市にある「三居沢電気百年館」を訪れました。三居沢電気百年館は、東北の電気誕生から百年目を記念して、1988年に建てられたものです。主に東北地方における電…>>続きを読む

電気の施設訪問レポート vol.12009年8月掲載

関西電力「エル・シティ館」を訪問しました
2009年8月、パワーアカデミー事務局は、大阪府にある「エル・シティ館」を訪れました。エル・シティ館は、関西電力南港発電所のエル・シティ・ナンコウ内にあるPR施設。子供から大人まで、科学について遊び感…>>続きを読む

電気工学を知る