高効率送電が可能な「超電導ケーブル」：キーワード解説（1/2 ページ）

再生可能エネルギーの利用、発電、省エネ、需要の制御……これらは電力問題を解決し、より経済的な電力システムを作り上げるための重要な取り組みだ。今回はあまり顧みられることのない「送電」に注目し、超電導技術を使うとどこまで改善が可能なのかを紹介する。

[畑陽一郎，スマートジャパン]

　電力にはさまざまな課題がある。その1つが、「輸送時」にロスが生じることだ。電線を使って送電すると、電気抵抗のためにどうしても損失が生じる。遠くに送電すればするほど電圧が下がり、電力が熱に変わってしまう。これがロスの正体だ。

　送電ロスの悪影響は意外に大きい。20カ所の発電所があったとき、5％の送電ロスがあると、1カ所の発電が全く無駄になる計算だ。

　送電ロスを減らすにはどうすればよいだろうか。幾つか方法がある。そもそも送電しなければよい。電力を消費するすぐそばで発電する「地産地消」は効果的だ。この他、電力ケーブルを太くして電気抵抗を下げる、電力を高圧にして電気抵抗を減らす、このような取り組みが有効だ。

　電力ケーブルを太くする方法には限界がある。高圧鉄塔を幾つも並べる空中架電（架空送電）であればケーブルが重くなりすぎて切れてしまう。地中送電であれば配管の土木工事など設置費用がかさむ。そもそも都市部ではそれほど太い配管は設置できない。

　高圧送電はごく普通に使われている。発電所の発電機から得た電力をすぐに高圧に変換し、一次変電所まで高圧で送電するのはこのためだ^＊1）。ただし高圧のままでは使いにくいので、消費地に近づくと、再度電圧を低くしている。

＊1） 電力を送電するとき、電力損失は電流の値の2乗に比例する。電圧にはほぼ無関係だ。そこで、送電する前に電圧を高めて電流を絞る変圧処理を行う。

電気抵抗がゼロになればよい

　送電ロスを減らす方法がもう1つある。電気抵抗自体を減らせばよい。送電線には電気抵抗が最も低い銅を使っている。どうすればよいのだろうか^＊2）。

　超電導を使う。超電導とは、金属や金属酸化物などを低温にしたときに電気抵抗がゼロになる現象をいう^＊3）。当初は液体ヘリウムを使って得られるほどの極低温（−269℃）が必要だった。液体ヘリウムは高価であり、量産も難しい。1986年に高温超電導現象が発見されたため、現在では比較的安価に手に入る液体窒素（−196℃）の冷却で超電導現象を起こす材料が幾つも量産できるようになっている。

＊2） 銀の方が0℃での電気抵抗は低いが、高価であり大量には使えない。
＊3） このため超電導材料でリングを作り、そこにいったん電流を流すと低温に保たれている限り、永久に電流が流れ続ける。

　そこで、そのような材料で送電ケーブルを作り、常時液体窒素で冷却すれば、電気抵抗ゼロの送電が可能になる。理想的なシステムだが、非常に高くつきそうに見える。実際のところはどうなのだろうか。

　「銅ケーブルの損失は送電した電力の5％程度だ。超電導ケーブルだとこれが0になる。ただし、冷却で2％分が必要だ。差し引き3％が浮くことになる」（古河電気工業研究開発本部パワー＆システム研究所超電導応用開発部伝送技術グループの八木正史氏）。

　超電導ケーブルは銅線よりも希少な元素を使う。ケーブル自体も高くつきそうだ。「ケーブルメーカーの目標は2020年に銅ケーブルと同じコストにすることだ。これは実現できると考えている」（八木氏）。

メリットはゼロ抵抗ではない

　電気抵抗をゼロにできる超電導ケーブル。家庭でも使えるのだろうか。「超電導ケーブルは高電圧小電流の送電に向いている。現在は一次変電所の出力側（66kV）に接続することを考えて開発が進んでいる。発電所の発電機の出力側につなげる用途も有望だ」（八木氏、図1）。

図1 超電導ケーブルの用途。出典：NEDO

　超電導ケーブルは冷却しなくてはならないため、空中架電には向かない。一方、地中送電には最適な技術だ。都市中心部では空中架電が使えないため、地中送電が多用されている。もしある都市部で地区の電力需要が伸びていくことが分かったとしよう。地中送電用配管には余裕がないため、もう一度配管工事が必要だ。このような場合、超電導ケーブルであれば、より細い管でより大量の電力を送ることができる。銅ケーブルを置き換えるだけでよく、長距離の配管を敷設する工事は必要ない。景観上の問題で空中架電ができない地区にも向く。超電導ケーブルはシールドされているため、電磁波放射がほぼゼロだという特徴もある。