KR101516507B1 - 플라이휠 발전 설비 및 그 운전방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시 형태에 의하면, 플라이휠 발전 설비는, 회전 에너지를 축적하기 위한 플라이휠을 가지며, 상기 회전 에너지를 전력으로 변환하여 시험 설비에 공급하는 플라이휠 발전기를 구비한다. 또한, 상기 발전 설비는, 상기 플라이휠을 회전시키는 구동 전동기와, 상기 구동 전동기에 전력을 공급하는 전원장치를 구비한다. 또한, 상기 발전 설비는, 상기 플라이휠의 회전에 관한 신호를 출력하는 검출기와, 출력된 상기 신호에 의거하여, 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는 제어장치를 구비한다. 또한, 상기 제어장치는, 상기 구동 전동기가, 상기 시험 설비로의 전력 공급의 정지중과, 상기 시험 설비로의 전력 공급중에 상기 플라이휠에 가속 토크를 부여하도록 상기 구동 전동기의 동작을 제어한다.

Description

플라이휠 발전 설비 및 그 운전방법{FLYWHEEL POWER GENERATING FACILITY AND METHOD OF OPERATING SAME}
본 출원은, 앞서 2011년 10월 11일자로 출원된 일본국 특허출원 제2011-224245호를 기초로 우선권 주장하면서 2012년 9월 14일자로 출원된 국제출원 제PCT/JP2012/073631호의 계속출원이며, 그 전체 내용은 여기에 참조로서 통합된다.
본 발명의 실시 형태는, 플라이휠 발전 설비 및 그 운전방법에 관한 것이다.
도 6은, 종래의 플라이휠 발전 설비의 구성을 나타내는 개략도이다.
플라이휠 발전기(1)는, 회전 에너지(기계 에너지)를 축적하기 위한 플라이휠(1a)을 갖고 있고, 축적되어 있는 회전 에너지를 전기 에너지(전력)로 변환하여 출력할 수 있다. 플라이휠 발전기(1)는 예를 들면, 단시간에 대전류를 필요로 하는 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급용으로 이용된다. 도 6에서는, 플라이휠 발전기(1)에 구동 전동기(2)가 직접 연결되어 있고, 또한, 구동 전동기(2)에 전원장치(3)가 접속되어 있다. 구동 전동기(2)는, 플라이휠(1a)을 회전시키는 전동기이며, 전원장치(3)는, 구동 전동기(2)에 전력을 공급하는 장치이다.
플라이휠 발전기(1)가 핵융합 시험 설비(6)의 전원으로서 이용되는 경우, 플라이휠 발전 설비는, 핵융합 시험 설비(6)의 운전 시작에 앞서, 구동 전동기(2)에 의해 플라이휠 발전기(1)를 가속시켜, 플라이휠(1a)에 회전 에너지를 축적한다. 이때, 플라이휠 발전 설비에서는, 검출기(5)(예를 들면 회전속도 검출기)와 제어장치(4)(예를 들면 회전속도 제어장치)에 의해, 안정된 가속제어를 실현하고 있다. 예를 들면, 검출기(5)는, 플라이휠(1a)의 회전속도를 검출하고, 제어장치(4)는, 검출된 회전속도에 의거하여, 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다.
플라이휠 발전기(1)는, 핵융합 시험 설비(6)의 운전중, 축적된 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 핵융합 시험 설비(6)에 전기 에너지를 공급한다. 이에 의해, 플라이휠(1a)의 회전속도는, 회전 에너지의 감소에 따라 저하되어 간다. 플라이휠 발전 설비는, 회전속도가 사전 설정된 속도까지 저하하면, 핵융합 시험 설비(6)의 운전을 정지하고, 구동 전동기(2)에 의해 플라이휠 발전기(1)를 재차 가속시킨다. 플라이휠 발전 설비에서는, 플라이휠 발전기(1)의 가속과 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급을 반복함으로써, 핵융합 시험 설비(6)의 운전을 반복적으로 행한다.
아울러, 플라이휠 발전 설비의 기동시나, 플라이휠(1a)의 회전속도의 저하시 에 있어서, 제어장치(4)는, 구동 전동기(2)의 동작을 제어하여, 플라이휠(1a)의 회전속도를 정격 회전속도까지 가속시킨다.
일본국 플라즈마ㆍ핵융합학회지;권호: 1999-04-25,73,4; 게재 페이지:427~430
종래의 플라이휠 발전 설비에서는, 구동 전동기(2)로서, 코일형 유도 전동기가 채용되며, 제어장치(4)로서 2차 코일에 설치된 액체 저항기에 의한 속도 제어장치가 채용된다. 또한, 종래의 플라이휠 발전 설비에서는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급시에는, 전원장치(3) 내의 전원용 차단기(3a)를 열어, 전원장치(3)로부터 구동 전동기(2)로의 전력 공급을 정지한다.
이유는, 첫째로, 핵융합 시험 설비(6)는, 갑자기 변화하는 대전력을 취급하기 때문에, 전력회사의 전력 계통으로부터 완전하게 독립된 시스템 구성으로 하기 위함이다. 둘째로, 종래의 플라이휠 발전 설비에서는, 가속제어로 물 저항기(water rheostat)를 이용한 제어를 행하고 있기 때문에, 핵융합 시험 설비(6)의 운전중에 있어서의 급속한 회전속도의 변화중에, 플라이휠 발전기(1)를 사용하는 것은 적절하지 않기 때문이다.
따라서, 종래의 플라이휠 발전기(1)는, 핵융합 시험 설비(6)가 필요로 하는 최대 에너지를 축적 가능한 발전 용량과 플라이휠 사이즈를 구비할 필요가 있었다. 그렇지만, 종래의 핵융합 시험 설비(6)의 운전 시간은, 최대라도 10초간 정도로 짧고, 핵융합 시험 설비(6)가 필요로 하는 최대 에너지량을 축적 가능한 플라이휠 발전기(1)는 실현 가능했다.
그런데, 최근의 핵융합 시험에서는, 5분간 이상의 장시간 플라즈마 운전이 계획되고 있다. 핵융합 시험 설비(6)의 장시간 운전에서는, 큰 유효 전력을 필요로 하는 플라즈마 점화(ignition)시의 운전 시간은 짧지만, 그 후의 플라즈마 유지시의 운전시간은 길다. 따라서, 운전중의 플라이휠 발전 설비의 손실분에 의한 회전 에너지 손실(즉 회전속도 저하)이 크다.
그 때문에, 핵융합 시험 설비(6)가 요구하는 운전시간을 만족시키고자 하면, 필요한 회전 에너지량이 대폭 증가한다. 이를 종래의 시스템 구성으로 실현하기 위해서는, 플라이휠 발전기(1)의 플라이휠 효과(flywheel effect)를 상당히 크게 할 필요가 있다. 그렇지만, 치수, 중량의 모두가 종래보다 훨씬 큰 플라이휠 발전기(1)가 필요하기 때문에, 발전기(1)의 경제성이나 납기면에서 불이익일 뿐만 아니라, 발전기(1)가 실현 불가능한 경우도 생긴다.
그래서, 본 발명은, 플라이휠 발전기가 축적 가능한 회전 에너지량의 증대를 억제하면서, 시험 설비의 장시간 운전을 가능하게 하는 플라이휠 발전 설비 및 그 운전방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
일 실시 형태에 의하면, 플라이휠 발전 설비는, 회전 에너지를 축적하기 위한 플라이휠을 갖고, 상기 회전 에너지를 전력으로 변환하여 시험 설비에 공급하는 플라이휠 발전기를 구비한다. 또한, 상기 발전 설비는, 상기 플라이휠을 회전시키는 구동 전동기와, 상기 구동 전동기로 전력을 공급하는 전원장치를 구비한다. 또한, 상기 발전 설비는, 상기 플라이휠의 회전에 관한 신호를 출력하는 검출기와, 출력된 상기 신호에 기초하여, 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는 제어장치를 구비한다. 또한, 상기 제어장치는, 상기 구동 전동기가, 상기 시험 설비로의 전력 공급의 정지중과, 상기 시험 설비로의 전력 공급중에 상기 플라이휠에 가속 토크(torque)를 부여하도록, 상기 구동 전동기의 동작을 제어한다.
도 1은 제 1 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 제 1 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 3은 제 2 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 4는 제 3 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 제 4 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 플라이휠 발전설비의 구성을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시 형태)
도 1은, 제 1 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1의 구성에 대해서는, 도 6의 구성과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 1에서는, 플라이휠 발전기(1)가 구동 전동기(2)와 직접 연결되어 있고, 구동 전동기(2)는, 농형 유도 전동기(squirrel-cage induction motor)로 되어 있다. 또한, 전원장치(3)는, 상용 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원장치로 되어 있다. 전원장치(3)로부터 구동 전동기(2)로의 전원공급은, 가변 전압 가변 주파수 변환기(VVVF)를 갖는 제어장치(4)를 통해 행해진다.
검출기(5)는, 플라이휠(1a)의 회전속도를 검출하고, 제어장치(4)는, 검출된 회전속도에 의거하여, 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다. 제어장치(4)는, 플라이휠(1a)의 회전속도의 설정치를 설정하는 속도 설정부(speed setting module, 4a)를 구비하고 있다. 제어장치(4)는, 검출기(5)에 의해 검출되는 플라이휠(1a)의 회전속도가, 상기의 설정치와 동일해지도록, 구동 전동기(2)의 동작을 VVVF에 의해 제어한다. 이렇게 하여, 플라이휠(1a)의 속도제어가 행해진다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 핵융합 시험 설비(6)에 의한 플라즈마 시험의 시작 전이나 정지중 뿐만 아니라, 플라즈마 시험의 실시중에도, 전원용 차단기(3a)를 폐로한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급의 정지중 뿐만 아니라, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에도, 전원장치(3)로부터의 전원공급을 행한다.
또한, 제어장치(4)는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급의 정지중 뿐만 아니라, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에도 운전을 계속하여, 전원장치(3)로부터 구동 전동기(2)로의 전원공급을 계속하게 한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 구동 전동기(2)로부터 플라이휠(1a)로의 가속 토크의 인가가, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에도 계속된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 제어장치(4)는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급의 정지중과, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 구동 전동기(2)가 플라이휠(1a)에 가속 토크를 부여하도록 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다.
(1) 제 1 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용
다음으로, 계속해서 도 1을 참조하여, 제 1 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용에 대하여 설명한다.
도 1에서는, 플라즈마 시험이 시작되며, 플라이휠 발전기(1)로부터 핵융합 시험 설비(6)에 전력이 공급되면, 플라이휠(1a)의 회전속도가 저하한다. 이에 따라, 제어장치(4)는, 플라이휠(1a)이 가속되도록, 플라즈마 시험중에 구동 전동기(2)로 전력을 공급한다.
일반적으로, 구동 전동기(2)의 출력 전력은, 플라이휠 발전기(1)의 출력 전력의 수% 정도이다. 따라서, 플라즈마 점화시(도 2 참조)의, 대전력을 필요로 하는 초기의 몇 초간은, 플라이휠 발전기(1)에 있어서의 발전은 대체로, 플라이휠(1a)에 축적되어 있던 회전 에너지를 에너지원으로 한 발전으로 된다. 따라서, 플라즈마 점화시에는, 플라이휠(1a)의 회전속도가 급격하게 저하한다.
도 2는, 제 1 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 동작을 나타내는 그래프이다. 도 2는, 플라즈마 점화시 T1~T2에, 핵융합 시험 설비(6)로 대전력(P1)이 공급되는 모습을 나타내고 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 제어장치(4)에 VVVF를 사용한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 플라이휠(1a)의 회전속도가 급격하게 변화해도, 구동 전동기(2)에 공급되는 교류 전원의 실효 전압, 주파수를 VVVF에 의해 고속으로 제어함으로써, 구동 전동기(2)로의 전력 공급을 안정적으로 행할 수 있다.
한편, 플라즈마 유지기간(T2~T3)(도 2 참조)은, 수 100초라고 하는 장기간으로 되기 때문에, 핵융합 시험 설비(6)가 필요한 에너지량은 크지만, 도 2에 나타내는 바와 같이, 필요한 전력(P2)은 작다.
따라서, 플라이휠 발전기(1)의 풍손(windage loss), 베어링 손실(bearing loss) 등의 모든 손실을 고려해도, 구동 전동기(2)에 의해 이 정도의 전력을 공급하는 것은 충분히 가능하다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 플라즈마 유지기간(T2~T3) 중에 플라이휠(1a)의 회전속도를 유지 또는 상승시킴이 가능하다. 따라서, 본 실시 형태의 제어장치(4)는, 플라즈마 유지기간(T2~T3) 중에, 플라이휠(1a)의 회전속도를 설정치로 향하여 상승시키고, 설정치로의 도달 후는, 플라이휠(1a)의 회전속도를 유지시킨다.
이와 같이 하여, 본 실시 형태에서는, 핵융합 시험기간(T1~T4) 중에, 구동 전동기(2)로부터 플라이휠 발전기(1)로의 전력 공급과, 플라이휠 발전기(1)로부터 핵융합 시험 장치(6)로의 전력 공급이 동시 진행된다. 이때, 전자의 전력이 후자의 전력보다 작은 경우에는 또한, 플라이휠 발전기(1)로의 에너지 축적도 동시에 진행된다.
(2) 제 1 실시 형태의 효과
끝으로, 제 1 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급의 정지중 뿐만 아니라, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에도, 전원장치(3)로부터 구동 전동기(2)로의 전원공급을 계속하게 한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 구동 전동기(2)로부터 플라이휠(1a)로의 가속 토크의 인가가, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에도 계속된다. 이에 의해, 본 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는, 플라즈마 유지기간 중에 소비되는 에너지를 구동 전동기(2)로부터 공급함으로써, 플라이휠(1a)의 축적 에너지량을, 플라즈마 점화시에 필요한 에너지 정도로 한정할 수 있다.
그 때문에, 핵융합 시험 설비(6)를 건설할 때, 종래와 같이, 플라즈마 유지기간 중의 소비 에너지량도 아울러 플라이휠(1a)에 회전 에너지로서 축적시키는 경우와 비교해서, 훨씬 작은 플라이휠 발전기(1)로, 장시간 운전을 행하는 핵융합 시험 설비(6)의 건설이 가능하게 된다. 작은 플라이휠 발전기(1)를 채용함으로써, 현지에서의 조립 기간의 단축, 공사비용의 저감, 건물 설비 비용의 저감 등도 가능하게 된다.
본 실시 형태에서는, 기존의 플라이휠 발전기(1)를 유용한 채로, 구동 전동기(2)에 대응한 VVVF를 증설해도 좋다. 이에 의해, JT60 등의 핵융합 시험 설비(6)의 장시간 플라즈마 유지 운전 시험을 실현하는 것도 가능하게 된다. 그 경제 효과와 핵융합 기술의 발전으로의 기여는 매우 큰 것이다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 플라이휠 발전기(1)가 축적 가능한 회전 에너지량의 증대를 억제하면서, 핵융합 시험 설비(6)의 장시간 운전을 실현함이 가능하게 된다.
아울러, 본 실시 형태의 플라이휠 발전 설비는, 핵융합 시험 설비(6) 이외의 시험 설비에 적용해도 좋다. 이와 같은 시험 설비의 예로서는, 소립자용의 가속기 등을 들 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 검출기(5)는, 플라이휠(1a)의 회전에 관한 신호로서, 회전속도 이외를 유지하는 신호를 출력해도 좋고, 제어장치(4)는, 출력된 이 신호에 의거하여, 구동 전동기(2)의 동작을 제어해도 좋다. 이와 같은 신호의 예로서는, 플라이휠(1a)의 회전 가속도를 유지하는 신호 등을 들 수 있다.
(제 2 실시 형태)
도 3은 제 2 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 동작을 나타내는 그래프이다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 있어서, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 있어서의 속도 설정부(4a)의 설정치가, 플라이휠 발전기(1)의 운전 속도 범위의 상한치로 설정된다. 도 3에서는, 플라이휠 발전기(1)의 운전 속도 범위의 하한치, 상한치가 각각, Vmin, Vmax로 나타난다.
도 3에 나타내는 곡선(L1)은, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라이휠 발전기(1) (플라이휠(1a))의 회전속도의 변화를 나타낸다. 제 1 실시 형태에서는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급 중에 있어서의 속도 설정부(4a)의 설정치가, Vmin과 Vmax의 사이의 속도 V로 설정된다. 따라서, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 있어서, 플라이휠 발전기(1)의 회전속도는, 속도 V로 유지된다. 회전속도가 속도 V로부터 변동한 경우에는, 회전속도를 속도 V로 되돌리도록, 제어장치(4)가 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다.
한편, 곡선(L2)은, 제 2 실시 형태에 있어서의 플라이휠 발전기(1)의 회전속도의 변화를 나타낸다. 제 2 실시 형태에서는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 있어서의 속도 설정부(4a)의 설정치가, Vmax로 설정된다. 따라서, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 있어서, 제어장치(6)는, 플라이휠 발전기(1)의 회전속도를 Vmax로 유지되도록, 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다.
아울러, 곡선(L3)은, 제 3 실시 형태에 있어서의 플라이휠 발전기(1)의 회전속도의 변화를 나타낸다. 곡선(L3)에 대해서는, 제 3 실시 형태에서 설명한다.
(1) 제 2 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용
다음으로, 계속해서 도 3을 참조하여, 제 2 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 속도 설정부(4a)의 설정치를 Vmax로 설정함으로써, 플라이휠 발전기(1)가, 플라즈마 유지에 필요한 전력과, 구동 전동기(2)의 최대 출력 전력과의 차분에 상당하는 전력으로 가속된다. 그 결과, 플라즈마 점화기간에 감속된 플라이휠 발전기(1)의 회전속도가 Vmax까지 회복되어, 축적 가능한 최대 에너지가 플라이휠 발전기(1)에 축적된다.
프라즈마 유지기간의 시작 직후에 있어서, 제어장치(4)는, 플라이휠 발전기(1)의 회전속도가 상한치(Vmax)로 되돌려지도록 구동 전동기(2)의 동작을 제어하여, 회전속도를 Vmax까지 가속시킨다.
아울러, 본 실시 형태는, 예를 들면, 핵융합 시험 설비(6)의 소비 전력의 피크가, 플라즈마 유지기간 내에도 존재하는 경우에 유효하다. 이유는, 이와 같은 피크시에는 많은 전력이 필요하지만, 본 실시 형태에서는, 이와 같은 피크 전에, 축적 가능한 최대 에너지가 플라이휠 발전기(1)에 축적되기 때문이다.
(2) 제 2 실시 형태의 효과
끝으로, 제 2 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 있어서의 속도 설정부(4a)의 설정치가, 플라이휠 발전기(1)의 운전 속도 범위의 상한치(Vmax)로 설정된다.
따라서, 본 실시 형태에 의하면, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 있어서, 플라이휠 발전 설비의 최대 능력을 발휘할 수 있게 된다. 그 결과, 핵융합 시험 설비(6)의 장시간 플라즈마 유지 운전 시험의 운용의 자유도를 향상시킬 수 있다.
(제 3 실시 형태)
도 4는 제 3 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4의 플라이휠 발전 설비는, 도 1의 구성에 부가하여, 전력 검출기(7)를 구비한다. 전력 검출기(7)는, 전원장치(3)로부터 제어장치(4)를 통해 구동 전동기(2)로 공급되는 전력을 감시하기 위한 검출기이다.
또한, 제어장치(4)는, 구동 전동기(2)에 공급되는 전력의 상한을 설정하는 상한 설정부(4b)를 구비한다. 그리고, 제어장치(4)는, 전력 검출기(7)에 의해 검출되는 전력치가, 상한 설정부(4b)에 설정된 상한을 넘지 않도록, 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다.
(1) 제 3 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용
다음으로, 계속해서 도 4를 참조하여, 제 3 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용에 대하여 설명한다.
제 1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 핵융합 시험 설비(6)는, 운전 시작 직후의 플라즈마 점화기간에는 대전력을 필요로 하여, 플라이휠 발전기(1)의 회전속도는 급격하게 저하되어 간다. 이 경우, 제 2 실시 형태와 같이 회전속도의 설정치를 운전 속도 범위의 상한치로 설정하면, 플라즈마 유지에 필요한 전력과, 구동 전동기(2)의 출력 전력과의 차분이 급속히 커지며, 구동 전동기(2)가 과전력 운전으로 될 가능성이 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 제어장치(4)로부터 구동 전동기(2)로 공급되는 전력을, 전력 검출기(7)에 의해 감시한다. 그리고, 제어장치(4)는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 구동 전동기(2)로 공급되는 전력이 정격치를 넘지 않도록, 구동 전동기(2)에 공급되는 전력을, 상한 설정부(4b)에 설정된 상한으로 제한한다.
그 결과, 도 3에 나타내는 곡선(L3)과 같이, 운전 속도 범위의 상한치(Vmax)에 도달할 때까지의 시간이, 제 2 실시 형태의 경우보다 길어진다. 그렇지만, 본 실시 형태에 의하면, 구동 전동기(2)의 과전력 운전을 방지하고, 구동 전동기(2)나 제어장치(4)의 안정 운전을 실현할 수 있다.
(2) 제 3 실시 형태의 효과
끝으로, 제 3 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 제어장치(4)는, 구동 전동기(2)에 공급되는 전력의 상한을 설정하는 상한 설정부(4b)를 구비한다. 그리고, 제어장치(4)는, 구동 전동기(2)에 공급되는 전력이 이 상한을 넘지 않도록, 구동 전동기(2)의 동작을 제어한다.
따라서, 본 실시 형태에 의하면, 플라이휠 발전 설비 능력의 범위에서, 안정된 운전이 가능하게 되며, 핵융합 시험 설비(6)의 장시간 플라즈마 유지 운전 시험의 운전을 안정적으로 실시할 수 있다.
(제 4 실시 형태)
도 5는 제 4 실시 형태의 플라이휠 발전설비의 동작을 나타내는 그래프이다.
제 1 실시 형태에 있어서의 속도 설정부(4a)의 설정치 V나, 제 2 실시 형태에 있어서의 속도 설정부(4a)의 설정치 Vmax는, 일정한 값이다.
한편, 제 4 실시 형태의 제어장치(4)는, 핵융합 시험 설비(6)로의 전력 공급중에 시시각각으로 변화하는 설정치를 설정할 수 있는 속도 설정부(4a)를 구비한다. 즉, 제 4 실시 형태에서는, 속도 설정부(4a)의 설정치는, 시간에 따라 변화시킬 수 있다. 이하, 시간에 따라 변화하는 속도 설정부(4a)의 설정치(속도 지령치)를, 속도 패턴이라고 부른다.
(1) 제 4 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용
다음으로, 계속해서 도 5를 참조하여, 제 4 실시 형태의 플라이휠 발전 설비의 작용에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 제어장치(4)는, 핵융합 시험 설비(6)의 시험 운전중의 요구 전력 패턴(플라이휠 발전기(1)에 있어서는 출력 전력 패턴)으로부터, 플라이휠 발전기(1)에서 필요하게 되는 시험 운전중의 각 시점에서의 축적 에너지(회전 에너지)를 계산한다.
그리고, 제어장치(4)는, 그 축적 에너지를 가짐에 필요한 최저 회전속도로 되도록, 시시각각 변화하는 설정치(속도 패턴)를 그래프, 테이블, 함수 등에 의해 설정한다. 이에 의해, 핵융합 시험 설비(6)의 요구 전력 패턴을 달성 가능한 최저 회전속도에서의 플라이휠 발전기(1)의 운전이 가능하게 된다.
이와 같은 설정치에 의해 제어되는 플라이휠 발전기(1)의 회전속도의 예가, 도 5에 있어서 곡선(L4)으로서 나타난다. 본 실시 형태의 제어장치(4)는, 플라이휠 발전기(1)에, 필요한 축적 에너지를 갖게 하고, 또한 그 축적 에너지를 유지하기 위해서 필요 최소한의 회전속도로 되도록, 플라이휠 발전기(1)의 회전속도를 회전속도 변화폭 △V 내에서 조정한다. 회전속도 변화폭 △V은, Vmax로부터 Vmin까지의 속도폭이다.
아울러, 도 5에 있어서, L4는, T2 직후와 T3 직전을 제외하고, T축에 평행한 직선으로 묘사되어 있지만, 실제로는 대부분의 경우, 곡선으로 된다.
(2) 제 4 실시 형태의 효과
끝으로, 제 4 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 제어장치(4)는, 시간에 따라 변화하는 설정치를 설정할 수 있는 속도 설정부(4a)를 구비하고 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는 예를 들면, 핵융합 시험 설비(6)의 시험 운전중의 플라이휠 발전기(1)의 회전속도를 상기와 같이 제어함으로써, 시험 패턴을 달성하기 위해서 필요한 최저 회전속도를 찾아낼 수 있다.
플라이휠 발전기(1)의 운전중의 풍손, 베어링 손실 등의 기계적 손실은, 그 회전속도가 느린 만큼 저감할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 운전중의 손실을 최소로 하고, 핵융합 시험 설비(6)의 시험 운전에 필요한 전력 양을 최소로 할 수 있다. 여기에는 예를 들면, 핵융합 시험 설비(6)의 시험 운전에 드는 전력 요금을 최소로 할 수 있다고 하는 이점이 있다.
이상, 몇 개의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서만 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 본 명세서에서 설명한 신규 설비 및 방법은, 그 외의 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명한 설비 및 방법의 형태에 대하여, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 첨부한 특허 청구 범위 및 이에 균등한 범위는, 발명의 범위나 요지에 포함되는 이와 같은 형태나 변형 예를 포함하도록 의도되어 있다.
1: 플라이휠 발전기 1a: 플라이휠
2: 구동 전동기 3: 전원장치
3a: 전원용 차단기 4: 제어장치
4a: 속도 설정부 4b: 상한 설정부
5: 검출기 6: 핵융합 시험 설비
7: 전력 검출기

Claims (8)

  1. 회전 에너지를 축적하기 위한 플라이휠을 가지며, 상기 회전 에너지를 전력으로 변환하여 시험 설비에 공급하는 플라이휠 발전기와,
    상기 플라이휠을 회전시키는 구동 전동기와,
    상기 구동 전동기에 전력을 공급하는 전원장치와,
    상기 플라이휠의 회전속도를 검출하는 검출기와,
    상기 검출기에 의해 검출된 상기 회전속도에 의거하여, 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 구동 전동기가, 상기 시험 설비로의 전력 공급의 정지중과, 상기 시험 설비로의 전력 공급중에 상기 플라이휠에 가속 토크(accelerating torque)를 부여하도록, 상기 구동 전동기의 동작을 제어하며,
    상기 전력 공급중에서의 제 1 기간에는, 상기 플라이휠 발전기로부터 상기 시험 설비로 제 1 전력이 공급되고, 상기 전력 공급중에서의 상기 제 1 기간 후의, 상기 제 1 기간보다 긴 제 2 기간에는, 상기 플라이휠 발전기로부터 상기 시험 설비로 상기 제 1 전력보다 적은 제 2 전력이 공급되며,
    상기 제어장치는, 상기 플라이휠의 회전속도의 설정치를 설정하는 속도 설정부를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 제 1 기간 내에 상기 회전속도가 제 1 속도로부터, 상기 제 1 속도보다 낮은 제 2 속도로 저하하고, 상기 제 2 기간 내에 상기 회전속도가 상기 제 1 속도 이하의 상기 설정치로 되도록 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는, 플라이휠 발전 설비.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 제 2 기간 내에 상기 회전속도가 상기 제 1 속도 이하이면서 상기 제 2 속도 이상인 상기 설정치로 되도록, 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는, 플라이휠 발전 설비.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 속도는 상기 회전속도의 상한치인, 플라이휠 발전 설비.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전속도의 상기 설정치는 상기 회전속도의 상한치인, 플라이휠 발전 설비.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 속도 설정부는, 시간에 따라 변화하는 상기 설정치를 설정하는, 플라이휠 발전 설비.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 속도 설정부는, 상기 설정치를, 상기 시험 설비의 운전이 가능한 최저 속도로 설정하는, 플라이휠 발전 설비.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 구동 전동기에 공급되는 전력의 상한을 설정하는 상한 설정부를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 구동 전동기에 공급되는 전력이 상기 상한을 넘지 않도록, 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는, 플라이휠 발전 설비.
  8. 플라이휠 발전기의 플라이휠을 회전시키는 구동 전동기가, 상기 플라이휠 발전기로부터 시험 설비로의 전력 공급의 정지중과, 상기 플라이휠 발전기로부터 상기 시험 설비로의 전력 공급중에 상기 플라이휠에 가속 토크를 부여하도록, 상기 구동 전동기의 동작을 제어장치에 의해 제어하고,
    상기 전력 공급중에서의 제 1 기간에는, 상기 플라이휠 발전기로부터 상기 시험 설비로 제 1 전력이 공급되고, 상기 전력 공급중에서의 상기 제 1 기간 후의, 상기 제 1 기간보다 긴 제 2 기간에는, 상기 플라이휠 발전기로부터 상기 시험 설비로 상기 제 1 전력보다 적은 제 2 전력이 공급되며,
    상기 제어장치는, 상기 회전속도의 설정치를 설정하는 속도 설정부를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 제 1 기간 내에 상기 회전속도가 제 1 속도로부터, 상기 제 1 속도보다 낮은 제 2 속도로 저하하고, 상기 제 2 기간 내에 상기 회전속도가 상기 제 1 속도 이하의 상기 설정치로 되도록 상기 구동 전동기의 동작을 제어하는, 플라이휠 발전 설비의 운전방법.
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