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高電圧直流給電システム導入に向けた装置開発

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HVDCコンセントバー
集
HVDC整流装置
特
高電圧直流給電システム
情報通信サービスの環境負荷低減に向けた取り組み
高電圧直流給電システム導入に向けた装置開発
ほし
ひでかず
や じ ま
星 秀和
ば ば さ き
ただとし
ひ ろ せ
馬場崎 忠利
ま つ お
NTTファシリティーズでは高電圧直流(HVDC)給電システムの通信ビル・
データセンタなどへの導入に加え,将来的には太陽光発電システムなど再
生可能エネルギーを直流のまま連系したスマートグリッドへの適用も視野
に入れた研究開発を行っています.本稿では幅広い領域での活用に向けた,
システム開発,構築・保守などの取り組みを紹介します.
ICT装置の課題
近年,サーバや情報通信装置などの
ICT装置は社会に広く普及し,経済活
HVDCコンセントバー ・
電源プラグ
ひでのり
松尾 英徳
た け だ
ひ ろ や
/矢島 寛也
けいいち
/廣瀬 圭一
のりたけ
まさとし
/則竹 政俊
たかし
武田 隆
NTTファシリティーズ
す.電源プラグを抜く際は,機械的ス
イッチをOFF側へスライドすること
で,内部の接点が開き,アークを遮断
直流の高電圧化に際して課題となる
*2
し,
ロックを解除するため,
外部へアー
動を支えています.通信ビルやデータ
遮断時のアーク
対策として,HVDC
クが発生することなく,作業者 ・ 保守
センタは,ICT装置を集中的に管理し
専用のHVDCコンセントバーと電源
者が安全に挿抜作業を行うことがで
ており,ICT装置の社会への浸透に伴
プラグを開発しました(図 1 )
.
きます.
い,社会インフラとして重要性を増して
ICT機器などの電源プラグをコンセ
います.重要性の高まりとともに,消費
ントに接続し,プラグ未挿入時は動作
される電力量も増加しており,消費電力
しない機械的スイッチをON側へスラ
量の低減が課題となっています.
イドすることで内部の接点が閉じ,電
*1
高電圧直流
(HVDC)給電システ
流が流れるとともに電源プラグの抜け
ムは,省エネルギー効果と高い給電信
防止ロックが作動する構造としていま
*1 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程度のなる高い電圧範囲を
高電圧直流と呼んでいます.
*2 アーク:電極に電位差が生じることにより,
電極間にある気体に持続的に発生する放電
の一種.
頼性の観点から世界中で大きな期待が
寄せられており,NTTグループでは
NTT環境エネルギー研究所とNTTファ
シリティーズが世界に先駆けて基礎研
究から各装置開発を行ってきました(1).
HVDC整流装置
HVDC整流装置は電力会社から供給
される商用の電力を直流380 Vに変換
する整流装置です(2).100 kWクラス,
500 kWクラスの容量があり,最高98%
と高い変換効率を有しています.また,
冗長構成を採用しており,万一障害発
生時も継続的な運用が可能です.
図 1 HVDCコンセントバー・電源プラグ
NTT技術ジャーナル 2015.1
41
情報通信サービスの環境負荷低減に向けた取り組み
テム移行の過渡期には,導入予定の
る直流380 Vを受電し,交流200 V,
ICT装置すべてがHVDCに対応してい
交流100 V,直流-₄8 Vいずれかの電
ないことが想定されます.そのため,
力を出力するマイグレーション用電源
HVDC給電システムを導入するに
HVDC給電システムの大枠を変更す
変換装置が必要となります(図 ₂ )
.
あたって,HVDC整流装置やHVDC
ることなく,部分的に従来の給電方式
分電盤といった装置のほか,HVDCに
である交流200 V,交流100 Vや直流
S(小容量)タイプとM(中容量)タ
対応したICT装置の調達が必要となり
-₄8 Vで動作するICT装置を利用する
イプのマイグレーション用電源変換装
ます.しかし,導入初期におけるシス
ために,HVDC整流装置から供給され
置を開発しました(図 ₃ )
.Sタイプは,
マイグレーション用電源変換装置
の開発
当社は,供給先の種類に合わせて,
19インチラック
交流200 V
直流380 V
HVDC整流装置
(100 kW・500 kW)
380 V対応ICT装置
直流380 V
HVDC分電盤
マイグレーション用
電源変換装置(S・M)
既存交流,直流
−48 V ICT装置
マイグレーション用
電源変換装置(S・M)
既存交流,直流
−48 V ICT装置
直流380 V
蓄電池
図 ₂ HVDC給電システムの構成
マイグレーション用電源変換装置(S)
マイグレーション用電源変換装置(M)
交流出力タイプ
直流出力タイプ
交流出力タイプ
直流出力タイプ
W:430 × D:700 ×
H:43(1U)
W:430 × D:700 ×
H:43(1U)
W:430 × D:553 ×
H:130(3U)
W:430 × D:652 ×
H:130(3U)
外観
寸法
(mm)
入力
電圧
出力
電圧
出力
容量
ユニット
効率
定格 直流 380 V
交流 100 V
直流 −48 V
交流 100 V,交流 200 V
1.0 kW
(500 W ユニット× 2 台+ 1 台)
90%以上
93%以上
直流 −48 V
7 kW
90%以上
94%以上
※ M タイプの寸法はユニット部
図 3 マイグレーション用電源変換装置ラインアップ
42
NTT技術ジャーナル 2015.1
特
集
商用電力
(北海道電力)
整流装置
(15 kW)
左:リチウムイオン
蓄電池充放電器
右:直流電力変換
装置
整流装置
(15 kW)
太陽光パネル
(10 kW)
太陽光パネル
(10 kW)
交流電力
直流電力
情報通信
直流EMS※
6600 V/
200 V
直流電力変換装置
(10 kW)
直流電力変換装置
(10 kW)
直流380 V
リチウムイオン
充電器
電気自動車用
双方向充電器
LED照明
直流
アダプタ
ノートPC
冷蔵庫
直流
コンセント
直流EMSサーバ
直流スイッチ 直流アダプタ
液晶TV
BMU
電気自動車
リチウムイオン (三菱i-MieV)
(25 kWh)
電気自動車
リチウムイオン
蓄電池
直流
スイッチ
ブルーレイ
ディスク
プレーヤ
直流コンセント
直流380 V周辺機器
液晶TV+ブルーレイ
冷蔵庫
ディスクプレイヤ
直流380 V家電
LED照明
太陽光パネル(10 kW× 2 )
※運用計画に基づいて各装置を制御する運用管理システム
EMS: Energy Management System
BMU: Battery Management Unit
図 4 環境省フィールド実証システム(北海道帯広市)
モニタなどのコンソール系の装置で消
費電力数100W程度の装置用に開発し
ています.Mタイプは,消費電力が数
kW程度のICT装置を想定して開発し
ています.
■参考文献
(1) 朝倉 ・ 田中 ・ 馬場崎:“高電圧直流給電シス
テムの導入に向けて,” NTT技術ジャーナル,
Vol.22,No.11,pp.1₆-19,2010.
(2) 宇田川 ・ 松尾:“情報通信分野における給電
技 術 ・ 空 調 技 術,
” NTT技 術 ジ ャ ー ナ ル,
Vol.2₆,No.₇,pp.13-19,201₄.
(3) 廣 瀬: “直 流 技 術 と 応 用 の 動 向,
” 電 学 論B,
Vol.131,No.₄,pp.358-3₆1,2011.
今後の展開
本稿では,通信ビル ・ データセンタ
などへのHVDC給電システム導入にお
ける取り組みについて紹介しました.
将来的には,通信ビル ・ データセン
タなどへの導入だけでなく,太陽光発
電システムなど直流で発電する分散型
電源や蓄電池と組み合わせて,再生可
能エネルギーをHVDCで運用するス
マートグリッドへの展開も視野に入れ
ています(3).環境省による地球温暖化
対策技術開発 ・ 実証研究事業におい
て,北海道帯広市,山形県山形市にて
フィールド検証が実施されており
(図 ₄ )
,得られた成果を積極的に活用
していく予定です.
(上段左から)星 秀和/ 矢島 寛也/
馬場崎 忠利/ 廣瀬 圭一
(下段左から)松尾 英徳/ 則竹 政俊/
武田 隆
NTTグループでは使用電力量の削減にエ
ネルギーマネジメントの推進,エネルギー
効率の高い装置の導入 ・ 更改といった取り
組みが行われてきましたが,社会的に環境
負荷低減がより重要視されている中,一層
の使用電力量削減に貢献が出来るような研
究開発に努めたいと思います.
◆問い合わせ先
NTTファシリティーズ
エネルギー事業本部 研究開発本部
TEL 03-₅₆₆₉-0₇8₅
FAX 03-₅₆₆₉-1₆₅0
E-mail matsuo₅₆ ntt-f.co.jp
NTT技術ジャーナル 2015.1
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