停電から世界基準まで、この技術は電気の「高速鉄道」を切り開く

貧困による停電から24時間明るい照明まで、この技術は電気の「高速鉄道」を切り開きました。独立した知的財産権により、中国の基準は世界基準と同等になります。

記者：趙天宇 編集者：劉趙

ニューメディア編集者/Fang Yongzhen

監査専門家

馬静（華北電力大学電気電子工学学院教授、博士課程指導教員、中国電気学会青年活動委員会副委員長）

エネルギーは経済発展の基礎です。過去10年間、我が国のエネルギー自立能力は大幅に向上し、世界最大のクリーン発電システムが構築され、エネルギー構造は継続的に最適化され、国民経済の安定した運営を効果的に確保してきました。

近年、中国は電気工学と電力技術の分野で徐々に成長し、発展してきました。 60年以上の発展を経て、中国は現在、世界で最も強力な電力産業システムを有しています。2021年、同国の発電設備容量は約23.8億キロワットで、世界第1位です。国有企業である国家電網を例にとると、同社は現在2万件以上の特許を保有しており、これは世界第3位である。エネルギー貯蔵電池の特許数だけで世界の67.56%を占めています。同時に、私の国は世界最大の電力輸出国でもあります。

特に、世界最先端の送電技術である超高圧送電技術分野において、我が国は自主的な知的財産権を有する超高圧送電技術を習得しており、これは世界をリードする重大な自主革新成果です。国際的に使用される超高圧送電線規格の策定を主導し、中国の規格を世界標準と同等にした。

UHV伝送とは何ですか?

私の国の電力網運用システムでは、電圧は送電と配電の 2 つのシステムに分かれています。送電システムの目的は、同じレベルまたはより低いレベルの変電所に電力を送電することであり、電圧レベルは一般的に高くなります。配電システムの目的は配電負荷に電力を伝送することであり、一般的な電圧レベルは 110kV を超えません。

簡単に言えば、送電システムは発電所から昇圧変電所および送電網までです。配電システムは、降圧変電所から配電網を経てテレビやエアコンなどの電気機器に至ります。

オームの法則によれば、送信中に電流損失が発生します。距離と材質はどちらも伝送損失の重要な原因であり、特に伝送距離が重要です。距離が長くなればなるほど損失は大きくなります。送電損失を減らす方法の一つは送電電圧を上げることであり、そこで高電圧電気の概念が生まれました。

我が国では、高圧電力網は220kVの電力網を指します。高電圧電気をベースに開発された超高電圧は500kVに達することができます。しかし、それでも超高圧直流送電技術は数千キロメートルの長距離送電に対応するにはまだ不十分であり、電流損失は20％以上に達することもあります。

直流送電の電圧がさらに高くなると、従来の絶縁材料では耐えられなくなり、電力網システムに障害が発生し、火災などの事故のリスクが高まります。これには超高電圧直流送電技術のサポートが必要です。

超高電圧技術とは、AC 1000kVおよびDC ±800kVの電圧レベルの送電技術を指します。この技術の最大の特徴は、長距離かつ効率的な電力伝送を実現できることであり、特に領土が広く、人口が多く、地域資源の分布が不均一な国にとっては「タイムリーな助け」となる。 「電力分野の5Gネットワ​​ーク」「電力システムの高速鉄道」とも呼ばれています。

中国国家電網公司が提供したデータによると、単一回路の超高圧直流送電網は600万キロワットの電力を供給でき、これは既存の500kV直流送電網の5～6倍の容量である。伝送距離も後者の2～3倍となり、土地資源を60％節約できる。

▲超高圧送電の模式図（写真提供：ウォール・ストリート・ジャーナル）

ゼロから始めて自立するまで

実際、中国の超高圧送電の開発も「無力な動き」である。なぜなら、中国の基本的国情が電力生産と消費の地理的分布を極めて不均衡に決定しているからだ。

国内の石炭資源の3分の2は陝西省、山西省、内モンゴルに集中しており、水力発電資源の80％は南西部に集中しており、太陽光発電と風力発電資源は主に北西部、内モンゴルなどに集中している。しかし、中国中部と東部の16省は人口密度が最も高く、電力需要も最も高いため、長距離送電の需要が非常に高くなっています。電力技術は科学的な問題であるだけでなく、我が国のエネルギー安全保障にとって重要な保証でもあります。

中国は橋梁や土木などの「伝統的な優位性」分野とは異なり、送電技術においては技術的な蓄積があまりなく、基本的にゼロからのスタートとなっている。そのため、改革開放の初期までは、電力供給不足により各地で停電が頻発していました。

わが国は電力供給問題を解決するために、1980年代に西側諸国から500kVの電圧レベルの送電および変電技術を導入しました（それ以前はほとんどの地域で220kVの通常の送電が使用されていました）。しかし、経済社会の急速な発展に伴い、500kV送電技術も需給の頭打ちに遭遇しており、引き続き送電電力の増強や超高圧分野への進出が必要となっています。

エネルギー分野において、超高圧送電は常に世界的な課題となってきました。多くの国が超高電圧の研究や実験、機器の開発や工学的な試みを行ってきましたが、政治的、経済的、技術的などの要因により、すべて失敗に終わりました。

2000年以来、関係部門は数十の科学研究機関や大学、数百の設備製造会社を組織し、数千の計画を策定し、数十万人が参加しました。国際的に「標準なし、経験なし、設備なし」という状況の中、超高圧送電技術において数々の世界レベルの課題を克服してきました。

我が国が独自に開発した±800kV超高圧直流変換用変圧器は、単一変圧器容量最大、技術難易度最高、製造時間最短で世界記録を樹立しました。

我が国が技術向上により開発した超高圧省エネ導体の導電率は61.0%IACS（導電率は電流を伝導する物質の能力の尺度）から63.5%IACSに向上し、超高圧送電過程での損失が大幅に減少し、毎年数十億キロワット時の送電損失を削減できます。

これらの科学技術革新の成果は、国家の関係部門の注目と切り離せないものであり、さらに重要なのは、真理を求め、革新し、努力するという科学者の精神を受け継ぐ無数の科学研究者の努力と切り離せないものである。例えば、中国工程院院士の李立軒氏は、中国の超高圧直流送電分野の専門家であり、「直流送電の第一人者」として知られています。超高圧±800kV直流技術分野では、専門家やチームを率いて困難を克服し、13分野73件の主要電気設備を開発し、141件のキーテクノロジーを獲得し、37件の世界初を生み出し、この分野でわが国が「世界をリードする」ことを推進する主な人物の一人となった。

中国科学院の院士である陳衛江氏は、高電圧および絶縁技術の専門家です。国家科学技術進歩特別賞、国家技術発明二等賞を受賞。長年にわたり電力系統の電磁過渡解析手法や保護技術の研究に従事。これらの科学研究の成果は、我が国の超高圧送電技術の成功的な発展を効果的に支えてきました。

中国電気技術協会は 1981 年に設立され、主に電気技術者と電気科学技術分野の従事者で構成される学術団体組織です。また、中国の電気工学産業の発展においても重要な社会的勢力となっています。本学会は学術交流を中心とすることを主張し、電気技術の最先端と国民経済建設の需要に合わせて学術交流活動を積極的に展開しています。中国科学技術協会の「重要学術会議ガイド（2022年）」には、中国電気工学学会の会議が合計8件掲載されています。中国電気工学学会学術年次大会などの会議は、大きな影響力を持ち、多数の参加者が集まる学術会議です。

▲「重要学術会議ガイド（2022年）」の詳細については、QRコードを読み取ってください。

「デュアルカーボン」を背景にした新たな機会

2009年、わが国初の超高圧送電線である山西南東部・南陽・荊門線が全面開通し、中国は世界で初めて超高圧送電技術を完全に習得し、商業運転を開始した国となりました。

それから10年以上が経ち、わが国の超高圧送電技術は新たな歴史的進歩を遂げました。2021年末現在、わが国では計33本の超高圧送電線が使用されており、国内の7つの主要送電網エリアをカバーしています。送電線プロジェクトは地球1周に相当する4万キロメートル近くに及びます。

技術面でのリーダーシップにより、中国はより大きな発言力を獲得した。現在、UHV技術分野において、中国は国際的に認められたUHV送電線規格の策定を主導しており、完全な特許使用権を有しています。これは、たとえ他国が自国の技術を開発したとしても、それを国際的に販売する前に中国の基準に従わなければならないことを意味する。

中国はフィリピン、ポルトガル、オーストラリア、ギリシャ、ロシアなどの国々と相次いで協力し、超高圧送電の世界的な展開を開始した。世界168カ国が国家電網と技術協力協定を締結しており、中国の超高圧技術が海外、そして世界に広がり始めていることを意味する。

「デュアルカーボン」を背景に、電力システムは現在変革に直面しており、超高電圧技術も新たな岐路に立っています。

今後、伝統的な火力発電の割合が減少し、風力、太陽光発電、クリーンエネルギーの割合が増加するにつれて、伝統的な「発電、送電、変換、配電、消費」モデルが変化し、中国の電力エンジニアリング産業の発展にさらに多くの機会と課題をもたらすでしょう。

一方、超高電圧技術は、カーボンニュートラルの過程における長距離送電のキャリアとして、エネルギー安全保障を確保し、「デュアルカーボン」目標の実現を加速するための重要なサポートであり、エネルギーと負荷の分配のバランスを取り、新エネルギーの消費を促進する役割を果たしています。

一方、UHV プロジェクトは地域経済の発展を効果的に推進することもできます。第14次5カ年計画期間中、わが国の中国東北部、内モンゴル西部、山西省、中国北西部、中国南西部の直流送電路の送電容量は8,452万キロワット増加し、UHV直流プロジェクトへの新規投資は約2,600億人民元必要になると推定されています。これは、上流および下流の産業チェーンの発展を促進する上で積極的な役割を果たすでしょう。超高電圧は今後も開発が加速し、さらなる成長の余地が開けると予想されます。 ■