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グリッド協議会 第27回ワークショップ 於：富士通ソリューションスクエア 将来のデータセンタに向けた 直流給電方式の検討 2009年9月2日 廣瀬 圭一 研究開発本部 パワーシステム部門 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 世の中における直流電力応用例 直流電圧 規格、関連法規 規格、関連法規 IEC Low-voltage 1500V以下 電気設備技術基準 750V以下 ETSI規格 400V以下 1 送電用途 応用例 応用例 125kV ~ 500kV 電気鉄道/地下鉄 1000 データセンタ 1500V 750V 600V 航空機 350V IEC Safety Extra-Low Voltage 60V以下 労働安全衛生規則 50V以下（規制除外） 100 270V 電気通信 48V 10 ~18V 自動車/輸送機 宇宙応用 42V 24V 12V 電子機器類 住宅・建物内配電 IEC ：国際電気標準会議 ETSI：欧州電気通信 標準化委員会 ~5V 1 ＩＣ チップ DC UTILITY POWER （注）応用例の電圧値、電圧範囲は一例を示す。 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved Current War エジソン（直流）とテスラ（交流）の戦い トーマス・エジソン ニコラ・テスラ ＜直流推進派＞ 自身が発明した電球 に電気を供給する方 式として直流方式を かたくなに主張 ＜交流推進派＞ 交流給電は、変圧器に より昇圧・降圧が可能 であり、長距離送電実 現できると主張 大規模発電所 （交流） 送電設備 （交流） 変電設備 （交流） 配電設備 （交流） （直流） 小規模発電所 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 都市部・市街地 （電力消費地） 3km程度 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 2 電気事業としての直流給電(19世紀後半) • 1882年9月4日 EdisonがNY市にて事業展開 – 100ｋW出力の発電設備（1200台の白熱電球を点灯可能）を6式導入 – 110 VDC, 需要家は90軒（400灯）足らず – 1年後 513軒 （10,000灯）へ急成長 その後10年間 北米、欧州、南米、日本に 直流方式が展開導入される • 電圧方式 • Pearl Street station, circa 1882 – 120/240 VDCの3線式 – 欧州では、220/440 VDCの3線式もあり • Teslaとの戦いに敗れ、交流方式が主流となる 100kW エンジン発電装置 （直流） Source: Robert W. Lobenstein and Carl Sulzberger, „eyewitness to dc history the first and last days of dc service in New York City,“IEEE power & energy magazine, May/June 2008. あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 3 電気事業としての直流給電(21世紀) • 2001年時点 – 米国 the Consolidated Edison Company（ConEd）は4,000以上の 直流供給の需要家を有していた • 2005年末 – ConEd は、直流供給サービスを提供しないことを公に発表 • 2007年9月 – 最後の5件の需要家に整流装置を導入し、直接の直流供給を停止 • 2007年11月14日 – Edisonとスタッフが直流電気事業を開始して125年2ヶ月9日と9時 間、サービスが提供され続け、寒い曇り空の午後、その長い歴史 の幕を下ろした (下図参照) Source: Robert W. Lobenstein and Carl Sulzberger, „eyewitness to dc history the first and last days of dc service in New York City,“IEEE power & energy magazine, May/June 2008. あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 4 今なぜ、直流給電なのか？ • • • • • 電源・電力システムの多様化 ⇒分散型電源やマイクログリッド、スマートグリッドの拡大 ⇒分散型電源は直流出力が多い（太陽電池、燃料電池 他） 近年の負荷利用形態の変化 ⇒直流で動作（特にICT機器、デジタル家電 他） エネルギー蓄積方式 ⇒直流(例：蓄電池） 制御が容易、構成がシンプル 信頼性・品質、効率が高い 「直流」は「発電・蓄電・消費」との親和性が高い 「直流」は「発電・蓄電・消費」との親和性が高い 環境に対する意識の急速な高まり 環境に対する意識の急速な高まり 新技術獲得、新たな市場創出への期待 新技術獲得、新たな市場創出への期待 近年、欧米でも直流を見直す動きが活発化 近年、欧米でも直流を見直す動きが活発化 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 5 HVDC給電システムの開発動向 DC300V方式 の推進を提言 2003年8月 ETSI規格制定 2003年10月 INTELEC横浜 （直流研究会） 2006年 DC350V実証開始 2005年10月 INTELECベルリン （直流研究会） 直流検討 WG発足 6 2009年 IECへ国際標準化の提案 2007年10月 INTELECローマ （直流研究会） 2009年6月 アナハイム 直流技術フォーラム HVDCデモ開始 シリコンバレー 2006年6月 2007年7月 ワシントンDC サンタクララ 直流研究会 直流研究会 NEDO 整流装置・コンセント等開発 品質別電力供給 Intel社とHVDC 実証研究開始 サーバの実証試験 サイト実証開始（都内３箇所） 2009年1月～ 2005～2008年 2007年12月 導入目標 2010年 INTELEC: IEEE傘下の国際電子通信エネルギー会議 ETSI: 欧州電気通信標準化機構 JANOG: 日本ネットワーク運用者グループ あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 JANOGでのパネル ディスカッション 2006年7月 NTTグループの 導入方針発表 2008年6月 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved NTTファシリティーズ社による国内の直流供給実証 Sapporo NTT武蔵野研究所※ (400 VDC) NTT-F実証サイト (400 VDC) NTTドコモ立川※ （48 VDC） Fukuoka NTTデータ三鷹ビル※ (380 VDC) Osaka Tokyo NEDO仙台実証 （300 VDC） さいたま市 データセンタ （48 VDC） 愛知工大実証※ （350 VDC） ※実証の主体は、記載本図に記載されている企業・大学であるが NTT-F社は電源システム供給や技術協力等を実施している。 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 7 HVDC給電システムの導入に向けた課題整理 1.技術的課題 主にハード・装置開発 主にソフト・標準開発 及び手法・手順の確立 （国際活動） 情報共有、意思決定 アライアンス – – – – – – 過電流遮断等保護技術 接地技術、ノイズ・EMC対策技術 信頼性、給電品質の維持 高効率・低損失化（低損失デバイスの適用） 給電網構成の検討 安全なコンセントプラグ 2.規格、法体系の整備、各種エンジニアリング – – – 給電電圧、方式など標準・規格化 人体、機器の保護等の安全性確保 設計・施工・保守方法の確立 3.コスト評価及び低コスト化に向けた施策 – – – あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 市場拡大の取り組み、PR・普及活動 ITベンダらとの提携 電源装置、負荷装置の価格低減 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 8 高電圧直流給電システムの構成 商用電力 3φAC6 kV ～ 3φAC 変圧器 200V Ｙ 9 整流装置（直送用） ～ － － － ＰＦＣ ＤＣ-ＤＣ （絶縁型） ICT装置 DC300Ｖ～400V PDF サーバ用ＰＳＵ等 － コ － ン セ ン ト ： 整流器ユニット 電圧補償装置（VC）※１ － － 整流装置（充電用）※２ 充電器ユニット 蓄電池 PFC DC-DC PDF PSU ：力率補償回路 ：直流変換回路 ：直流分電盤 ：パワーサプライユニット ※１、※２ ： 導入条件に応じて構成を変更 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 開発状況 整流装置プロトタイプA 10 整流装置プロトタイプAの諸元 整流装置プロトタイプA 外観 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 項目 単位 仕様 定格容量 kW 100 ユニット台数 （N+1） 台 15 交流入力電圧 V 200 直流出力電圧 V 401.4 出力電圧範囲 % ±1 定格出力電流 A 33×N 整流装置 W：600×D：600×H：1800mm 2架 整流器ユニット （8kW） W：430×D：468×H：130mm （3U） Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 開発状況 整流装置プロトタイプB 11 整流装置プロトタイプBの諸元 整流装置プロトタイプB 外観 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 項目 単位 仕様 定格容量 kW 100 ユニット台数 （N+1） 台 9 交流入力電圧 V 200 直流出力電圧 V 401.4 出力電圧範囲 % ±1 定格出力電流 A 33×N 整流装置 W：600×D：800×H：2000mm 1架 整流器ユニット （13kW） W：480×D：492.5×H：130mm （3U） Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 高電圧直流給電システムの構成要素 交 流 給 電 ～ 3φ AC200V 19インチラック 電源装置 UPS AC200V ～ 3φ AC200V 電源装置 整流器 ICT機器 交流分電盤 AC200V 若しくは AC100V BATT 給高 電電 圧 直 流 12 DC400V 程度 BATT 直流分電盤 ? ICT機器 ● ● ● ICT機器 ICT機器 ● ● ● 19インチラック 電源装置～ICT機器までの給電システムを提供しなければならないが、 市場には、高電圧直流給電には「コンセント」に該当する適切な製品が無い。 高電圧直流用コンセント・プラグの自主開発に着手 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 高電圧直流給電用コネクタ・プラグ プロトタイプ 13 機械的 スイッチ －端子 ON OFF 接 地 端 子 ＋端子 アーク遮断モジュール 駆動用端子 機械的スイッチ 動作状態の突起 （抜け留め） 挿入後・機械的スイッチの操作に 挿入後・機械的スイッチの操作に よるダブルアクションによる誤操作 よるダブルアクションによる誤操作 の防止 の防止 非対称構造による逆接続防止 非対称構造による逆接続防止 コンセントに窪みを設け、挿入時 コンセントに窪みを設け、挿入時 の端子部（金属）の露出防止 の端子部（金属）の露出防止 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved コンセントバー プロトタイプ 14 ■特徴 － サイズ：W80×D83×H1,752mm － 20口 (10口×2系統） － 系統ごとに断路機能 ■電気的特性 － 定格電圧 400V － 定格電流 50A （25A×2、1口あたり最大10A） － 定格出力 20kW 設置事例 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 直流給電方式の標準化検討範囲と要件の一例 Utility grid （AC main） Distributed Energy Source Option AC in Power Converter 規格化検討の範囲 DC out X Protection Device Y Loads （IT system） Storage Bank DC Voltage Standard DC Voltage level Nominal and band DC Power Quality Noise, Ripple, Transient, Stability, Reliability, etc. System Protection Over-current, Earth leakage, Grounding, etc. Source：廣瀬、山崎、松村：「情報通信システムに適用する直流供給電圧の検討」、信学技報、2009.1.23、東京 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 15 ICTシステム向け直流方式の実証動向と公称電圧 米国 Intel社 France FT社 350VDC Sweden UPN社 350VDC 日本 NTTグループ 380、400VDC 400VDC 米国 UCSD他 日本 各種実証研究 300、350VDC 380VDC 米国 Validus社 550VDC New Zealand Telecom NZ他 220VDC あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 16 交流電圧ベースにした直流公称電圧の検討 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 17 ICT機器内部における直流電圧 Rectified Voltage (Battery’s floating voltage) 18 Peak Voltage (Boosted by PFC) Root Mean Square (RMS) Voltage IT equipment FIL FIL PFC D/D あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 PFC D/D 24 V 12 V 5 V etc. :Filter :Power Factor Correcting Circuit :Dc-dc Converter Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 交流電圧ベースにした直流公称電圧の検討 19 (A) 実効値電圧 交流配電電圧の実効値Vrms同じ電圧 を直流電圧Vdc とする考え方である． (B) 整流電圧 rms (C) ピーク電圧（PFC：力率改善回路電圧） あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved なぜ、標準化・規格化が必要なのか？ ■社会的役割 ・製造側、ユーザ側の相互理解を促進する ・製品＆サービスの両立性を促す ・発祥地の異なった製品間に公平な競争をもたらす土壌をつくる ■IEC規格のねらいと目的 ・全ての地域と各国の標準化システムに適用できる ・世界中の工業界、商業界等において活用される ・公平でかつ自由な貿易通商を促進し、全ての国々の経済に益をもたらす ・製品の安全と品質、手順、サービスを向上する ・既存、新規を問わず、技術知識を普及する ・合理化と経費削減に貢献する ・環境貢献、公害防止、また資源の有効利用を支援する ■注意すべき点 標準化の在り方は、市場の要求と技術の進歩に合わせて変化しなければならない ・標準化が先行すると進歩を阻止 ・標準化が遅れると供給者とユーザにとって意味が無くなる 参考：IEC規格の基礎知識、日本規格協会、1996年 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 20 直流給電方式推進のための規格化・標準化活動 機関名 ISO IEC 機関の性質 国際貿易円滑化・促進のための国 際規格策定を目的とする。 各国の代表的標準化機関からなる 非政府間機構。 標準化対象分野 電気・電子技術以外の産業分野（鉱工 業、建設、化学等） 電気・電子技術分野（JIS規格と整合） ITU 国際的電気通信網・サービスの確 立、及びその運営のための調整を 目的とする。 標準化はその事業の一部。 電気通信及び無線通信 TGG ITシステム、データセンタの効率 運用を推進するための業界団体。 拘束力のある標準・規格の制定は実施 しないが、ガイドライン・白書等の発 行により、業界標準として牽引できる。 ■標準化ターゲット ・電気用品、設備規定 ・通信系システム ・データセンタ業界 → → → あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 IEC（JIS）規格 ITU-T規格 The Green Grid ～凡例～ IEC：国際電気標準化機構 JIS：日本工業標準 ITU：国際電気通信連合 TGG：グリーングリッド（米国） Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 21 米国業界団体の動向 22 2009年4月発足 米国内の企業による建物内直流配電 の標準化、導入促進のため活動 特に照明器具、小電力機器類の直流化が 当面のターゲット Source: http://www.emergealliance.org/en/index.asp EPRI/LBNL DC Power Partners Meeting 2007年夏より活動開始 EPRI（米国電力研究所）、及びLBNL(ローレンスバークレー研究所）が中心となり 主に、データセンタの直流化の標準化、導入推進を議論し、情報共有を行う場である。 米国を中心としたIT業界、電機メーカ、データセンタ・通信事業者、研究機関、設計 会社ら約70名で構成、定期的な電話会議・会合を開催し、情報共有に努めている。 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 米国における直流給電技術会議(2009年6月) ■トピックスの一例 •最適化直流電圧の選定、標準化議論 •全体効率の最適化検討 •直流照明システム、及び直流家電 •直流空調、及び他の建物システム •直流マイクログリッド •住宅用直流給電システム 他 会議模様（2009年6月1日） Source: http://www.the-infoshop.com/conference/green-building09/ あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 23 直流技術に関する国内の動向 ■電気学会 次世代電力システムにおける直流給配電調査専門委員会 平成１９年年度～２１年度 ３カ年の活動予定 大学、企業、研究機関など４０名の委員による技術動向調査活動 ・年５回程度の会合 ・施設見学会 ・研究会（H20年11月開催済）、H21年12月頃開催予定 ・H22年3月シンポジウム開催（予定） ■電気設備学会 直流配電システム実現に向けた課題調査委員会 平成１９年度 ・直流配電システム適用時の国内関連法令整合調査 ・国内外の実証例の調査 平成２０年度 ・施設設計を実施する場合の課題抽出 （案）平成２１年度 ・国際規格に向けた課題整理・動向調査 ・導入促進のための活動 ・最適な直流配電方式の調査 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 24 直流化ミーティング Direct Current Technical Meeting ■直流化ミーティングとは？ ・データセンタや通信ビルへの直流給電方式（HVDCやDC48V給電） の早期導入や普及促進を目的に、給電インタフェー条件 (標準化)案の検討、及び関連する技術条件を議論するため の専門家有志による活動。（2008年4月スタート） ■活動メンバ（あいうえお順） INTEL、NEC、NTT、パナソニック電工 日立製作所、富士通 NTTファシリティーズ（事務局） ■活動内容 •現在、NTTグループへのHVDC給電システム導入（2010年） に向けた給電仕様（推奨電圧値他）案を検討中 •月１～２回の会合、及び電子メールベースでの検討を実施。 （平成20年4月の第1回会合より、計15回の会合を実施） •今後、TGG、ITU-T、ETSI、IEC等の国際規格制定のため、国内外の関連団体へ、 HVDC給電システムの標準化(案)提言や技術情報の提供を行う計画有。 TGG: The Green Grid IEC: International Electrotechnical Commission ITU-T: International Telecommunication Union-Telecom ETSI: European Telecommunications Standards Institute あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 25 まとめ 26 ■世界各国で直流給電を見直す動きが活発化 ー ー ー ー デジタル家電・電子負荷機器の増加など、電力利用形態に変化 世界各国で住宅・建物内直流配電の検討が進んでいる 情報通信、データセンタにおける高効率給電方式としても期待大 分散型電源との連系による地球環境保護への貢献 ■データセンタに適用するHVDC給電方式の開発が進行中 ー 2000年以後、欧州からの提案を手始めに、日米欧で開発が同時進行 ー 実証規模、回路方式、目的等により、直流電圧がまちまち （300～400V程度の直流供給電圧が有望であろう） ー 技術的課題の他に、国際標準の制定が急務 ■HVDC給電方式の標準活動が本格的にスタート ー 最優先課題としての「標準化」が、日米欧の専門家で一致 ー 複数の標準化母体、関連審議団体との議論、意識合せが必要 ー 国際標準制定のため各国間の連携が必要 （日本の貢献度が期待されている） あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved 27 ご清聴ありがとうございました。 あなたの街のＥＣＯパートナー、ＮＴＴファシリティーズ。 Copyright ©2009 NTT FACILICTIES, INC. All right reserved