[論文レビュー] Cost Projections for High Temperature Superconductors

P. M. Grant, Thomas P. Sheahen|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2002

Superconducting Materials and Applications参考文献 4被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、酸化物粉末をチューブに封入する（OPIT）法およびコーティング導体法を用いた高臨界温度超伝導体（HTS）の電力応用におけるコストを予測し、材料費、労働費、資本費を分析している。結論として、銀被覆Bi-2223 HTSの10/kAmというコスト目標は、現在の技術では達成不可能であり、近い将来においても実際のコストは著しく高い水準にとどまるだろう。

ABSTRACT

It is generally argued that for high-temperature superconductors (HTS) to be cost-competitive in power applications, the wire will have to sell for about $10 per kiloampere meter ($10/kAm) for operation at 77 K (e.g., NbTi costs around $1/kAm and Nb3Sn around $8, each at 4.2 K). Given what is already known about the critical current performance of Pb-stabilized Bi-2223 (BSCCO), this cost target may be extremely difficult to realistically achieve for silver-sheathed BSCCO produced by the oxide-powder-in-tube (OPIT) technique. In this paper, we examine the cost of component materials, add reasonable estimates for labor and related costs, and arrive at a likely cost/performance (C/P) figure. We also estimate the capital cost of a factory to produce HTS conductor by a particular coated conductor method, and calculate the necessary production-output and performance parameters necessary to manufacture 10 km/yr of wire and its associated C/P. Our results indicate that the real C/P seen by the customer will remain substantially above this $10/kAm target for some time to come.

研究の動機と目的

• 生産コストを予測することで、高臨界温度超伝導体（HTS）の電力応用における経済的妥当性を評価すること。
• 既存の製造技術を用いて、HTS線材の10/kAmというコスト目標が達成可能かどうかを評価すること。
• OPIT法およびコーティング導体法を用いたHTS導体の工場における材料費、労働費、資本費を推定すること。
• HTS線材年間10 kmの生産を達成するための性能および出力水準を特定すること。
• コスト/性能（C/P）比のフレームワークを用いて、予測されたコストを10/kAmというベンチマーク基準と比較し、商業的実現可能性を検討すること。

提案手法

• 酸化物粉末をチューブに封入する（OPIT）法を用いた銀被覆Bi-2223（BSCCO）HTS線材の部品材料費を詳細に分解分析する。
• 合理的な労働費、間接費および処理コストの見積もりを組み合わせ、1キロアンペアメートル（kAm）あたりの総生産コストを算出する。
• コーティング導体法によるHTS生産のための工場建設に要する資本投資を推定し、設備および施設整備を含む。
• 目標コスト水準に到達するための必要な生産出力（年間10 km）および臨界電流性能を計算する。
• コスト/性能（C/P）比のフレームワークを用いて、予測されたコストを10/kAmというベンチマークと比較する。
• コストモデリングおよび仮定の根拠として、1998年の応用超伝導会議発表資料のデータを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のOPIT法による銀被覆Bi-2223線材の製造において、高臨界温度超伝導体の10/kAmというコスト目標は現実的に達成可能か？
• RQ2 酸化物粉末をチューブに封入する（OPIT）法を用いたHTS線材生産における主なコスト要因は何か？
• RQ3 コーティング導体法によるHTSの10/kAmというコスト目標を達成するには、どの程度の生産出力および性能水準が必要か？
• RQ4 材料費、労働費、資本費は、HTS導体の総コスト/性能（C/P）比にどのように寄与しているか？
• RQ5 現実的な工場規模での生産条件下におけるHTS線材の予測コスト/性能比はどのようになるか？

主な発見

• 現在の技術では、OPIT法を用いた銀被覆Bi-2223 HTS線材の10/kAmというコスト目標は極めて達成が困難である。
• OPIT処理HTS線材の材料費自体がすでに著しく高く、労働費および間接費を加えると、総コストは10/kAmというベンチマークを大幅に上回る。
• コーティング導体生産工場の資本投資は大きく、コスト目標を達成するには高い出力および性能水準が不可欠である。
• 最適化された生産を実施したとしても、顧客が実際に直面するコスト/性能（C/P）比は、近い将来においても10/kAmを著しく上回り続けるだろう。
• 本研究の結論として、現在の製造法および材料費では10/kAmという目標は経済的に実現不可能である。
• 分析結果から、目標コストに近づくには、材料効率の向上、プロセス収率の向上、およびスケールアップのさらなる進展が必要であると示唆されている。