水力火力の効率計算・非常用発電設備の点検・太陽光の系統連系
揚水発電所において、揚水量50m³/s、全揚程170m、ポンプ水車及び電動機を含めた揚水時の総合効率85%で揚水運転を行う。この揚水運転を1日当たり6時間行うときの1日の所要電力量として、適当なものはどれか。ただし、水の密度は1,000kg/m³、重力加速度は9.8m/s²とする。
解答正解 4
揚水入力は理論水動力を効率で除して求める。P=9.8×50×170÷0.85=98,000kW、これに6時間を乗じて588,000kW・h=588MW・hとなる。発電時は効率を乗じるのに対し、揚水時（ポンプ運転）は効率で除する点が逆になるため、ここを取り違えると425MW・hを選んでしまう。
水車の比速度に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
比速度はペルトン水車が最も小さく、フランシス水車、斜流水車、プロペラ（カプラン）水車の順に大きくなる。高落差・小流量ではペルトン、低落差・大流量ではプロペラが選ばれるのは、この比速度の大小と適用落差が対応しているためである。比速度を大きくとるほど機器は小形化できるが、キャビテーション限界に近づくというトレードオフの関係を押さえること。
水力発電所の水撃作用及び速度調整に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
サージタンクは水圧管路で生じた圧力変動を自由水面で吸収・反射し、上流の圧力水路へ水撃圧を伝えないための装置である。ペルトン水車では、まずデフレクタで噴流をバケットからそらして回転速度上昇を抑え、ニードル弁は時間をかけて閉じることで水撃圧の上昇を抑える。この役割分担が逆に書かれる出題が多い。
汽力発電所の熱サイクルに関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
再熱は高圧タービン排気を再加熱して低圧タービンへ送る方式、再生は抽気で給水を加熱する方式であり、両者の定義の取り違えが最も多い誤答パターンである。再熱は膨張線を高温側へ移すため最終段の湿り度が下がり、エロージョン対策としても有効である。再生は復水器への放熱を減らして熱効率を上げるが、抽気分だけタービン仕事は減るため出力は低下する。
汽力発電所の復水器に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
復水器はタービン排気を凝縮して排気側の圧力を下げ、利用できる熱落差を大きくする装置である。真空度が高いほど排気圧力が低く熱落差が大きくなり熱効率が上がる、という向きを固定して覚えればすべての選択肢が判断できる。真空度低下の主因は冷却水温上昇・冷却水量不足・冷却管の汚れ・空気漏込みである。
定格出力200MWの汽力発電所が、発熱量45,000kJ/kgの重油を毎時40t消費して定格出力で運転している。このときの発電端熱効率と発電端熱消費率の組合せとして、適当なものはどれか。
解答正解 2
1時間当たりの入熱は40,000kg×45,000kJ/kg＝1.8×10⁹kJ、発生電力量は200,000kW・hで、これを熱量に換算すると200,000×3,600＝7.2×10⁸kJ。したがって熱効率は7.2×10⁸÷1.8×10⁹＝0.40＝40%。熱消費率は1kW・h当たりの入熱であるから3,600÷0.40＝9,000kJ/(kW・h)となる。熱消費率と熱効率は3,600kJ/(kW・h)を介した逆数関係にあり、3,600を掛けるか割るかを取り違えやすい。
排熱回収形コンバインドサイクル発電設備において、ガスタービンの熱効率が34%、排熱回収ボイラ及び蒸気タービンの熱効率（ガスタービン排熱を入熱とする熱効率）が30%であるとき、この設備の合成熱効率として、適当なものはどれか。ただし、ガスタービンの損失はすべて排ガスとして排熱回収ボイラに回収されるものとする。
解答正解 3
全入熱を1とすると、ガスタービンが0.34を発電し、残り0.66が排熱回収ボイラへ入る。蒸気タービン側の発電は0.66×0.30＝0.198であるから、合成熱効率は0.34＋0.198＝0.538＝53.8%となる。公式はη＝ηG＋ηS(1−ηG)。蒸気タービン側の効率が「全入熱に対する効率」ではなく「回収した排熱に対する効率」である点を落とすと、単純加算の64%を選んでしまう。
火力発電所の排煙処理設備に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
排ガスの流れは、ボイラ－節炭器－脱硝装置－空気予熱器－集じん器－脱硫装置－煙突の順が基本である。脱硝の触媒は活性温度域が高温側にあるため空気予熱器の手前に、脱硫は吸収液を用いる湿式であるため排ガスを冷却した最下流に置く。この設置順序と、それぞれが高温側・低温側のどちらを必要とするのかをセットで押さえること。
軽水炉の出力制御に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 2
制御棒の駆動方向は、BWRが下部から上向きに挿入、PWRが上部から下向きに挿入である。BWRは炉心上部に気水分離器と蒸気乾燥器があるため上部から挿入できず、下部駆動となる。出力制御の主手段も異なり、BWRは再循環流量制御、PWRは制御棒とほう素濃度調整（ケミカルシム）による。
原子炉の減速材及び反応度に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
減速材は高速中性子を減速して熱中性子に変え、ウラン235の核分裂確率を高める。軽水は減速能は大きいが中性子吸収も大きいため濃縮ウランを要し、黒鉛や重水は吸収が小さいため天然ウランでも臨界が成立する。自己制御性の根拠は温度係数が負であることであり、正負の向きを取り違えないこと。
自家発電設備の原動機として用いるディーゼル機関とガスタービンの比較に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
ディーゼル機関は熱効率が高く燃料消費量が少ない一方、往復動によるトルク変動で振動が大きく、シリンダ冷却のため冷却水設備を要する。ガスタービンは空気で冷却するため冷却水が不要で、軽量小形・低振動・短時間始動が利点だが、燃焼用空気量が多く給排気ダクトが大きくなり、熱効率は低い。「冷却水の要否」「空気量」「始動時間」の3点で整理すると取り違えない。
消防用設備等の非常電源とする自家発電設備の総合点検に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
平成30年の点検基準・点検要領の改正により、負荷運転に代わる方法として内部観察等（過給機コンプレッサ翼及びタービン翼の観察、燃料噴射弁の動作確認、シリンダ摺動面の観察、潤滑油及び冷却水の成分分析）が追加され、あわせて負荷運転及び内部観察等の点検周期が6年に1回へ延長された。また、原動機にガスタービンを用いる自家発電設備の負荷運転は不要とされている。
定格出力500kV・A、定格力率0.8の非常用ディーゼル発電設備を、定格出力で2時間連続運転する場合に必要な燃料油量として、適当なものはどれか。ただし、燃料消費率は0.24L/(kW・h)とし、燃料油の余裕は考慮しないものとする。
解答正解 3
燃料消費率は有効電力1kW・h当たりの消費量で与えられるため、まず定格出力を有効電力に換算する。500kV・A×0.8＝400kW、1時間当たりの消費量は400×0.24＝96L/h、2時間で192Lとなる。皮相電力500kV・Aのまま計算すると240Lとなり、力率を掛ける段階を落とした典型的な誤答になる。
無停電電源装置（UPS）に関する次の（イ）〜（ニ）の記述のうち、適当なものの数はどれか。 （イ）常時商用給電方式は、通常時に商用電源から負荷へ直接給電するため、常時インバータ給電方式に比べて通常時の運転損失が小さい。 （ロ）常時インバータ給電方式は、商用電源が停電した際にインバータへ切り替わる方式であるため、切替に伴う瞬時停電が避けられない。 （ハ）バイパス回路は、UPS本体の点検・修理の際に負荷への給電を継続するために設ける。 （ニ）UPSに用いる蓄電池の期待寿命は、周囲温度が高いほど長くなるため、機械室の温度管理は不要である。
解答正解 2
適当なものは（イ）と（ハ）の2つ。常時インバータ給電方式は平常時から整流器・インバータを経由して給電しているため、停電時も無瞬断で給電を継続でき、出力電圧・周波数も安定するが、変換損失の分だけ効率は低い。常時商用給電方式は効率が高い代わりに切替時に瞬時停電が生じ、出力は商用電源の品質に左右される。この効率と電源品質のトレードオフが方式選定の判断根拠となる。
ガスエンジンを用いたコージェネレーションシステムにおいて、燃料の投入熱量が1,000kW、発電出力が350kW、有効に利用できる回収熱量が400kWであるとき、このシステムの総合効率と熱電比の組合せとして、適当なものはどれか。
解答正解 1
総合効率は（発電出力＋有効利用熱量）÷投入熱量で求め、(350＋400)÷1,000＝0.75＝75%。熱電比は熱出力を電気出力で除した値であり、400÷350≒1.14となる。熱電比は「熱／電気」であって逆ではないこと、また総合効率の分母は投入熱量であって出力の合計ではないことに注意する。熱電比が施設の需要と合わないと排熱が余り、総合効率は設計値まで上がらない。
公称最大出力40kWの太陽電池アレイが、日射強度1.0kW/m²、モジュール温度55℃の条件で運転している。このときのパワーコンディショナの交流出力として、適当なものはどれか。ただし、最大出力の温度係数は−0.45%/℃、標準試験条件のモジュール温度は25℃、パワーコンディショナの変換効率は95%とし、その他の損失は無視する。
解答正解 2
温度補正の基準は標準試験条件の25℃であり、温度上昇分は55−25＝30℃である。補正係数は1−0.0045×30＝0.865、直流出力は40×0.865＝34.6kW、これに変換効率0.95を乗じて32.87≒32.9kWとなる。モジュール温度55℃をそのまま温度差として扱うと28.6kWとなり、結晶シリコン系では温度上昇で出力が下がる（温度係数が負）ことを見落とすと43.1kWを選んでしまう。
太陽電池アレイの構成に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 3
特性の異なるストリングを同一の最大電力追従（MPPT）入力回路に並列接続すると、最適動作点が一致せず全体の取得電力が低下する。方位や傾斜角、日陰条件の異なる面は、別々のMPPT入力回路に分けるのが原則である。直列枚数は、低温時に開放電圧が上昇することを見込んでパワーコンディショナの最大入力電圧を超えないよう決める点が実務上の要点になる。
分散型電源の系統連系に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」では、受電点の力率は逆潮流の有無にかかわらず原則85%以上とし、系統側からみて進み力率とならないようにすることとされている。単独運転検出方式は、系統に何も加えず異常を検出する受動的方式（電圧位相跳躍検出、周波数変化率検出など）と、常時微小な変動を与えておき単独運転時の応答拡大を検出する能動的方式（周波数シフト方式、無効電力変動方式など）に区分され、この定義が入れ替えて出題されやすい。
風力発電に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
風車は通過する風を完全に静止させることはできないため、取り出せる出力には理論上限があり、パワー係数の最大値は約0.593（ベッツの限界）となる。実機のパワー係数は0.4〜0.5程度である。周速比が最適値から外れるとパワー係数が低下するため、可変速運転で回転速度を風速に追従させ、定格を超える強風域ではピッチ制御で出力を頭打ちにする、という制御の役割分担を整理しておくこと。
次の記述の（ア）〜（ウ）に当てはまる語句の組合せとして、適当なものはどれか。 「りん酸形燃料電池は電解質にりん酸水溶液を用い、作動温度が約（ア）℃であることから、ビル用のオンサイト形コージェネレーションなどに用いられる。一方、固体酸化物形燃料電池は作動温度が約700〜1,000℃と高く、炭化水素系燃料を電池内部で（イ）できるため、りん酸形に比べて発電効率を（ウ）しやすい。」
解答正解 4
りん酸形燃料電池の作動温度は約200℃で、外部に改質器を設けて都市ガス等から水素を取り出す。固体酸化物形は約700〜1,000℃と高温で作動し、電池内部で改質（内部改質）が行えるうえ、高温排熱を蒸気タービン等と組み合わせられるため発電効率を高くしやすい。作動温度が約80℃なのは固体高分子形である。