今回は令和4年度下期 電力科目 A問題3を解説します。ガスタービン発電と汽力発電を組み合わせたコンバインドサイクル発電方式を、同一出力の汽力発電方式と比較した記述から誤っているものを選ぶ問題です。
火力8・火力11と同じテーマですが、今回のねらいは所内率。ボイラ給水ポンプや通風機といった大型の所内補機が多いのは汽力のほうで、コンバインドサイクルは所内率が小さいのが長所です。
令和4年度下期 電力科目 A問題3：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題3
電験3種 電力科目 【火力】 令和4年度下期 A問題3
ガスタービン発電と汽力発電を組み合わせたコンバインドサイクル発電方式を、同一出力の汽力発電方式と比較した記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
熱効率が高い。
起動・停止時間が短い。
蒸気タービンの出力分担が小さいので、復水器の冷却水量が少ない。
最大出力が外気温度の影響を受けやすい。
大型所内補機が多いので、所内率が大きい。
出題のポイント：排熱回収と所内率を分けて比較する
コンバインドサイクルは、ガスタービン排熱を排熱回収ボイラで蒸気へ変え、蒸気タービンでも発電します。そのため熱効率が高く、蒸気側の出力分担と大型補機負担が小さいので、同一出力の汽力発電より所内率は小さくなります。
誤りは(5)：所内率は小さい
大形所内補機が多いのは汽力発電のほう——コンバインドは補機が少なくて済みます。
| 補機 | 汽力発電 | ★コンバインドサイクル |
| ★給水ポンプ | ★24 MPa まで加圧。数万 kW | ★蒸気系が小さく負担も小さい |
| ★通風機 | ★押込・誘引で大量の空気とガスを動かす | ★圧縮機が兼ねるので不要 |
| ★循環水ポンプ | ★毎秒数十トンの海水 | ★冷却水が少ないので小型 |
| 微粉炭機 | 石炭火力では大きな負担 | 不要 |
所内率は汽力で5〜7 ％、コンバインドで2〜3 ％——倍以上の差があります。
最も大きいのは給水ポンプ——水を24 MPa まで押し上げるのですから当然でしょう。
コンバインドでは蒸気タービンの分担が3分の1程度——給水ポンプも循環水ポンプも、それに見合った大きさで済みます。
そのうえガスタービンの圧縮機が通風機の役目を果たす——別に大きな送風機を置く必要がないのです。
所内率とは何か
★所内で使った分だけ減る
★割る
所内率が小さいほど、同じ発電量から多くを送り出せます——送電端の効率が上がることになります。
発電端熱効率が同じでも、所内率が違えば送電端熱効率は変わる——計算問題で問われるのはこの関係です。
この比較問題は繰り返し出題されている
まったく同じ比較表が、5つの年度で問われています——誤りにされる項目だけが変わるのです。
| 年度 | 誤りにされた項目 | 答え |
| 平成19年度 A3 | 冷却水量が「多い」 | (3) |
| 平成22年度 A3 | 起動停止時間が「長い」 | (2) |
| 令和4年度下期 A3 | 所内率が「大きい」 | (5) |
| 令和5年度上期 A2 | 冷却水量が「多い」 | (3) |
| 令和6年度上期 A3 | 外気温度の影響が「小さい」 | (4) |
つまり比較表を丸ごと覚えてしまえば、どの年度が出ても解けます。
| 項目 | コンバインドは汽力より | 理由 |
| ★熱効率 | ★高い | ★1,600 ℃ の高温から始められる |
| ★起動停止時間 | ★短い | ★水を沸かす必要がなく軽い |
| ★負荷追従性 | ★高い | ★台数制御と速い応答 |
| ★排ガス量 | ★多い | ★冷却用に余分な空気を通す |
| ★冷却水量・温排水量 | ★少ない | ★蒸気タービンの分担が小さい |
| ★所内率 | ★小さい | ★大形補機が少ない |
| ★外気温度の影響 | ★受けやすい | ★空気を吸い込むので密度が効く |
「多い」のは排ガス量だけ、「受けやすい」のは外気温度の影響だけ——この2つ以外はすべてコンバインドが有利だと覚えましょう。
⚠️ よくある間違い
(5)の「大型所内補機が多いので」という理由づけに引きずられる——理由と結論はつながっているので、どちらも誤りです。
大形補機が多いのは汽力のほう——給水ポンプ・通風機・循環水ポンプがいずれも大きいのです。
(3)の冷却水量を疑ってしまう——「蒸気タービンの出力分担が小さいので冷却水量が少ない」は正しい。理由まで含めて正確な記述です。
(4)の外気温度も正しい——空気を吸い込むガスタービンの弱点。「受けやすい」で正しいと押さえましょう。
⏱️ 本番での進め方
①★所内率はコンバインドのほうが小さい（2〜3 ％）。
②理由：大形補機が少ない。給水ポンプも循環水ポンプも小型。
③★この比較問題は5年度で出題。表を丸ごと覚える。
④「多い」のは排ガス量、「受けやすい」のは外気温度だけ。
💡 覚え方
「補機が少ないから所内率も小さい」——蒸気系が小さいことが、そのまま補機の小ささにつながります。汽力の給水ポンプは24 MPa まで加圧する——そこが最大の消費です。
同じ比較問題が平成19年度 A問題3（火力：コンバインドと汽力の比較）、平成22年度 A問題3（火力：コンバインドの起動停止時間）にあります。
給水ポンプが所内電力の主役
汽力発電所で最も電気を食う補機を見ておきましょう。
★2,449 m 相当
水を2,400 m 持ち上げるのと同じ仕事——富士山より高いことになります。
600 MW 級の機では、給水ポンプだけで1万数千 kW を消費します——所内電力の半分近くを占めるのです。
大型機では、蒸気タービンで直接駆動することもあります——電動機を介さないぶん効率がよいからです。
所内率が効率に効く
★39.5 %
★53.6 %
発電端で13 ポイントの差が、送電端では14 ポイントに広がります——所内率の差がそのまま上乗せされるのです。
この1問で押さえること
コンバインドサイクルの所内率は2〜3 ％、汽力は5〜7 ％——大形補機が少ないぶん小さくなります。
汽力の給水ポンプは24 MPa まで加圧する——水頭に直せば2,449 m。これが所内電力の主役です。
コンバインドでは蒸気系が3分の1程度なので、給水ポンプも循環水ポンプも小型——圧縮機が通風機の役目も果たします。
この型の問題を確実に取るために
比較表を7項目そろえて覚えるのが最短です——誤りにされる項目は年度ごとに変わるからです。
「多い」のは排ガス量、「受けやすい」のは外気温度の影響——この2つだけが例外で、残りはすべてコンバインドが有利。
裏を返せば、コンバインドの弱点として書かれた記述が2つ以外にあれば、そこが誤り——そう読めば速く絞れます。
所内電力を減らす工夫
所内率は、設計しだいで下げられます。
| 工夫 | 内容 |
| ★タービン駆動給水ポンプ | ★電動機ではなく蒸気タービンで直接駆動する |
| ★通風機のインバータ制御 | ★ダンパで絞らず、回転速度を変える |
| 高効率電動機 | 補機の電動機そのものを効率のよいものにする |
ダンパで絞るのは、水道の蛇口を細くするようなもの——送風機は全力で回ったままです。
回転速度を落とせば、必要な動力そのものが減ります——動力は回転速度の3乗に比例するので効果が大きいのです。
まとめ
| (1)熱効率 | コンバインドの方が高い→正しい |
| (2)起動・停止時間 | 短い→正しい |
| (3)復水器の冷却水量 | 蒸気タービンの分担が小さいので少ない→正しい |
| (4)外気温度の影響 | 受けやすい（弱点）→正しい |
| (5)所内率 | 大型補機が多く所内率が大きいのは汽力→誤り。答えは(5) |
▼あわせて解きたい関連問題
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