今回は令和3年度 電力科目 B問題15を解説します。定格出力350MWの発電機が時間帯ごとに出力を変えて運転したとき、(a)0時から24時の送電端電力量と、(b)LNGを770t消費した場合の発電端熱効率を求める問題です。
ポイントは「発電端」と「送電端」を混同しないこと。表から出るのは発電端電力量で、そこから所内で使った分（所内率2%）を引いたものが送電端。そして(b)の発電端熱効率には所内率を使いません。
令和3年度 電力科目 B問題15：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3年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 B問題15
電験3種 電力科目 【火力】 令和3年度 B問題15
ある火力発電所にて、定格出力350MWの発電機が下表に示すような運転を行ったとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、所内率は2%とする。
【発電機の運転状態】0時〜7時：130MW／7時〜12時：350MW／12時〜13時：200MW／13時〜20時：350MW／20時〜24時：130MW
時刻 発電機出力[MW] 0時〜7時 130 7時〜12時 350 12時〜13時 200 13時〜20時 350 20時〜24時 130 (a) 0時から24時の間の送電端電力量の値[MW·h]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（1）4 660 （2）5 710 （3）5 830 （4）5 950 （5）8 230 MW·h
(b) 0時から24時の間に発熱量54.70MJ/kgのLNG(液化天然ガス)を770t消費したとすると、この間の発電端熱効率の値[%]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（1）44 （2）46 （3）48 （4）50 （5）52 %
出題のポイント：発電端と送電端を小問ごとに区別
時間帯ごとの発電機出力に運転時間を掛けると、1日の発電端電力量は5,830 MW・hです。(a)は送電端を求めるため所内率2％を差し引いて5,713.4 MW・h、最も近い選択肢は（2）の5,710 MW・hです。(b)は発電端熱効率なので所内率を使わず、電気エネルギーを燃料の入熱で割ると約49.8％となり、選択肢（4）の50％です。
(a) 運転表から電力量を積み上げる
時間帯ごとに出力×時間を計算し、足し合わせます。
| 時間帯 | 出力 | 時間 | 電力量 |
| 0〜7時 | 130 MW | 7 h | 910 MW·h |
| 7〜12時 | 350 MW | 5 h | 1,750 MW·h |
| 12〜13時 | 200 MW | 1 h | 200 MW·h |
| 13〜20時 | 350 MW | 7 h | 2,450 MW·h |
| 20〜24時 | 130 MW | 4 h | 520 MW·h |
| ★合計 | — | 24 h | ★5,830 MW·h（発電端） |
時間を足すと24時間——抜けや重なりがないかを確かめられます。
★約5,710 MW·h
選択肢(3)の5,830は、所内率を引き忘れた発電端の値——そのまま用意されています。
(b) 今度は発電端で計算する
(a)で求めた送電端ではなく、発電端5,830 MW·h を使います。
★54.70 MJ/kg＝54,700 kJ/kg
★約50 %
「発電端熱効率」と問われている——所内率を引いた送電端の値を使ってはいけません。
同じ問題の中で、(a)は送電端、(b)は発電端——小問ごとに確認する必要があります。
熱効率50 ％ という水準
| 方式 | 発電端熱効率 | 本問との比較 |
| 汽力（重油・石炭） | 40〜43 ％ | これより高い |
| ★LNGコンバインド | ★50〜62 ％ | ★本問はこの範囲 |
燃料が LNG で効率が50 ％——コンバインドサイクル発電所だと分かります。
出力を130 MW まで絞る運転をしているのも、台数制御ができるコンバインドらしいところです。
定格350 MW に対して130 MW＝37 ％——汽力なら効率が大きく落ちる領域になります。
⚠️ よくある間違い
(a)で所内率を引き忘れる——5,830となって選択肢(3)に一致します。最も多い誤りでしょう。
(a)で所内率を割ってしまう——5,949 となって選択肢(4)に一致します。送電端は小さいので掛けるのが正解です。
(b)で送電端5,713 を使う——48.8 ％ となって選択肢(3)の48 に近づきます。「発電端熱効率」と問われています。
(b)で MJ を kJ に直し忘れる——54.70 MJ/kg＝54,700 kJ/kg。桁が3つずれます。
⏱️ 本番での進め方
①(a)★送電端＝発電端×(1−所内率)。引き忘れると(3)。
②(a) 時間の合計が24時間かで検算。
③(b)★「発電端」熱効率なので5,830をそのまま使う。
④★54.70 MJ/kg＝54,700 kJ/kg。単位に注意。
💡 覚え方
「(a)は送電端、(b)は発電端」——同じ問題でも小問ごとに違います。問われた言葉をそのまま拾うのが確実です。
運転表から効率を求める問題は平成24年度 B問題15（火力：30日連続運転と運転表）、平成20年度 B問題15（火力：皮相電力×力率と送電端熱効率）にもあります。
LNG の発熱量が高い理由
本問の54.70 MJ/kg は、燃料の中でも飛び抜けて高い値です。
| 燃料 | 発熱量 | 水素の割合 |
| 石炭 | 25,000〜34,000 kJ/kg | 5 ％ 前後 |
| 重油 | 44,000 kJ/kg | 15 ％ |
| ★LNG（メタン） | ★54,700 kJ/kg | ★25 ％（CH₄） |
水素が多いほど発熱量が高くなります——水素は炭素より単位質量あたりの発熱量が大きいからです。
メタン CH₄ は、炭素1個に水素4個——燃料の中で最も水素比率が高いことになります。
だから同じ熱量あたりの CO₂ が最も少ない——発熱量の高さと CO₂ の少なさは、同じ理由から来ているのです。
所内率2 ％ という低さ
本問の所内率は2 ％——石炭火力の5〜7 ％ に比べてかなり低い値です。
コンバインドサイクルは大形補機が少ない——微粉炭機も集じん装置も要りません。
燃料と効率と所内率——3つとも LNGコンバインドの特徴を表していることになります。
この1問で押さえること
(a)は運転表から発電端5,830 MW·h を積み上げ、(1−0.02)を掛けて送電端5,710 MW·h——引き忘れると選択肢(3)になります。
(b)は「発電端」熱効率なので、5,830 をそのまま使います——送電端の値を使うと48.8 ％ で選択肢(3)に近づきます。
LNG は54.70 MJ/kg＝54,700 kJ/kg——単位の読み替えを忘れないことです。
運転パターンから発電所の性格を読む
| 時間帯 | 出力 | 定格比 |
| 深夜・早朝 | 130 MW | ★37 ％ |
| 昼のピーク | 350 MW | ★100 ％ |
| 正午の1時間 | 200 MW | ★57 ％ |
定格の37 ％ まで絞る運転——汽力なら効率が大きく落ちる領域です。
それでも1日を通した効率が50 ％——台数制御ができるコンバインドサイクルらしい結果になります。
12時から13時だけ200 MW に落としているのも興味深い点——昼休みに需要が一時的に下がるためでしょう。
発電端と送電端を問う3つの型
火力の計算問題では、この区別が繰り返し問われます。
| 問われ方 | 所内率の扱い | 出題例 |
| ★送電端電力量を求める | ★発電端×(1−所内率)＝掛ける | ★令和3年度 B15(a) |
| ★発電端に戻す | ★送電端÷(1−所内率)＝割る | ★平成28年度 B15(b) |
| ★発電端熱効率を求める | ★使わない | ★令和3年度 B15(b) |
掛ける・割る・使わない——3通りあります。
どれかは、問題文の言葉で決まります——「送電端」「発電端」のどちらが書かれているかを確かめることです。
本問は同じ問題の中で2通りが出る
(a)は送電端を求めるので掛ける——(b)は発電端熱効率なので使わない。
1つの問題の中で扱いが変わります——小問ごとに読み直す必要があるのです。
(a)の答えをそのまま(b)へ持ち込まない——それが本問で最も気をつけるところでしょう。
まとめ
| (a)発電端電力量 | 130×7+350×5+200×1+350×7+130×4=5830MW·h |
| (a)送電端電力量 | 5830×(1−0.02)=5713.4≒5710MW·h→(2) |
| (b)出力の熱量 | 5830×10³kW·h×3600=2.099×10¹⁰kJ（発電端なので5830を使う） |
| (b)入熱 | 770×10³kg×54700kJ/kg=4.212×10¹⁰kJ |
| (b)発電端熱効率 | 2.099/4.212≒49.8%→(4)50 |
▼あわせて解きたい関連問題
・石炭火力の発電端効率と二酸化炭素排出量（火力13）：【電力】令和5年度上期 B問題15
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 令和3年度 問題一覧（全4科目）
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