今回は令和元年度 電力科目 A問題5を解説します。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電について、誤っているものを選ぶ問題です。
今回のねらいはガスの流れ。コンバインドサイクルには「ガスの回路」と「水・蒸気の回路」の2つがあり、両者は排熱回収ボイラで熱をやりとりするだけで混ざりません。ガスが蒸気タービンを通ることはないのです。
令和元年度 電力科目 A問題5：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「令和元年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題5
電験3種 電力科目 【火力】 令和元年度 A問題5
ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
燃焼用空気は、空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、排熱回収ボイラ、蒸気タービンを経て、排ガスとして煙突から排出される。
ガスタービンを用いない同容量の汽力発電に比べて、起動停止時間が短く、負荷追従性が高い。
ガスタービンを用いない同容量の汽力発電に比べて、復水器の冷却水量が少ない。
ガスタービン入口温度が高いほど熱効率が高い。
部分負荷に対応するための、単位ユニットの運転台数の増減が可能なため、部分負荷時の熱効率の低下が小さい。
誤りは(1)：燃焼ガスは蒸気タービンを通らない
コンバインドサイクルには、2つの流体が別々に流れています。
| 流体 | 経路 |
| ★燃焼用空気・燃焼ガス | ★空気圧縮機 → 燃焼器 → ガスタービン → 排熱回収ボイラ → 煙突 |
| ★水・蒸気 | ★給水ポンプ → 排熱回収ボイラ → 蒸気タービン → 復水器 |
2つが交わるのは排熱回収ボイラの中だけ——そこで熱をやりとりします。
けれども混ざりません——管の内と外に分かれているのです。
だから燃焼ガスが蒸気タービンを通ることはありません——問題文の(1)は、2つの経路をつなげてしまっています。
ガスは排熱回収ボイラで熱を渡したら、そのまま煙突へ——蒸気タービンを回すのは蒸気です。
2つのサイクルが独立している
| ★ガスタービン側 | ★蒸気タービン側 | |
| サイクル | ★ブレイトン | ★ランキン |
| 作動流体 | ★空気・燃焼ガス | ★水・蒸気 |
| 系の形 | ★開いた系（吸って捨てる） | ★閉じた系（循環する） |
| 熱を捨てる先 | ★大気（煙突） | ★冷却水（復水器） |
ガス側は使い捨て、蒸気側は循環——性格がまったく違います。
蒸気側は純度の高い水を回し続けます——燃焼ガスが混じったら台無しです。
だから2つは完全に分離されていなければならない——排熱回収ボイラは熱だけを渡す装置だと言えます。
残る4つは定番の比較
| 記述 | 内容 | 根拠 |
| (2) | 起動停止が短く、負荷追従性が高い | ★水を沸かす必要がなく軽い |
| (3) | 復水器の冷却水量が少ない | ★蒸気タービンの分担が3分の1 |
| (4) | ガスタービン入口温度が高いほど熱効率が高い | ★カルノーの T₁ が上がる |
| (5) | 運転台数の増減で部分負荷の効率低下が小さい | ★一軸形の台数制御 |
4つとも、これまでの年度で繰り返し出てきた記述です。
本問が新しいのは(1)の流体経路——比較ではなく構造を問うている点が特徴になります。
⚠️ よくある間違い
(1)を「順序が合っているから正しい」と流してしまう——空気圧縮機→燃焼器→ガスタービン→排熱回収ボイラまではそのとおりです。
誤りは、その後に「蒸気タービン」を挟んでいる点——1語の追加で誤りになっています。
「燃焼用空気は」という主語を確認——問われているのは空気（ガス）の経路です。
もし「蒸気は」なら、排熱回収ボイラ→蒸気タービン→復水器——主語が変われば経路も変わります。
(3)の冷却水量を疑ってしまう——「少ない」で正しい。繰り返し問われている定番です。
⏱️ 本番での進め方
①★燃焼ガスは排熱回収ボイラから煙突へ。蒸気タービンは通らない。
②2つの流体は排熱回収ボイラで熱だけをやりとりする。
③ガス側は開いた系、蒸気側は閉じた系。
④残る4つは繰り返し出る定番の比較記述。
💡 覚え方
「ガスは煙突へ、蒸気は復水器へ」——行き先が違います。交わるのは排熱回収ボイラの中だけ——そこでも混ざらず、熱だけが移るのです。
ガスタービンの流れは平成18年度 A問題2（火力：ガスタービンの空気の流れ）にあります。
排熱回収ボイラの中で何が起きるか
2つの流体が交わる唯一の場所——詳しく見ておきましょう。
| 側 | 流れるもの | 温度の変化 |
| ★管の外 | ★ガスタービンの排ガス | ★600 ℃ → 150 ℃ に下がる |
| ★管の中 | ★水・蒸気 | ★水 → 過熱蒸気に上がる |
管の壁を挟んで、熱だけが移ります——物質は行き来しません。
ふつうのボイラなら、火炉で燃料を燃やします——排熱回収ボイラには火炉がないのです。
すでに燃えた後のガスが持つ熱を、そのまま使う——だから「排熱回収」と呼ばれます。
多重圧式という工夫
| 圧力段 | ガス温度 | 作る蒸気 |
| ★高圧段 | ★高い（入口側） | ★高圧蒸気 |
| 中圧段 | 中間 | 中圧蒸気 |
| ★低圧段 | ★低い（出口側） | ★低圧蒸気 |
1つの圧力だけで蒸気を作ると、排ガスの熱を使い切れません——温度差が足りなくなるからです。
複数の圧力に分ければ、低い温度域まで回収できる——効率が上がることになります。
正誤判定の進め方
5つのうち、(1)だけが構造の話——残る4つは比較の話です。
| 記述 | 種類 | 判定 |
| ★(1) | ★流体の経路（構造） | ★誤り |
| (2) | 汽力との比較（起動・追従性） | 正しい |
| (3) | 汽力との比較（冷却水量） | 正しい |
| (4) | 効率の原理 | 正しい |
| (5) | 汽力との比較（部分負荷） | 正しい |
比較の記述はどれも見慣れたもの——過去問を解いていれば即座に正しいと分かります。
だから毛色の違う(1)を丁寧に読む——そこに誤りが仕込まれているのです。
正しい経路を書き下す
| 順 | 機器 | 燃焼用空気の状態 |
| ① | 空気圧縮機 | 圧縮されて400 ℃ 前後に |
| ② | 燃焼器 | 燃料と混じって燃える（1,600 ℃） |
| ③ | ガスタービン | 膨張して仕事をする（600 ℃） |
| ★④ | ★排熱回収ボイラ | ★熱を渡して150 ℃ に |
| ★⑤ | ★煙突 | ★大気へ排出 |
④の次はそのまま⑤——間に蒸気タービンは入りません。
問題文が「蒸気タービンを経て、排ガスとして煙突から」と書いているのが誤りの正体です。
この1問で押さえること
燃焼ガスは「空気圧縮機 → 燃焼器 → ガスタービン → 排熱回収ボイラ → 煙突」——蒸気タービンは通りません。
2つの流体が交わるのは排熱回収ボイラの中だけ——そこでも管の壁を挟んで熱だけが移ります。
ガス側は開いた系（吸って捨てる）、蒸気側は閉じた系（循環する）——性格がまったく違うのです。
残る4つは比較の定番
| 記述 | 内容 |
| (2) | 起動停止が短く、負荷追従性が高い |
| (3) | 復水器の冷却水量が少ない |
| (4) | ガスタービン入口温度が高いほど熱効率が高い |
| (5) | 運転台数の増減で部分負荷の効率低下が小さい |
いずれも他の年度で繰り返し問われている記述——見慣れたものは正しいと判断してよいでしょう。
本問が新しいのは(1)の構造の話だけ——毛色の違う記述に注目するのが解き方になります。
コンバインドサイクルの出力配分
| ガスタービン | 蒸気タービン | |
| ★出力の分担 | ★約3分の2 | ★約3分の1 |
| 熱の受け取り方 | ★燃料を直接燃やす | ★ガスの排熱をもらう |
| 捨てる先 | ★大気 | ★冷却水 |
主役はガスタービン——蒸気タービンは、捨てるはずだった熱を拾って発電しています。
この配分が、冷却水量が少ない理由——復水器を通る蒸気が3分の1しかないのです。
流体経路を問う出題は他にもある
コンバインドサイクルの構造は、複数の年度で問われています。
平成18年度 A問題2では、ガスタービンの燃焼用空気の流れが問われました——「圧縮機 → 燃焼器 → タービン → 排熱回収ボイラ」が正解です。
本問は、その先に「蒸気タービン」を付け足して誤りにしたもの——同じ経路を、別の切り口で問うていることになります。
汽力発電所でも、水・蒸気・燃焼ガスの3系統の順序が問われます——流体ごとに経路をたどる習慣をつけておくとよいでしょう。
まとめ
| (1)ガスの流れ | 蒸気タービンは通らない。排熱回収ボイラ→煙突→誤り |
| (2)起動停止・追従性 | 短く・高い→正しい |
| (3)復水器の冷却水量 | 蒸気タービン側が小さく少ない→正しい |
| (4)ガスタービン入口温度 | 高いほど熱効率が高い→正しい |
| (5)部分負荷 | 台数運転できるので効率低下が小さい→正しい。答えは(1) |
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