今回は平成26年度 電力科目 A問題3を解説します。コンバインドサイクル発電の高効率化について、ガスタービンの入口ガス温度・空気圧縮機の圧力比・必要な材料技術・そして低減すべき物質を問う空欄補充問題です。
高効率化の方向は「高温化」と「高圧力比化」の2本柱。高温にするには耐熱材料と翼の冷却技術が要り、高温燃焼の副作用として窒素酸化物（NOx）が増えるのでその低減が同時に必要——因果の鎖で覚えましょう。
出題のポイント
平成26年度 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。
電験3種 電力科目 【火力】 平成26年度 A問題3
次の文章は、コンバインドサイクル発電の高効率化に関する記述である。コンバインドサイクル発電の出力増大や熱効率向上を図るためにはガスタービンの高効率化が重要である。
高効率化の方法には、ガスタービンの入口ガス温度を(ア)することや空気圧縮機の出口と入口の(イ)比を増加させることなどがある。このためには、燃焼器やタービン翼などに用いられる(ウ)材料の開発や部品の冷却技術の向上が重要であり、同時に(エ)の低減が必要となる。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 高く 温度 耐熱 窒素酸化物 (2) 高く 圧力 触媒 窒素酸化物 (3) 低く 圧力 耐熱 ばいじん (4) 低く 温度 触媒 ばいじん (5) 高く 圧力 耐熱 窒素酸化物
ポイント解説：高温化＋高圧力比化→耐熱材料が必要→NOx低減も必要
(ア)(イ)：ガスタービンの効率は、入口（燃焼）ガス温度と排気温度の差が大きいほど高くなるので、入口ガス温度を高くすることが高効率化の王道（1100℃級→1300℃級→1500℃級と高温化が進んできた）。もう一つの方法が、空気圧縮機の出口と入口の圧力比（圧縮比）を増加させることで、これも理論効率を高める。
(ウ)(エ)：入口ガス温度を高くするには、燃焼器やタービン翼がその高温に耐えなければならないので、耐熱材料（超合金・遮熱コーティングなど）の開発と、部品（翼）の冷却技術の向上が重要になる。一方、燃焼温度が高くなるほど空気中の窒素が酸素と結びつきやすくなり窒素酸化物（NOx）の発生が増えるため、低NOx燃焼器などによるNOxの低減が同時に必要となる。よって(ア)高く・(イ)圧力・(ウ)耐熱・(エ)窒素酸化物で答えは(5)。
問題の解説
STEP1 (ア)(イ)
高効率化＝入口ガス温度を高く＋空気圧縮機の圧力比を増加。
STEP2 (ウ)
高温に耐えるための耐熱材料の開発と翼の冷却技術が鍵。
STEP3 (エ)
高温燃焼はNOxが増える→窒素酸化物の低減が同時に必要→(5)。
答え：(5)
💡 覚え方
ガスタービン高効率化の因果鎖：**入口ガス温度を高く**（1500℃級へ）＋**圧力比を増加**→そのために**耐熱材料**＋**翼の冷却技術**→副作用で**NOx増**→低NOx燃焼器等で低減。火力25(R01問5)の「入口温度が高いほど熱効率が高い」、火力29(H29問3)のNOx対策（高温ほどNOxが増える）とセットで覚えると相互に補強できる。
⚠️ よくある間違い
(ア)は「高く」——入口温度を低くしたら効率が下がる。(イ)は「圧力」比（空気圧縮機の出口/入口は圧力の比）。(ウ)は「耐熱」材料（触媒は脱硝装置の話）。(エ)は「窒素酸化物」——高温燃焼で増えるのはNOxで、ばいじんは石炭燃焼などの話。
まとめ
| (ア) | 入口ガス温度を高くする（高温化） |
| (イ) | 空気圧縮機の出口と入口の圧力比を増加 |
| (ウ) | 燃焼器・タービン翼の耐熱材料＋冷却技術 |
| (エ) | 高温燃焼で増える窒素酸化物の低減が必要 |
| 答え | (5) |
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