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。
出題のポイント
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。
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。
ポイント解説：ガスの回路と水・蒸気の回路は別。ガスは蒸気タービンを通らない
(1)が誤り：コンバインドサイクルには2つの独立した回路がある。
【ガスの回路】空気圧縮機→燃焼器→ガスタービン→排熱回収ボイラ→煙突。
【水・蒸気の回路】給水→排熱回収ボイラ→蒸気タービン→復水器→給水へ戻る。
両者は排熱回収ボイラの伝熱管を挟んで熱をやりとりするだけで、混ざり合うことはない。したがって燃焼ガスが蒸気タービンを通ることはなく、排熱回収ボイラを出たら直接煙突から排出される。問題文は経路に「蒸気タービン」を挟んでいるので誤り。
その他は正しい：(2)大きなボイラに水を張って温める必要がないので起動停止時間が短く、負荷追従性が高い。(3)出力の約2/3をガスタービンが分担し蒸気タービン側が小さいので復水器の冷却水量が少ない。(4)ガスタービンは入口（燃焼）温度と排気温度の差が大きいほど効率がよいので入口温度が高いほど熱効率が高い（そのため耐熱材料と翼の冷却技術の開発が高効率化の鍵となっている）。(5)コンバインドサイクルは小容量のユニットを複数台並べる構成が一般的で、需要が減ったら運転台数を減らして残りを定格付近で運転できるため、部分負荷時の熱効率の低下が小さい。よって答えは(1)。
問題の解説
STEP1 2つの回路を分ける
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：排熱回収ボイラ→蒸気タービン→復水器。
STEP2 (1)を判定
両回路は排熱回収ボイラで熱交換するだけで混ざらない。ガスは蒸気タービンを通らない→(1)が誤り。
STEP3 他を確認
(2)起動が速く追従性が高い、(3)冷却水量が少ない、(4)入口温度が高いほど高効率、(5)台数運転で部分負荷効率がよい——いずれも正しい。
答え：(1)
💡 覚え方
コンバインドサイクルの2回路：【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→排熱回収ボイラ→蒸気タービン→復水器→給水。**排熱回収ボイラで熱交換するだけで混ざらない**。ガスタービンは**入口温度が高いほど高効率**（1300℃級・1500℃級と高温化が進む。耐熱材料と翼冷却が鍵）。**台数運転**できるので部分負荷でも効率低下が小さい。長所：熱効率高・起動停止速い・追従性高・冷却水/温排水少ない・所内率小さい・部分負荷効率よい。弱点：外気温の影響大・排ガス量多い・単機容量小。
⚠️ よくある間違い
ガスの経路に「蒸気タービン」を混ぜない——ガスと蒸気は別回路。「排熱回収ボイラ」の後にガスが行くのは煙突。ガスタービン入口温度は高いほど高効率（低いほうがよいのではない）。部分負荷時の効率低下が「小さい」のがコンバインドの長所（台数運転できるから）。
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) |
▼あわせて解きたい関連問題
・コンバインドサイクルは所内率が小さい（火力14）：【電力】令和4年度下期 A問題3
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 令和元年度 問題一覧（全4科目）
コメント