新エネ7【電験3種 電力】燃料電池は静か！太陽光・地熱・バイオマス・風力の得失 令和4年度下期 A問題5 完全解説

今回は令和4年度下期 電力科目 A問題5を解説します。太陽光・地熱・バイオマス・風力・燃料電池という新エネルギー5方式の記述から誤っているものを選ぶ問題です。

燃料電池は化学反応で発電する装置で、タービンやエンジンのような回転部がありません。だから振動・騒音が小さく、ビルや家庭にも置ける——「振動や騒音が大きい」とあれば長所を逆にした引っかけです。

令和4年度下期 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4年度下期 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 【新エネルギー】 令和4年度下期 A問題5

　各種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。

太陽光発電は、太陽電池によって直流の電力を発生させる。需要地点で発電が可能、発生電力の変動が大きい、などの特徴がある。
地熱発電は、地下から取り出した蒸気又は熱水の気化で発生させた蒸気によってタービンを回転させる発電方式である。発電に適した地熱資源を見つけるために、適地調査に多額の費用と長い期間がかかる。
バイオマス発電は、植物などの有機物から得られる燃料を利用した発電方式である。さとうきびから得られるエタノールや、家畜の糞から得られるメタンガスなどが燃料として用いられている。
風力発電は、風のエネルギーによって風車で発電機を駆動し発電を行う。プロペラ型風車は羽根の角度により回転速度の制御が可能である。設定値を超える強風時には羽根の面を風向きに平行になるように制御し、ブレーキ装置によって風車を停止させる。
燃料電池発電は、水素と酸素との化学反応を利用して直流の電力を発生させる。発電に伴って発生する熱を給湯などに利用できるが、発電時の振動や騒音が大きい。

出題のポイント：各発電方式の特徴を一つずつ判定する

太陽光・地熱・バイオマス・風力の記述は、それぞれの代表的な特徴と一致します。燃料電池は水素と酸素の電気化学反応で直接発電し、回転部がほとんどないため振動・騒音は小さく、(5)の「大きい」が誤りです。

誤りは(5)：燃料電池は静か

「発電時の振動や騒音が大きい」——小さいが正しいです。

項目	燃料電池は	理由
★出力	★直流	★化学反応で電子を直接取り出すから
★反応	★発熱反応	★水素の酸化だから
★振動・騒音	★小さい	★回転する部分がないから
★排熱	★給湯・空調に使える	★需要地の近くに置けるから
★発電効率	★40〜60 ％	★カルノー効率の制約を受けないから

回転する部分がありません——だから振動も騒音も生じないのです。

火力や水力は、タービンと発電機が高速で回っています——そこが音の発生源になります。

燃料電池は化学反応だけ——動く部品は補機のポンプ程度です。

だから住宅の脇にも置ける——家庭用のエネファームが成り立つ理由になります。

問題文の前半「直流の電力を発生」「熱を給湯に利用」は正しい——誤りは最後の一句だけです。

(4) 強風時のピッチ制御

問題文が具体的に書いています——「羽根の面を風向きに平行になるように制御し」。

羽根の向き	受ける風	状態
★風に垂直に近い	★最大限受ける	★通常運転
★角度を浅くする	★一部を逃がす	★定格出力を保つ
★風に平行にする	★ほぼ受けない	★停止（フェザリング）

羽根を風に平行にすれば、風は素通りします——回転する力が生じません。

飛行機のプロペラを止めるときと同じ操作——フェザリングと呼ばれます。

そのうえで機械ブレーキをかけて完全に止める——問題文の記述どおりです。

3乗則があるので、風速25 m/s では定格の9倍——止めなければ壊れます。

(1)(2)(3) 残る3つの記述

記述	方式	要点
(1)	太陽光	★直流・需要地点で発電・変動が大きい
(2)	地熱	★適地調査に多額の費用と長い期間
(3)	バイオマス	★エタノールとメタンガス

(2)の「蒸気又は熱水の気化で発生させた蒸気」——フラッシュ方式の説明です。

熱水を減圧すると沸騰して蒸気になる——それでタービンを回します。

調査に10年以上かかることもある——掘っても蒸気が出ないことがあるからです。

燃料電池の特徴は令和6年度上期 A問題5（新エネルギー：燃料電池）、各種発電の横断問題は平成28年度 A問題5（新エネルギー：各種発電）にあります。

家庭用燃料電池という形

(5)の「静かさ」が、家庭への設置を可能にしました。

項目	家庭用燃料電池（エネファーム）
★発電出力	★700 W 前後
★発電効率	★40 ％ 前後
★総合効率	★90 ％ 前後（排熱で給湯）
★燃料	★都市ガス・LPガスを改質して水素を作る
★騒音	★38 dB 前後（図書館並み）

38 dB は、深夜でも隣家に迷惑をかけない水準——エアコンの室外機より静かです。

発電した電気を家で使い、出た熱で湯を沸かす——だから総合効率が90 ％ に達します。

送電損失もない——その場で作ってその場で使うからです。

熱と電気の比率が課題

発電すれば必ず熱も出ます——湯を使い切らないと、熱を捨てることになります。

だから貯湯タンクが満杯になると発電を止める——熱主電従と呼ばれる運転です。

お湯をよく使う家庭ほど有利——導入の向き不向きがあることになります。

要点をもう一度

5つの発電方式が並ぶ横断問題です。

記述	方式	正誤
(1)	太陽光	正
(2)	地熱	正
(3)	バイオマス	正
(4)	風力	正
★(5)	★燃料電池	★誤（振動・騒音は小さい）

(5)は前半が正しく、最後の一句だけが誤り——最後まで読むことです。

回転機がない発電の共通点

	★太陽光	★燃料電池
★出力	★直流	★直流
★振動・騒音	★ない	★小さい
★設置場所	★需要地でよい	★需要地でよい

回転機がないという1点から、3つの性質が導かれます——だから分散型電源に向くのです。

地熱の適地調査

(2)が挙げる「多額の費用と長い期間」を具体的に見ましょう。

段階	期間の目安	内容
★地表調査	★2〜3年	★地質・地化学・物理探査
★調査井の掘削	★3〜4年	★1本1〜5億円。空振りもある
★環境アセス	★3〜4年	★温泉への影響を確認する
★建設	★3〜4年	★発電所と蒸気配管

合計すると10年以上——太陽光の1年程度とは桁違いです。

しかも掘っても蒸気が出ないことがある——そこが投資判断を難しくします。

成功率は3割程度とも言われます——石油開発に似た性格を持っています。

だから国が調査費を補助する仕組みがある——民間だけでは踏み出しにくいのです。

太陽光の「変動が大きい」

(1)が挙げる3つの特徴のうち、最も実務的な論点です。

原因	変動の速さ	影響
★雲の通過	★数秒〜数分	★出力が半分以下に落ちる
★日の出・日没	★1〜2時間	★予測できる
天気の変化	数時間	予報である程度読める

やっかいなのは雲の通過——数秒で出力が大きく振れます。

ただし広い地域に分散していれば、互いに打ち消し合う——ならし効果と呼ばれます。

1軒の屋根では激しく変動しても、県全体では滑らかになる——分散していることが利点になるのです。

だから系統全体では、日の出・日没の変化のほうが問題——夕方の急な立ち上がりに備える必要があります。

バイオマス燃料の原料と形

(3)が挙げる2つの燃料を整理します。

原料	加工	燃料	形
★さとうきび	★アルコール発酵	★エタノール	★液体
★家畜の糞	★メタン発酵	★メタンガス	★気体
木くず	破砕・圧縮	ペレット・チップ	固体

糖を含むものは発酵させて液体に——酒造りと同じ工程です。

湿ったものは酸素を断って発酵させ、気体に——メタン生成菌の働きによります。

乾いたものはそのまま固体で燃やす——原料の状態が燃料の形を決めます。

問題文はこの2例を挙げているだけで、いずれも正しい——他の年度でも繰り返し出る定番です。

まとめ

(1)太陽光	直流・需要地点で発電・変動大→正しい
(2)地熱	蒸気でタービン・適地調査に費用と期間→正しい
(3)バイオマス	エタノール・メタンガスが燃料→正しい
(4)風力	ピッチ角制御・強風時はフェザリング→正しい
(5)燃料電池	回転部がなく振動・騒音は小さい→誤り。答えは(5)

▼あわせて解きたい関連問題
・燃料電池の原理と特徴（新エネ4）：【電力】令和6年度上期 A問題5

・この年度の問題を通しで解く：電験3種 令和4年度下期 問題一覧（全4科目）