今回は令和5年度上期 電力科目 A問題5を解説します。風力発電について、再生可能エネルギーとしての性質・風速とパワーの関係・離島での活用・発電機の種類・騒音対策の5つの記述から誤っているものを選ぶ問題です。
覚えるべきは風力の3乗則。風の運動エネルギーは(1/2)mv²で、単位時間に通過する空気の質量m自体がρAvと風速に比例するので、パワーはP＝(1/2)ρAv³——風速の3乗に比例します。風速が2倍なら出力は8倍です。
出題のポイント
令和5年度上期 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。
電験3種 電力科目 【新エネルギー】 令和5年度上期 A問題5
風力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。
風力発電は、風の力で風力発電機を回転させて電気を発生させる発電方式である。風が得られれば燃焼によらずパワーを得ることができるため、発電するときにCO₂を排出しない再生可能エネルギーである。
風車で取り出せるパワーは風速に比例するため、発電量は風速に左右される。このため、安定して強い風が吹く場所が好ましい。
離島においては、風力発電に適した地域が多く存在する。離島の電力供給にディーゼル発電機を使用している場合、風力発電を導入すれば、そのディーゼル発電機の重油の使用量を減らす可能性がある。
一般的に、風力発電では同期発電機、永久磁石式発電機、誘導発電機が用いられる。
風力発電では、翼が風を切るため騒音を発生する。風力発電を設置する場所によっては、この騒音が問題となる場合がある。この騒音対策として、翼の形を工夫して騒音を低減している。
ポイント解説：P=(1/2)ρAv³——風速の3乗に比例
(2)が誤り：風車で取り出せるパワーは、風の運動エネルギー(1/2)mv²に、単位時間に受風面積Aを通過する空気の質量 m＝ρAv を代入して P＝(1/2)ρAv³。すなわち風速vの3乗に比例する（ρ：空気密度、A：受風面積）。「風速に比例」では1乗の意味になり誤り。3乗だからこそ風速のわずかな変化で発電量が大きく変わり、「発電量は風速に左右されるので安定して強い風が吹く場所が好ましい」という後半の記述につながる——後半は正しいだけに、前半の「比例」を読み流しやすい。
その他は正しい：(1)風力は燃焼を伴わず発電時にCO₂を排出しない再生可能エネルギー。(3)離島は風況がよい地域が多く、ディーゼル発電の重油使用量を減らせる可能性がある。(4)風力発電には同期発電機・永久磁石式発電機・誘導発電機が使われる（誘導発電機は新エネ1で学んだとおり）。(5)翼が風を切る騒音は立地によっては問題となり、翼の形の工夫で低減が図られている。よって答えは(2)。
問題の解説
STEP1 (2)の式を確認
P=(1/2)ρAv³——単位時間の通過質量m=ρAvが効いて3乗になる。「比例」は誤り→(2)。
STEP2 規模感
風速2倍→出力8倍。だから風況（安定して強い風）が最重要。
STEP3 他を確認
(1)CO₂ゼロの再エネ、(3)離島でディーゼル代替、(4)同期・永久磁石・誘導機、(5)翼形状で騒音対策——正しい。
答え：(2)
💡 覚え方
**風力の3乗則：P=(1/2)ρAv³**（ρ空気密度・A受風面積・v風速）。導出＝運動エネルギー(1/2)mv²×通過質量m=ρAv。**風速2倍→出力8倍**。受風面積はA=πr²なので**翼の長さの2乗**にも比例。R04上問5（空欄補充）では「運動エネルギーはv²に比例・取り出せる電力はv³に比例」の使い分けが問われる——「エネルギーは2乗・パワーは3乗」とセットで覚える。風力の発電機＝同期機・永久磁石式・誘導機。
⚠️ よくある間違い
「風速に比例」＝1乗は誤り——パワーは3乗（運動エネルギー自体は2乗）。後半の「風速に左右される」が正しいだけに前半を見逃しやすい——数式の指数まで読む。騒音・離島・発電機種類は正しい定番記述。
まとめ
| (1)再エネ | 燃焼なし・発電時CO₂ゼロ→正しい |
| (2)パワー | 風速の3乗に比例（比例ではない）→誤り |
| (3)離島 | ディーゼルの重油使用量を削減可能→正しい |
| (4)発電機 | 同期・永久磁石式・誘導発電機→正しい |
| (5)騒音 | 翼の形の工夫で低減→正しい。答えは(2) |
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