新エネ3【電験3種 電力】地熱は蒸気×火山地域・バイオマスは有機物×気体燃料！令和6年度下期 A問題5 完全解説

今回は令和6年度下期 電力科目 A問題5を解説します。地熱発電の原理と適地、バイオマス発電の資源と燃料を埋める空欄補充問題です。

この問題は平成29年度 A問題5と本文・選択肢まで完全に同一の再出題。地熱は地下の蒸気でタービンを回す方式で適地は火山地域、バイオマスは有機物由来で家畜の糞からは気体燃料（メタン）——2つの発電方式の基本セットです。

出題のポイント：地熱発電とバイオマス発電

地熱発電を動かす蒸気と資源の分布、バイオマス燃料の由来と状態を区別して空欄を決めます。

令和6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6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6年度下期 A問題5

　次の文章は、地熱発電及びバイオマス発電に関する記述である。地熱発電は、地下から取り出した(ア)によってタービンを回して発電する方式であり、発電に適した地熱資源は(イ)に多く存在する。

　バイオマス発電は、植物や動物が生成・排出する(ウ)から得られる燃料を利用する発電方式である。燃料の代表的なものには、木くずから作られる固形化燃料や、家畜の糞から作られる(エ)がある。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)	蒸気	火山地域	有機物	液体燃料
(2)	熱水の流れ	平野部	無機物	気体燃料
(3)	蒸気	火山地域	有機物	気体燃料
(4)	蒸気	平野部	有機物	気体燃料
(5)	熱水の流れ	火山地域	無機物	液体燃料

地熱・バイオマスの基本

バイオマスは「生物量」を意味する言葉——だから(ウ)は有機物です。

無機物とは、炭素を骨格に持たない物質——鉱物や金属のことです。

生物が作るものはすべて有機物——燃やせばエネルギーが出ます。

形態	代表例	原料
★固形化燃料	★木質ペレット・チップ	★木くず・間伐材
★気体燃料	★バイオガス（メタン）	★家畜の糞尿・生ごみ・下水汚泥
★液体燃料	★バイオエタノール・バイオディーゼル	★サトウキビ・とうもろこし・廃食油

家畜の糞から作られるのは気体燃料——だから(エ)は気体燃料になります。

メタン発酵のしくみ

段階	働く微生物	できるもの
①	加水分解菌	糖・アミノ酸・脂肪酸
②	酸生成菌	酢酸・水素・二酸化炭素
★③	★メタン生成菌	★メタン（約60 ％）＋二酸化炭素

酸素を断った密閉タンクで進みます——嫌気性発酵と呼ばれます。

発酵後の残りかすは液肥として使える——廃棄物が出ないのが利点です。

畜産の糞尿処理と発電を同時に解決できる——そこに導入の意義があります。

4つの空欄と選択肢照合

火山地域に資源があるという事実は、そのまま制約にもなります。

課題	内容
★立地の重なり	★好適地の多くが国立公園内にある
★温泉との調整	★源泉が枯れる懸念から地元の合意が要る
★開発期間	★調査から運転開始まで10年以上
★掘削のリスク	★掘っても蒸気が出ないことがある

資源量は世界3位なのに、発電量では10位前後——使いこなせていないのが実情です。

その一方で、設備利用率は70 ％ 前後と高い——天候に左右されないからです。

太陽光の約15 ％、風力の約20 ％ と比べれば際立ちます——ベースロード電源として使えるのです。

近年はバイナリー方式で温泉の余り湯を使う小規模発電が増えています——源泉に影響を与えないのが利点になります。

平成29年度 A問題5（新エネルギー：地熱発電とバイオマス発電）は本問とまったく同じ問題です。答えも同じ(3)——過去問がそのまま出た例になります。

バイオマスがカーボンニュートラルである理由

燃やせば二酸化炭素は出ます——それでも「増やさない」と言えるのはなぜでしょうか。

	★バイオマス	★化石燃料
★炭素の出どころ	★今の大気から植物が吸ったもの	★数億年前に地中へ固定されたもの
★燃やすと	★吸った分が戻るだけ	★大気中の量が純増する
★差し引き	★ゼロ	★プラス

炭素が循環の中にあるか、外から持ち込まれるか——そこが決定的な違いです。

ただし収集や輸送で化石燃料を使えば、その分は純増します——完全にゼロにはなりません。

廃棄物系と資源作物系

区分	例	特徴
★廃棄物系	★家畜の糞尿・生ごみ・下水汚泥・建設廃材	★処理費が浮くので採算がよい
★未利用系	★間伐材・稲わら・もみ殻	★集めるコストが課題
★資源作物系	★さとうきび・とうもろこし	★食料と競合する

本問の「家畜の糞」は廃棄物系——捨てるものを使うので最も有利です。

畜産農家にとっては糞尿処理の手段でもある——発電は副産物とも言えます。

バイオマス発電の方式

燃料の形によって、発電のしかたも変わります。

方式	燃料	しくみ
★直接燃焼	★木質チップ・ペレット	★ボイラで蒸気を作りタービンを回す
★ガス化	★木質・廃棄物	★可燃ガスにしてガスエンジンを回す
★メタン発酵	★糞尿・生ごみ・汚泥	★バイオガスでガスエンジンを回す
混焼	木質＋石炭	既存の石炭火力に混ぜて燃やす

湿ったものは燃やせません——だから糞尿は発酵させるのです。

乾いたものはそのまま燃やせる——木くずは直接燃焼になります。

燃料の含水率が方式を決めている——単純な原則です。

混焼という現実解

既存の石炭火力に木質ペレットを数 ％ 混ぜる方式です。

新しい発電所を建てずに済む——設備投資が小さいのが利点になります。

大型ボイラの高い熱効率をそのまま使える——専焼の小型設備より効率がよいのです。

その一方で、燃料の輸入に頼る面もある——国内の未利用材を使う本来の趣旨とは離れます。

要点をもう一度

平成29年度とまったく同じ問題で、答えも同じ(3)です。

空欄	答え	紛らわしい選択肢
(ア)	★蒸気	★熱水の流れ
(イ)	★火山地域	★平野部
(ウ)	★有機物	★無機物
(エ)	★気体燃料	★液体燃料

4欄とも、対になる語が1つずつ用意されています——正しいほうを確実に覚えましょう。

過去問がそのまま出る例——7年前の問題でも解いておく価値があります。

バイオマスは炭素の貯金

植物は成長するあいだ、大気の二酸化炭素を炭素として蓄えます。

燃やせばそれが戻るだけ——放置して腐らせても同じことが起きます。

どうせ戻るなら、途中でエネルギーを取り出そう——それがバイオマス発電の発想です。

バイオガスの精製と利用

発酵で得たガスは、そのままでは使いにくい面があります。

成分	割合	扱い
★メタン	★約60 ％	★これが燃料になる
★二酸化炭素	★約40 ％	★燃えないので発熱量を下げる
★硫化水素	★微量	★腐食性があるので除去する

発熱量は都市ガスの半分程度——二酸化炭素が混ざっているためです。

それでもガスエンジンは動かせる——発電機を回すには十分になります。

硫化水素を除かないと配管やエンジンを傷めます——脱硫が必須の工程です。

精製して二酸化炭素を除けば、都市ガスに混ぜられる——発電以外の使い道も広がります。

木質バイオマス発電の規模

燃料が集まる範囲が、そのまま発電所の規模を決めます。

出力	年間の燃料	集める範囲の目安
★2,000 kW	★約2.4万トン	★半径30 km 程度
★5,000 kW	★約6万トン	★半径50 km 程度
★50,000 kW	★約60万トン	★輸入に頼ることが多い

石炭火力なら100万 kW が普通——バイオマスはその50分の1以下です。

大きくすれば効率は上がるが、燃料が足りなくなる——そのつり合いで規模が決まります。

だから地域に密着した小規模分散型になる——大規模集中の火力とは性格が異なります。

発電と同時に熱も利用すれば、総合効率は80 ％ 前後まで上がる——コージェネレーションとの相性がよいのです。

まとめ

(ア)	地下から取り出した蒸気でタービンを回す
(イ)	地熱資源は火山地域に多い
(ウ)	バイオマス＝植物・動物の有機物
(エ)	家畜の糞→気体燃料（メタンガス）
答え	(3)（H29問5と完全同一）

▼あわせて解きたい関連問題
・バイオマス発電の基本（新エネ2）：【電力】令和7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6年度下期 問題一覧（全4科目）