【電験3種 電力】理論的包蔵水力の計算|令和8年度上期 問2

令和8年度上期 電力科目 問2 理論的包蔵水力の計算

年間に降った雨が持つ位置エネルギーを求める問題です。水の量を計算し、最後に単位をTW・hへ直しましょう。

目次

問題文と選択肢|【電験3種】令和8年度上期 電力 問2

令和8年度上期 電力科目 問2の公式問題と選択肢

問題文

問2 ある地域の面積が6 500 km2,平均海抜750 mで,この地域の年間降水量を1 100 mmとしたとき,この地域全体での理論的包蔵水力(電力量換算値[TW・h])として最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし,包蔵水力の計算において,その地域の水の流出係数を1とする。

(1) 1.7(2) 6.0(3) 30(4) 150(5) 15

出典:電気技術者試験センター・公式問題PDF(問2を切り抜き)/公式解答PDF

解答・解説

解答

正答(5) 15 TW・h

計算値は約14.6 TW・h。選択肢では15 TW・hが最も近くなります。

解く手順は、次の3ステップです。

  1. STEP1水の体積を求める面積 × 年間降水量
  2. STEP2位置エネルギーを求める水の質量 × g × 落差
  3. STEP3JをTW・hに換算するJ → TW・h
電力問2の縦長解答解説。水の体積・位置エネルギー・電力量換算の3ステップを示す

STEP1|水の体積を求める

降水量は、雨をそのままためたときの「水の深さ」です。面積Aに深さhの水をためると考えれば、体積は底面積×高さで求められます。

使う公式

\[V=Ah\]

水の体積 = 地域の面積 × 年間降水量

まず、単位をmにそろえる

条件計算に使う値
面積 A6 500 km² → 6.5×10⁹ m²
年間降水量 h1 100 mm → 1.1 m
平均海抜 H750 m

面積の換算に注意

1 km²=(1 000 m)²=10⁶ m²。面積は長さの二乗なので、km²からm²への換算は100万倍です。

流出係数は1。降った雨の全量を計算に使います。

数値を代入

\[\begin{aligned}V&=(6.5\times10^9)\times1.1\\&=7.15\times10^9\ \mathrm{m^3}\end{aligned}\]

年間の水の体積:7.15×10⁹ m³

降水量hは水の量、平均海抜Hは落下する高さを決める。V=AhとE=ρAhgHの導出を示す補足図
降水量hは「水の量」、平均海抜Hは「落下する高さ」を決めます。

STEP2|位置エネルギーを求める

公式は「力×距離」から

水に働く重力はmg。その水が高さHだけ下がるとき、得られるエネルギーは力×距離で、E=mgHとなります。

さらに、水の質量は密度×体積、つまりm=ρV。これを代入すると、次の式になります。

公式のつながり

\[E=mgH=\rho VgH\]

水の密度ρ=1 000 kg/m³、重力加速度g=9.8 m/s²

この問題では、平均海抜750 mを海面までの理論的な落差として使います。発電所の効率や水路の損失は考えません。

数値を代入

\[\begin{aligned}E&=1000\times(7.15\times10^9)\\&\quad\times9.8\times750\\&\approx5.26\times10^{16}\ \mathrm{J}\end{aligned}\]

年間の位置エネルギー:約5.26×10¹⁶ J

STEP3|JをTW・hに換算する

1 W=1 J/sは「1秒あたり1 J」という意味。1時間は3 600秒なので、1 W・h=3 600 Jです。

T(テラ)は10¹²倍を表すため、1 TW・hに相当するエネルギーは次のとおりです。

換算の基準

\[\begin{aligned}1\,\mathrm{TW\cdot h}&=10^{12}\times3600\,\mathrm{J}\\&=3.6\times10^{15}\,\mathrm{J}\end{aligned}\]

Jの値を3.6×10¹⁵で割れば、TW・hの値になります。

WとW・hの違い、JからTW・hへの換算方法を示す補足図

最後の計算

\[W=\frac{5.26\times10^{16}}{3.6\times10^{15}}\approx14.6\ \mathrm{TW\cdot h}\]

最も近い選択肢は(5)15 TW・h

最後に、3つだけ確認

① 面積の換算は100万倍km² → m²は10⁶倍。

② 降水量と落差は別のもの1.1 mは水の量、750 mは落下する高さ。

③ 8 760時間をさらに掛けない年間降水量で求めたエネルギーは、すでに1年分です。

覚える流れは、「水の量 → mgH → 単位換算」。それぞれの式が何を求めているかを確認すれば、無理なく解けます。

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