電験三種 令和6年度上期 電力 問5｜再生可能エネルギー・分散電源

電験三種「電力」の「再生可能エネルギー・分散電源」に関する問題（令和6年度上期 問5）。正答は(1)です。

燃料電池は水素と酸素の電気化学反応（水の電気分解の逆反応）により直接「直流」電力を発生する装置です。(1)は「直接，交流電力を発生する」としており、実際には直流電力を発生するため誤りです（交流で利用するにはインバータでの変換が必要）。(2)〜(5)は燃料電池の分類・原理・排熱利用・燃料に関する正しい記述で、正答は(1)です。

【燃料電池の原理と特徴の各選択肢の検討】（令和6年度上期 問5）

(1) 誤り：燃料電池は水素と酸素の電気化学反応により「直流」電力を発生する装置であり、「直接，交流電力を発生する」という記述は誤り。交流として利用するにはインバータで変換する必要がある。

(2) 正しい：電解質の種類により、りん酸形・溶融炭酸塩形・固体高分子形などに分類される。

(3) 正しい：水の電気分解と逆の反応を利用して電力を取り出す。

(4) 正しい：発電時に生じる排熱は空調・給湯に活用できる（コジェネレーション）。

(5) 正しい：天然ガス・メタノールを改質することで水素を生成し、燃料として利用できる。

誤っているものは(1)。

【燃料電池が直流を発生する理由と出題の着眼点】（令和6年度上期 問5）

燃料電池は、水素を負極（燃料極）に、酸素（空気）を正極（空気極）に供給し、電解質を介したイオン伝導によって電気化学反応（水の電気分解の逆反応：2H₂+O₂→2H₂O）を起こし、その反応で生じる電子の流れを外部回路に取り出すことで発電する。この発電メカニズムは、電池（一次電池・二次電池）と同じ電気化学的な原理であり、化学反応によって生じる電子の流れは一方向、つまり「直流」である。これは、回転機（同期発電機など）が電磁誘導によって交流を発生する仕組みとは根本的に異なる。

したがって燃料電池を交流系統に接続して利用する場合は、インバータ（パワーコンディショナ）によって直流を交流に変換する必要がある。本問の選択肢(1)は「直接，交流電力を発生する」としており、この直流発生という基本原理に反する誤りを含んでいる。

燃料電池は電解質の種類によって、りん酸形（PAFC）・溶融炭酸塩形（MCFC）・固体高分子形（PEFC）・固体酸化物形（SOFC）などに分類され、それぞれ動作温度や用途（家庭用、産業用、大規模分散電源）が異なる。発電時に生じる排熱を空調・給湯に利用するコジェネレーションシステムとして導入されることが多く、総合的なエネルギー利用効率を高められる点が分散型電源としての大きな利点である。燃料となる水素は、天然ガス（都市ガス）やメタノールなどを改質器で改質して取り出すことができ、既存の燃料供給の仕組みを利用できる((5)が正しい理由)。電験三種ではこうした燃料電池の原理・分類・利用形態をセットで押さえておくことが、本問のような正誤判定問題の対策になる。