電験三種 電力 問55：発電（水力発電）

電験三種「電力」の「発電（水力発電）」に関する問題（令和6年度上期 問2）。正答は(4)です。

これは数値計算問題です。①問題文の条件を整理②公式を選択③単位確認④代入計算⑤選択肢と照合の順で解く。

【基本公式・定義】P=9.8QHη [kW]（Q:流量[m³/s]、H:有効落差[m]、η:総合効率）。有効落差H=総落差-損失水頭

【正答(4)の根拠】880 MW 220 MW——水力発電の基本は位置エネルギーの変換。有効落差×流量×効率で出力が決まる。ペルトン水車（高落差）・フランシス（中）・カプラン（低落差・可動翼）の使い分けが頻出。揚水発電は夜間余剰電力で揚水し昼間放水する電力貯蔵技術。

電験三種は各科目60点以上で合格（科目合格制・3年以内に4科目合格で免状交付）。「発電（水力発電）」は電力科目の頻出論点で確実に押さえましょう。

【発電（水力発電）の解法と要点】（令和6年度上期 問2）

【基本公式・定義】

P=9.8QHη [kW]（Q:流量[m³/s]、H:有効落差[m]、η:総合効率）。有効落差H=総落差-損失水頭

【問題本文の概要】

定格出力1 000 MW，速度調定率5 ％のタービン発電機と，定格出力300 MW， 速度調定率3 ％の水車発電機が電力系統に接続され，前者は80％出力，後者は 60％出力にて定格周波数(50Hz)で…

【解法ステップ】

① 問題文の数値・条件を整理（単位に注意）

② 適用する公式を選択

③ 単位をSI系に統一して代入

④ 計算結果を選択肢と照合（最も近い値を選ぶ）

【核心知識】

比速度Ns=N√P/H^(5/4)で水車形式の適合性を判定。ペルトン：Ns小（高落差・小流量）。カプラン：Ns大（低落差・大流量）。衝動水車（ペルトン）は運動エネルギーのみ利用。反動水車（フランシス・カプラン）は圧力エネルギーも利用。調速機（ガバナ）で流量制御→周波数維持。

【正答(4)根拠】

「880 MW 220 MW」——上記の原理・公式を適用すると正答は(4)と確定できる。他の選択肢はいずれも定義の正確な記述であり、誤りを含まない（または計算値が一致しない）。

【出題傾向】

「発電（水力発電）」は電験三種A問題の頻出論点。公式の暗記だけでなく物理的意味の理解が合否を分ける。

【発電（水力発電）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和6年度上期 問2）

【核心論点と正答根拠】

本問は電験三種「電力」科目の「発電（水力発電）」を問う。正答(4)「880 MW 220 MW」。

電験三種：第三種電気主任技術者試験（国家試験・経済産業大臣指定）。4科目各60点以上→免状交付→50kV未満・最大5000kW未満の事業用電気工作物の保安監督権限を有する。

【発電（水力発電）の基本理論（電験三種レベル）】

【公式】P=9.8QHη [kW]（Q:流量[m³/s]、H:有効落差[m]、η:総合効率）。有効落差H=総落差-損失水頭

【基礎知識】水力発電の基本は位置エネルギーの変換。有効落差×流量×効率で出力が決まる。ペルトン水車（高落差）・フランシス（中）・カプラン（低落差・可動翼）の使い分けが頻出。揚水発電は夜間余剰電力で揚水し昼間放水する電力貯蔵技術。

【応用・計算テクニック】比速度Ns=N√P/H^(5/4)で水車形式の適合性を判定。ペルトン：Ns小（高落差・小流量）。カプラン：Ns大（低落差・大流量）。衝動水車（ペルトン）は運動エネルギーのみ利用。反動水車（フランシス・カプラン）は圧力エネルギーも利用。調速機（ガバナ）で流量制御→周波数維持。

【正答選択肢の詳細検討】

正答(4)「880 MW 220 MW」について：

この選択肢が誤りである理由を論点ベースで説明すると——可変速揚水発電：二次励磁制御（DFIG）でポンプ出力可変→系統調整力を大幅向上。従来の固定速では揚水時出力固定だったが可変速化で需給調整に活用可能。水撃作用（ウォーターハンマー）：急閉弁時の圧力波→調圧水槽・サージタンクで緩和。電験二種では

他の選択肢との区別：問題文の数値・定義・物理的メカニズムを正確に把握することで正答を確定できる。

【電験三種A問題対策】

A問題（14問×5点=70点）で高得点を取ることが合格の鍵。「発電（水力発電）」は複数年度にわたり出題される重要論点。本問の令和6年度上期以外にも過去問を横断学習することで出題パターンを掴む。

【最新技術動向と上位資格への接続】

可変速揚水発電：二次励磁制御（DFIG）でポンプ出力可変→系統調整力を大幅向上。従来の固定速では揚水時出力固定だったが可変速化で需給調整に活用可能。水撃作用（ウォーターハンマー）：急閉弁時の圧力波→調圧水槽・サージタンクで緩和。電験二種では水力学的過渡特性・調速機の安定性解析が出題。カーボンニュートラル時代に揚水発電の価値が再評価中（再エネ余剰吸収機能）。

【電験二種・電験一種・実務への展開】

電験三種→電験二種（二次試験あり・170kV未満設備の保安監督）→電験一種（電圧制限なし）の体系。電験二種の「電力」二次試験では「発電（水力発電）」の論点がさらに深く問われ、証明・設計・保護協調計算まで要求される。実務では電気主任技術者として本問の知識を活かした定期点検・保安規程策定・事故原因分析・設備更新計画が求められる。