電験三種 令和5年度上期 電力 問2｜発電（火力発電）

コンバインドサイクル発電方式と汽力発電方式を比較する正誤問題（令和5年度上期 問2）。誤っているものは(3)です。

コンバインドサイクル（CCGT）は、ガスタービンで発電した後の排熱を使って蒸気タービンでも発電する方式です。同じ出力で比べると、全出力のうちガスタービンの分担が大きく、蒸気タービン（復水器が必要な部分）の分担は相対的に小さくなります。復水器で冷やす蒸気の量が少ないぶん、単位出力あたりの冷却水量はCCGTの方が少なくなります。選択肢3は「CCGTの方が冷却水量が多い」としており、実際は逆（少ない）なので誤りです。他の選択肢（熱効率、排ガス量、所内率、外気温の影響）はすべて正しい記述です。

コンバインドサイクル発電（CCGT）は、ガスタービンの排気ガス（まだ高温）を排熱回収ボイラに通して蒸気を作り、その蒸気で蒸気タービンを回す2段構えの発電方式です。同一の総出力を汽力発電（蒸気タービンのみ）と比べたとき、CCGTでは出力の多くをガスタービン部分が担い、蒸気タービン部分の出力分担は総出力より小さくなります。

復水器は蒸気タービンを出た蒸気を水に戻す（凝縮させる）ための装置で、その仕事量（冷やす蒸気の量）は蒸気タービンの出力分担に比例します。CCGTでは蒸気タービンの出力分担が小さいため、復水器で処理する蒸気量、つまり単位出力あたりの冷却水量は汽力発電より少なくなります。選択肢3は「コンバインドサイクル発電方式の方が，単位出力当たりの復水器の冷却水量が多い」としていますが、正しくは「少ない」であり、この部分が誤りです。

他の選択肢を確認すると、選択肢1（CCGTの方が熱効率が高い＝ガスタービンの排熱を再利用するため汽力単独より効率が良い）、選択肢2（汽力発電方式の方が単位出力当たりの排ガス量が少ない＝ガスタービンは燃焼ガスの温度をタービンが耐えられる温度まで下げるため燃焼に必要な量より大量の空気を使い、排ガス量自体は多い）、選択肢4（汽力発電方式の方が大形所内補機が多く所内率が大きい＝大型ボイラ給水ポンプなどを汽力は多く必要とする）、選択肢5（CCGTの方が最大出力が外気温度の影響を受けやすい＝ガスタービンは空気密度の影響を直接受ける）はいずれも標準的で正しい記述です。

この問題の正誤判断の軸は「全出力のうち、蒸気タービン（復水器を使う部分）がどれだけを分担しているか」という1点に集約されます。CCGTの熱効率が汽力単独より高いのは、ガスタービンが排気として捨てていた高温の排熱を、排熱回収ボイラで蒸気に変えて蒸気タービンでもう一度発電に使っているためです。つまりCCGTの出力は「ガスタービンの出力＋排熱で作った蒸気による蒸気タービンの出力」の合計であり、蒸気タービン部分は全体の一部にとどまります。

これに対し汽力発電は出力のすべてを蒸気タービンで発生させるため、同じ総出力を得るには、CCGTよりずっと多い量の蒸気を作り、タービンを通し、復水器で凝縮させる必要があります。復水器の冷却水量は、この「蒸気タービンで処理する蒸気量」に比例するため、蒸気タービンの分担が小さいCCGTの方が、単位出力あたりの冷却水量は少なくなります。

この問題は、同じ「コンバインドサイクル vs 汽力発電」の比較を異なる言い回しで何度も出題する電験三種の典型パターンの一つです。熱効率・排ガス量・所内率・外気温の影響・復水器冷却水量という5つの比較項目を、「CCGTの方が多い／少ない」のどちらが正しいかという形で一つずつ覚えておくと、この種の問題にまとめて対応できます。

排ガス量についても、熱効率が良いからといって排ガス量が単純に少なくなるわけではない点に注意が必要です。ガスタービンは燃焼ガスの温度をタービンの材料が耐えられる温度に抑えるために、燃焼に必要な量以上の空気（過剰空気）を大量に取り込むため、単位出力あたりの排ガス量そのものはむしろ汽力発電より多くなります。「熱効率」「排ガス量」「冷却水量」「所内率」はいずれも別々の理由で決まる指標であり、一つの指標（熱効率が高い）から他の指標の大小を安易に推測しないことが、こうした比較問題を取りこぼさないための注意点です。