電験三種 令和4年度下期 電力 問3｜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の比較についての正誤問題（令和4年度下期 問3）。誤っているものは(5)です。

コンバインドサイクル（CCGT）はガスタービンと蒸気タービンを組み合わせる方式で、同一出力の汽力発電（蒸気タービンのみ）と比べると蒸気タービン側の出力分担が小さく、給水ポンプ・通風機などの大型所内補機は汽力発電の方が多く必要です。選択肢5は「大型所内補機が多いので，所内率が大きい」とCCGT側について述べていますが、実際は汽力発電の方が所内率が大きく、CCGTの方が小さいため誤りです。他の選択肢（熱効率、起動・停止時間、復水器冷却水量、外気温の影響）はすべて正しい記述です。

所内率とは、発電所が自ら発生させた電力のうち、ポンプ・送風機・制御装置といった発電所内の補助機器（所内補機）で消費する電力の割合です。この所内率は、どれだけ大型の補機をどれだけ多く必要とするかに左右されます。

汽力発電（蒸気タービンのみで出力を得る方式）では、ボイラへの給水を送る大型の給水ポンプ、燃焼用の空気を送る送風機、復水器の冷却水を循環させる循環水ポンプなど、大容量の補機を多く必要とします。これに対しコンバインドサイクル（CCGT）は、出力の多くをガスタービンが担い、蒸気タービン部分の出力分担が小さいため、給水ポンプなどの補機も相対的に小型・小容量で済みます。したがって、同一出力の条件では、CCGTの方が所内率は小さく（補機で消費する電力の割合が少なく）、汽力発電の方が所内率は大きくなります。選択肢5は「コンバインドサイクル発電方式の方が大型所内補機が多いので所内率が大きい」としていますが、実際は逆で、汽力発電の方が所内率が大きいため、この記述は誤りです。

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）、選択肢2（CCGTの方が起動・停止時間が短い＝ガスタービンは起動が速い）、選択肢3（蒸気タービンの出力分担が小さいので復水器の冷却水量が少ない）、選択肢4（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。

所内率がCCGTで小さくなる理由を整理すると、同一の総出力を得るために汽力発電は出力のすべてを蒸気タービンで発生させる必要があり、そのために大量の蒸気を作る大型ボイラ、それに水を送る大型給水ポンプ、燃焼用空気を送る大型送風機が必要になります。これらの補機はいずれも大きな電力を消費するモーターやポンプで駆動されるため、発電所全体の所内消費電力を増やします。

一方CCGTでは、出力の多くをガスタービン（圧縮機は同じガスタービンの軸で駆動されるため外部からの補機電力をあまり必要としない）が担い、蒸気タービン部分は排熱回収ボイラで作った蒸気を使うだけの比較的小規模な構成で済みます。そのため給水ポンプなどの補機も小型になり、所内消費電力の総出力に対する割合（所内率）が小さくなります。

令和5年度上期 問2（排熱回収形コンバインドサイクル発電方式と同一出力の汽力発電方式との比較）でも同じ比較軸が問われており、そちらでは「CCGTの方が復水器の冷却水量が多い」が誤りの選択肢でした。「CCGTは熱効率が高く・起動停止が速く・復水器負荷が小さく・所内率も小さいが、外気温の影響を受けやすい」という5つの特徴の組を、どちらの発電方式についての記述かを正確に対応させて覚えておくことが、この種の比較問題を確実に解く方法です。

起動・停止時間が短いという選択肢2の特徴も、所内率の低さと同じ理由（構成がシンプルであること）に根ざしています。汽力発電は大型のボイラに時間をかけて火を入れ、金属部分の熱膨張をゆっくり均一に進めながら蒸気圧力を上げていく必要があり、起動に長い時間がかかります。これに対しガスタービンは航空機エンジンに近い構造で、点火から定格出力までを短時間で立ち上げられるため、CCGTは需要変動に応じた起動・停止がしやすく、電力需要のピーク対応や調整力としても活用されています。