再生可能エネルギー 【問題解説】 平成27年度III-14、令和3年度III-15S再生可能エネルギー等の新しい発電に使用される装置に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 ① 風力発電には、誘導発電機と同期発電機が用いられる。前者は交流で系統に直接に連系 する。後者は系統に連系して安定な運転を行うためには周波数変換器を介して連系する。② 地熱発電には、地下で発生する高温の天然蒸気を直接蒸気タービンへ供給する方式と、 蒸気と熱水を汽水分離器により分離して蒸気のみを蒸気タービンへ供給する方式がある。③ 太陽電池の出力電圧は負荷電流によって変化するため、最大電力を得るために直流側の 電圧を制御している。④ 燃料電池は、負極に酸素、正極に燃料を供給すると通常の燃焼と同じ反応で発電する。 小型でも発電効率が高く、大容量化によるコスト低減のメリットが少ない。⑤ 二次電池は、発電に使用するためには自己放電が少ないこと、充放電を繰り返したと きに電圧や容量の低下が小さいことが要求される。 答え　④ ①風力発電に用いる誘導発電機は一般的に系統に直接連系され、同期発電機の多くは周波数変換器を介して系統に接続されます。従って、①は適切な記述と判断できます。 ②蒸気タービンに蒸気を吹き込むタイプの地熱発電には、地中から直接蒸気のみを得るドライスチーム発電と、熱水と蒸気の混合物を得て汽水分離器で蒸気のみを分離して蒸気タービンへ送る方式、また地中から熱水を得て地上で蒸発させて蒸気にするフラッシュ発電があります。このことから、②は適切な記述であるといえます。他には地中から得た蒸気や熱水の熱を熱交換器を介して他の低沸点の媒体に移し、この媒体でタービンを駆動するバイナリー発電を行っている発電所も存在します。 ③太陽光電池の出力電圧は気象条件や負荷電流の変化によって変動するので、最大電力が得られるようにスイッチング素子を使って直流電圧を制御(MPPT: Maximum Power Point Tracking)している場合が多いです。 このことから③は適切と判断できます。 ④の燃料電池に関する記述では図1に示します作動燃料気体が水素ガスの燃料電池のように 、正極には酸素、負極には燃料(水素ガス)を供給しますので、明らかに不適切な記述と判断できます。「小型でも発電効率が高く、大容量化によるコスト低減のメリットが少ない」の記述は燃料電池の型式にも依存しますが、概ね適切と判断されます。 ⑤の二次電池の記述は一般的に二次電池に求められる性能なので適切と判断されます。 【問題解説】 平成28年度III-13通常のプロペラ形風力発電機に関する次の記述のうち、最も適切なものはどれか。 ① 風車の受けるエネルギーは、受風断面積の2乗に比例し、風速の3乗に比例する。② 風車の受けるエネルギーは、受風断面積に比例し、風速の3乗に比例する。③ 風車の受けるエネルギーは、受風断面積の2乗に比例し、風速の2乗に比例する。④ 風車の受けるエネルギーは、受風断面積に比例し、風速の2乗に比例する。⑤ 風車の受けるエネルギーは、受風断面積に比例し、風速に比例する。 答え　② プロペラ式風車の出力Pwは式(1)にて算出されます。　Pw = Cp ・ 1/2・ρ・A ・Vw3　・・・・・・・・・式(1) Cp：出力係数(ﾋﾟｯﾁ角βと周速比γの関数) ρ：空気の密度 A：受風断面積 Vw：風速 図 1 式(1)は風車の受けるエネルギーは受風断面積Aに比例し、風速Vwの3乗に比例していますので、答えは②となります。 図 2