第三種電気主任技術者(電験三種) 過去問
令和元年度(2019年)
問37 (電力 問37)

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問題

第三種電気主任技術者(電験三種)試験 令和元年度(2019年) 問37(電力 問37) (訂正依頼・報告はこちら)

復水器の冷却に海水を使用し、運転している汽力発電所がある。このときの復水器冷却水流量は30m3/s、復水器冷却水が持ち去る毎時熱量は3.1 × 109kJ/h、海水の比熱容量は4.0kJ/(kg·K)、海水の密度は1.1 × 103kg/m3、タービンの熱消費率は8000kJ/(kW·h)である。
この運転状態について、次の問に答えよ。
ただし、復水器冷却水が持ち去る熱以外の損失は無視するものとする。

タービン出力の値[MW]として、最も近いものを次の( 1 )~( 5 )のうちから一つ選べ。
  • 350
  • 500
  • 700
  • 800
  • 1000

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この過去問の解説 (3件)

01

正解は、3番の700[MW]です。

また、この問いを解くために必要な数値は

・復水器冷却水が持ち去る毎時熱量は3.1 × 10^9[kJ/h]
・タービンの熱消費率は8000[kJ/(kW·h)]

の2つのみで、それ以外の与えられた数値は使いません。


【解説】
タービン出力の値[MW]を求められています。

この問いを解くポイントは、
・タービンの熱消費率は8000[kJ/(kW·h)]
のイメージがしっかりできているかどうかです。

タービンの熱消費率8000[kJ/(kW·h)]というのは、
「タービン入力が8000[kJ]のとき、タービン出力が1[kWh](=3600[kJ])である」
という意味です。

つまり残りの、
8000-3600=4400[kJ]
は「復水器が持ち去る熱量」になります。
ここまでは、タービン出力が1[kWh](=3600[kJ])である時の話でした。


今回の問いでは、タービン出力[kW]が不明ですので
・タービン出力=PT[kW]
として、「復水器が持ち去る"毎時"熱量」の式を考えると、

(8000-3600)×PT=「復水器が持ち去る"毎時"熱量」

となります。

ここで、「復水器が持ち去る"毎時"熱量」は題意より
・3.1 × 10^9[kJ/h]です。

つまり、

PT=3.1×10^9[kJ/h]/(8000-3600)
 ≒704545[kW]

となります。

求められている単位は[MW]ですので、
答えは約700[MW]となります。

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02

問題文の記述から、タービンの熱消費率からタービンへの入力と出力の関係を読み取ること、入力と出力の差が復水器冷却水であることを読み取るのがポイントです。

タービン熱消費率の定義から、1kW=3600kJ/h発電するのに8000kJ/h の蒸気でタービンを回す必要があります。

すなわち8000−3600=4400kJ/hが復水器冷却水が持ち去る熱損失です。

復水器冷却水が持ち去る毎時熱量は問題文より、3.1 x 10^9kJ/hなので、求めるタービン出力は

3.1 x 10^9 / 4400 ≒ 704545kW = 704.545MW

よって答えは700MWの3です。

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03

汽力発電所のタービン出力を求める計算問題です。

選択肢3. 700

◆熱量と電力量の関係を整理します

熱量の単位は、1[J]=1[W·s]という関係があります。

この関係から

 

1[kW·h]=3600[kW·s]=3600[kJ] ……①

 

という関係が成り立ち、①から電力量と1時間あたりの熱量の関係は

 

1[kW]=3600[kJ/h] …②

 

となります。

②の関係を使って、求める電力量PT[kW]を1時間あたりの熱量QT[kJ/h]に換算すると、

 

QT[kJ/h]=3600PT[kW] …③

 

となります。

 

◆タービン入力Qi[kJ/h]、タービン出力PT[kW]、タービン熱効率JT[kJ/kW·h]の関係を整理します

タービン熱効率の単位を見てみると、

 

JT[kJ/kW·h]=Qi[kJ/h]/PT[kW] …④

 

の関係が成り立ちます。

④の関係から、タービン入力Qi

 

Qi[kJ/h]=JT[kJ/kW·h]·PT[kW] …⑤

 

で求めることができます。

 

 

◆タービン出力PT[MW]を求めます

タービン出力PT[MW]は、復水器で冷却水が持ち去った熱量の関係式と③と⑤から求めることができます。

 

Q0=Qi-QT

=(JT·PT)-(3600PT)

=PT(JT-3600)

 

PT=Q0/(JT-3600)

=3.1✕109/(8000-3600)

≒705✕103[kW]

=705[MW]

 

以上より、最も近い選択肢は700[MW]となります。

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