第三種電気主任技術者の過去問
令和4年度（2022年）上期
電力 問5

(ア)　水平

大電力用の風力発電にはプロペラ型風車が用いられるため、風車の軸方向は水平方向となります。

プロペラ型風車は、風力発電と言われて一般的にイメージする形状です。

(イ)　2

質量m[kg]の風が持つ運動エネルギーを訊いています。

つまり、一般的な運動エネルギーの法則なので

　E ＝ (1/2)×m×v²

となり、風速の2乗に比例します。

(ウ)　3

発生する電力P[W]は、プロペラの受風の面積をA[m²]、風速をv[m/s]、風の密度をρ[kg/m³]とすると

　P ＝ (1/2)×m×v²

　　＝ (1/2)×ρ×A×v³

となります。

詳しい導出はコチラ↓

・単位時間あたりの体積V

　V ＝ A[m²]×v[m/s] ＝ Av[m³/s]

・単位時間あたりの風の質量m

　m ＝ ρ[kg/m³]×V[m³/s]

　　＝ ρAv[kg/s]

・風のエネルギーP

　P ＝ (1/2)×m×v²

　　＝ (1/2)×ρAv[kg/s]×(v[m/s])²

　　＝ (1/2)×ρ×A×v³[kg×m²/s]

　　＝ (1/2)×ρ×A×v³[W]

※1　[W] ＝ [J/s] ＝ [(kg×m²/s²)/s] ＝ [kg×m²/s]

※2　ここでは様々な損失を無視して、風のエネルギー＝出力として導出しています。

(エ)　大きい

風力発電の発電量は、その時の風速に依存します。

したがって、(ウ)で導出した式より発電量は風速の3乗に比例するため、出力変動は大きくなります。

(オ)　電力変換装置

風力発電で発電される電力は、一般に周波数が安定していない上に、周波数が低いことが多いため、電力変換装置を介して系統に送電されます。

こちらが正答です。

こちらが正しいです。