第三種電気主任技術者の過去問
令和4年度（2022年）下期
電力 問1

ベルヌーイの定理は、

流速v、圧力p、密度ρ、重力加速度g、位置水頭h

を用いて計算したエネルギーの総和は、

エネルギー保存則により、どの位置でも等しくなるというものです。

水力発電所には、短時間で起動・停止ができる、耐用年数が長い、エネルギー変換効率が高いなどの特徴があります。

昭和30年代前半までは水力発電が主力でしたが、その後は火力発電が主力となり、現在は様々な発電方式が組み合わせられています。

2019年時点では、

　天然ガス37.1％

　石炭31.9％

　石油など6.8％

　水力7.8％

　水力以外の再生可能エネルギー10.3％

となっています。

2019年時点の発電構成を見てみると、水力発電は10％未満となっています。

試験前に、最新の発電構成をチェックしておきましょう。

流況曲線とは、河川の1日の流量を年間を通して流量の多い順に配列した曲線で、水力発電の電力量の計画において重要な情報となります。

有効落差とは、総落差（取水面の高さ）から損失水頭（損失するエネルギーに相当する高さに換算した高さ）を差し引いたものです。

ベルヌーイの定理とは3つのエネルギーを高さに置き換えた①位置水頭②圧力水頭③速度水頭の総和を言い、その総和はエネルギー保存則によって一定となり、公式は以下のようになります。

・h+(p/mg)+(v²/2g)[ｍ]

①位置水頭‥mgh[J]/mg＝h[ｍ]

②圧力水頭‥mp/ρ[J]/mg＝p/ρg[ｍ]

③速度水頭‥mv²/2[J]/mg＝v²/2g[ｍ]

※水頭はエネルギーを(質量×重力加速度)で割ったものとなります。

よってこの記述は適切です。

水力発電は水の落差を利用して水車を回転させ、その回転力で発電機を起動するしくみとなります。なので起動時間は3～5分程度であり停止も即座に出来ます。またエネルギー変換効率も80％と再生可能エネルギーの中でも圧倒的に高く、耐用年数も長いので近年再注目されています。よってこの記述は適切です。

この記述は誤りです。

前半部の昭和30年代前半までの発電の主力という記述は正しいですが、我が国における水力発電の近年の発電電力量の比率は2022年度で7.6％となっており20％程度ではないため誤りと言えます。

水力発電には河川の落差を利用した水路式発電方式があります。なので河川の1年間の日流量データを大きな流量から順に並べかえた流況曲線は発電電力量の計画において重要な情報となります。よってこの記述は適切です。

文中の総落差とは放水面と貯水池の水面の高さの差を言い、損失水頭は水路などを流れる時に摩擦によって発生するエネルギー損失を言います。この総落差から損失水頭を差し引いたものを有効落差と言い、水車に動力として供給されます。よってこの記述は適切です。