令和5年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問50 解説 問5 問5

燃料電池発電は水素と酸素の化学反応により電気を得る方式ですが、この反応はエネルギーを外部へ放出する発熱反応であるため、吸熱反応と記述した選択肢(5)の内容が誤りです。

燃料電池の動作原理

燃料電池は、水素（燃料）と酸素（酸化剤）を電気化学的に反応させて、直流の電気エネルギーを直接取り出す発電装置です。このプロセスは、水の電気分解の逆反応ともいえる酸化還元反応であり、反応過程で熱エネルギーを放出する「発熱反応」です。燃料電池は高いエネルギー変換効率を持つ一方で、この化学反応に依存しているため、急激な負荷変動に対する応答速度には物理的な制約があり、必ずしも応答が極めて速いわけではありません。

直流送電における充電電流の性質

高圧ケーブルを用いた送電では、導体と大地（あるいはシース）の間に静電容量が存在します。交流送電の場合、電圧が常に変動するため、静電容量を通じて常時「充電電流」が流れます。この充電電流は送電容量を圧迫するため、補償装置が必要となります。一方、直流送電では定常状態において電圧が一定であるため、静電容量を介した充電電流は定常的には流れません。したがって、直流送電では交流送電で必要とされるような充電電流を補償する装置は不要となります。

分散型電源の系統連携と制御

分散型電源を電力系統に連系する際には、システムの安全性と品質を維持するためにいくつかの設備や制御が用いられます。

1. 太陽光発電などの直流電源は、インバータを用いて交流に変換した上で系統へ接続します。このとき、系統側の停電事故などの異常発生時には、連系保護装置が働いて分散型電源を系統から切り離し、単独運転を防止します。
2. 分散型電源からの逆潮流（電力の逆流）は、末端側の電圧を上昇させる要因となります。これを抑制するためには、分散型電源側の出力を絞る、あるいは配電系統に設置された電圧調整器（SVRなど）を動作させて電圧を適正範囲内に収める制御が行われます。
3. 小水力発電は、貯水池を大規模に作らず、河川の流量をそのまま利用する流込み式（水路式）が一般的です。

水素と酸素の反応プロセスをエネルギーの出入りという視点で改めて追いかけてみると、電力発生とともに熱がどのように扱われているかが見えてきます。

参考リンク

• 電験三種「電力」分散型電源の基礎知識
• 家庭用燃料電池エネファームのしくみ
• 独立行政法人製品評価技術基盤機構：燃料電池の技術的定義