令和4年度 第一種 筆記試験 午後 問16 解説 コンバインドサイクル

コンバインドサイクル発電は、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせることで、従来の汽力発電よりも高い熱効率を実現するという基本原則を押さえていれば、すぐに誤りを見抜ける問題です。選択肢ロの「熱効率は劣る」という部分が明らかに誤りであり、実際にはコンバインドサイクル発電の方が優れています。

コンバインドサイクル発電の仕組みと効率

コンバインドサイクル発電とは、ガスタービンによる発電と、その排ガスを利用した蒸気タービンによる発電を組み合わせた方式です。

ガスタービンで燃焼したあとの排ガスは、数百度という非常に高い温度を持っています。従来の単純なガスタービン発電では、この排ガスをそのまま大気中に放出していましたが、それでは熱エネルギーを捨てていることになります。そこで、この高温の排ガスを排熱回収ボイラに通して蒸気を発生させ、それで蒸気タービンを回すことで、もう一度電気を取り出す工夫がなされています。

この二段階のエネルギー回収によって、従来の汽力発電単体では約40%程度だった熱効率を、50%〜60%近い高い水準まで引き上げることに成功しています。したがって、熱効率が劣るという記述は、この方式の最大のメリットを否定するものになります。

運転特性とシステム構造

この方式は、熱効率の高さ以外にも、運用面で大きな利点を持っています。

ガスタービンは起動・停止が比較的短時間で行えるため、電力需要の変化が激しい時間帯において、小回りの利く運転が可能です。また、選択肢ニにある通り、回転軸には空気圧縮機とガスタービンが直結されています。空気圧縮機で高圧にした空気を燃焼器へ送り込み、そこで燃料を燃やして高温・高圧のガスを発生させる一連の構造は、コンバインドサイクル発電の心臓部といえます。

このように、柔軟な運転ができる点と、高い熱効率を両立している点が、LNG（液化天然ガス）などを燃料とする近年の火力発電における主流である理由です。

試験対策としての知識の整理

本試験では、火力発電の各方式における「効率」と「応答性」を比較する問題が頻出します。

・汽力発電：熱効率は中程度だが、起動に時間がかかる（ベース電源向き） ・コンバインドサイクル発電：熱効率が非常に高い、起動が比較的速い（ミドル電源向き）

という対比構造を頭に入れておくことが重要です。コンバインドサイクルは「排熱を無駄にしない」という発想が効率向上の鍵であることを理解しておけば、たとえ難解なひっかけ選択肢が出ても、論理的に誤りを見つけることができます。

参考リンク

• コンバインドサイクル発電（火力発電の基礎知識）
• 【発電所見学】最新鋭のコンバインドサイクル発電所ってどんなところ？
• 火力発電の熱サイクル計算と効率改善の理論的背景