火力発電の効率

H3-1

問10 ガスタービンの排気を排熱回収ボイラーに導いて、蒸気を発生させ蒸気タービンを駆動する方式のコンバインドサイクル発電所において、ガスタービン発電効率が30[%]、排気の保有する熱量に対する蒸気タービン発電効率が20[%]であった。コンバインドサイクル発電全体の効率[%]はいくらか。

ヒント

①蒸気タービンはガスタービンの排気の20[%]を再利用することになる。

解答例　

H2-2

問22 最大出力5000[kW]の自家用汽力発電所がある。設備利用率60[%]で50日間連続運転し、発熱量10,500[kcal/kg]の重油950[t]を使用したとすれば、発電端における熱効率はいくらか。

ヒント

①出力電力量は5000×0.6×50×24×3600[kWs]

②入力エネルギーは10500×950×103[kcal]

解答例

H2-3

問23 復水器の冷却に海水を使用する最大出力700,000[kW]の汽力発電所がある。最大出力において、復水器冷却水量が33[m3/s]で、冷却水の温度上昇が7[℃]のとき、タービン効率[%]はいくらか。ただし、海水の比熱及び密度をそれぞれ0.96[kcal/(kg℃)]及び1.02[g/cm3]とし、復水器で放出される熱以外の損失は無視するものとする。

ヒント

①1秒間で排水に排出される熱量は33×106[cm3/s]×7×0.96×1.02×10-3[kg/cm3][kcal]

②1秒間に電気として出力されるエネルギーは7×105[kWs]

③総入力は①+②

解答例

H3-4

問23 汽力発電所において、ボイラー効率85[%]、タービン室効率45[%]、発電機効率99[%]、及び所内比率5[%]であるとき、この発電所の熱消費率H[kcal/kWh]及び送電端における熱効率η[%]は、それぞれいくらか。

ヒント

①所内比率を例えるならば、電気機器の漏電電力のようなものである。すなわち、その機器を利用すると、どうしても少しの漏電を生じる。これが少なければそれに超したことはないのであるが、どうしても無くすることができない消費電力である。

②重油の発熱量を1とすると、1-0.05の熱量が先ずボイラーで利用されることになる。

よって、送電端の効率は(1-0.05)×ボイラー効率×タービン室効率×発電機効率となる。

③1[kWh]=860[kcal]を送電端で発生する為に必要なボイラー入力熱量は

解答例

H4-5

問22 石炭火力発電所が重油混焼率5[%](カロリー比)で運転している。重油の消費量7.0[t/h]、発電端熱効率38[%]のときの出力[MW]はいくらか。ただし、重油の発熱量は10,500[kcal/kg]、石炭の発熱量は6,000[kcal/kg]とする。

ヒント

① 重油の時間当たりの発熱量は

② ①の発熱量が5[%]となる全体の熱量は

③ 全体の熱量の内、発電されるのは38[%]である

④ ③で求められるのは一時間当りの電力量である

解答例

H4-6

問24 背圧タービンを有する自家発電所がある。全熱量742[kcal/kg] の蒸気を背圧タービンに使用し、全熱量654[kcal/kg]を有するその排気を工場作業用に利用しようとする。いま、タービン内の熱量の変化は、その82[%]が電力に変換されるものとすれば、1[kWh]発電するために必要な蒸気量[kg]はいくらか。

ヒント

① 一切合切で発熱される熱量は742[kcal/kg]で、この内、発電される以外に利用される熱量は654[kcal/kg]である。

② 発電されるために利用される熱量のうち、電気に変換される熱量は82[%]である。

③ 求める単位は[kg/kWh]である。

解答例

S62-7

問24 出力500[MW]、発電端熱効率38[%]、所内比率4[%]の汽力発電所が発熱量9,600[kcal/l]の重油を使用して年利用率60[%]で運転するという。この場合、平年の年間送電電力量[MWh]と年間重油消費量[kl]はいくらになるか。

ヒント

① 所内比率が4[%]ということは、出力500[MW]の内、96[%]が送電できることになる。

② この電力はこの発電所が重油から得る熱量の38[%]に相当する。

③ この発電所は年間の内、60[%]だけ稼動する。

解答例

H4-8

問23 発電機出力125[MVA]の汽力発電所がつぎのような運転を行っとき、消費した重油の量[t]はいくらか。ただし、発電所の発電端熱効率をすべて35[%]、重油の発熱量を10,500[kcal/kg]とする。

9時～12時 出力120[MVA] 力率遅れ85[%]

12時～13時 出力 60[MVA] 力率進み90[%]

13時～19時 出力125[MVA] 力率遅れ85[%]

ヒント

① 発電量は出力×力率×時間

② ①の発電量は総重油燃焼によって得られる熱量の35[%]である。

解答例

H5-9

問22 出力700,000[kW]で運転している汽力発電所で、発熱量10,500[kcal/kg]の重油を毎時145[t]使用している。タービン室効率45[%]、発電機効率99[%]、所内率4[%]とすると、発電端効率η[%]、送電端効率η'[%]及びボイラー効率ηB[%]はそれぞれいくらか。

　

ヒント

① 発電端効率は出力エネルギーに対する燃焼重油の総エネルギーである。

② 送電端効率は発電端効率の内、所内率を引いた出力分である。

③ 発電端効率はタービン室効率×発電機効率×ボイラー効率

解答例

H3-1A

ガスタービンへの入力の30[%]が発電に回され、残りの70[%]が蒸気タービンに回される。

蒸気タービンに回される蒸気の発電する割合は、0.7×0.2であるので、結局、全体の効率は

0.3+0.7×0.2=0.3+0.14=0.44となる。

return

H2-2A

出力電力量は5000×0.6×50×24×3600[kWs]=1.3E10[kWs]

入力エネルギーは10500×950×103[kcal]=9975E6[kcal]

1[kcal]=4.2[kWs]であるので、9975E6[kcal]=9975E6×1[kcal]=9975E6×4.2[kWs]=4.2E10[kWs]

熱効率をηとすると

η=1.3E10[kWs]/4.2E10[kWs]=0.31[%]

return

　

H2-3A

1秒間で排水に排出される熱量は

33×106[cm3/s]×7×0.96×1.02×10-3[kg/cm3][kcal]=226×103 [kcal]

1秒間に電気として出力されるエネルギーは7×105[kWs]

1[kWs]=0.24[kcal]であるので、

7×105[kWs]=7×105×1[kWs]=7×105×0.24[kcal]=168×103 [kcal]

よって、タービン効率ηは

η=168×103 /(168×103+226×103)=0.426

return

H3-4A

発電端熱効率η0はボイラー効率×タービン室効率×発電機効率

η0=0.85×0.45×0.99×100=37.8[%]

860[kcal]を発生するために必要な熱量Qは

Q=860/0.378=2270[kcal/kWh]

送電端における熱効率ηはη=η0 (1-所内比率)=37.87(1-0.05)=36[%]

return

H4-5A

重油の時間当たりの発熱量は7.0×103×10,500=735E5[kcal]

この熱量が5[%]に当たる総熱量は735E5/0.05=147E7[kcal]

この内、電気に変換されるのは38[%]であるので、147E7×0.38=5586E5[kcal]

これを電力に換算すると、1[kcal]=4.2[kWs]であるので、

5586E5[kcal]=5586E5×1[kcal]=5586E5×4.2[kWs]=2346E6[kWs]

これだけのエネルギーが一時間で消費されるので、一秒当りの電力は

2346E6[kWs]/3600=6517E2[kW]=652[MW]

return

H4-6A

発電に利用される熱量は742-654=88[kcal/kg]

この内、電気に変換される熱量は82[%]であるので、

88[kcal/kg]×0.82=72[kcal/kg]

これを電力量に換算すると、1[kcal]=4.2[kWs]であるので、

72[kcal/kg]×4.2[kWs]=302[kWs/kg]

これを[kWh/kg]に換算するのは302[kWs/kg]/3600=8.4E-2[kWh/kg]

よって、[kg/kWh]にするためには、この逆数をとることになる。

1/8.4E-2=12[kg/kWh]

return

S62-7A

① 所内比率4[%]で出力500[MW]の発電所の送電電力は

500×(1-0.04)=480[MW]

② この発電所の稼働率は0.6であるので、年間を通しての稼働時間(秒)は

365×24×60×60×0.6=19E6[S]

③ よって、年間送電電力量は

480E6[W]×19E6[S]=9.12E15[WS]

これをWhに換算すると9.12E15/3600=2.5E12[Wh]

さらに、MWhに換算すると、2.5E6[kWh]

④ 年間の出力電力量は500E6[W]×19E6[S]=9.5E15[WS]

⑤ ④の電力量をcalに変換すると、1[cal]=4.2[WS]であるので、

9.5E15[WS]=9.5E15×1[WS]=9.5E15×0.24=[cal]=2.28E15[cal]=2.28E12[kcal]

⑥ この発電所の発電端熱効率は38[%]であるので、2.28E12[kcal]を得るために、必要な重油のエネルギーは2.28E12[kcal]/0.38=6E12[kcal]

⑦ 重油1[l]から得られる熱量は9600[kcal/l]であるので、

6E12[kcal]/9600[kcal/l]=625E6[l]=625E3[kl]=6.25E5[kl]

return

H4-8A

総発電電力量WはW=120×0.85×3+60×0.9×1+125×0.85×6=998[MWh]=998E3[kWh]

この電力量を発生するために必要な熱量は発電端熱効率が35[%]であるので、

まず、電力量をcalに変換すると、998E3[kWh]×860[kcal/kWh]=858E6[kcal]

これだけの熱量を得るために必要な入力エネルギーは858E6/0.35=2452E6[kcal]

この熱量を得るために燃焼させなければならない重油は

2452E6/10500=233524[kg]=233[t]

return

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