SAT電験3種講座 電力 質問回答(電験3種 平成25年 電力 問15b 過去問解説 汽力発電所の排熱計算)

電力 H25-15(b)

題記の問題ですが、解説の方を、詳しくお願い致します。

まず、エネルギ保存の法則より、発生したエネルギ(熱エネルギ、電気エネルギ・・・etc)の総量は保存されます。燃料を燃やして発生した熱のうち、例えば38%が電気エネルギになるのであれば、残り62%のエネルギは空気中や冷却水などに失われていきます。

次に、火力発電所の構成ですが、燃料を燃やして作った熱エネルギを水蒸気のエネルギ(熱エネルギ等)に変換し、それでタービンを回して機械エネルギを作り出し、その機械エネルギで発電機を回して電気エネルギを得ています。また、タービンの出力に出てきた使用済み蒸気が持つ熱エネルギは、基本的には海水などで冷却することで失われていきます。

さて、題意より発電機効率が98%、そしてこの発電所の発生電力量が186[MW・h]であったことから、発電機の軸に送り込まれる機械エネルギは、186/0.98で約190[MW・h]ということになります。

タービンは水蒸気の熱エネルギ等を受けて機械エネルギに変換する装置ですから、この熱消費率が8000[kJ/(kW・h)]より、タービンで消費される(タービンに送り込まれる)熱エネルギは、

  • 8000×190×1000[kJ]

となります。1000を掛けているのは、タービン出力の機械エネルギの単位をMW・hからkW・hに変換するためです。

次に、タービンの軸出力を求めます。(タービンに送り込まれるエネルギ)-(タービンの軸出力)が、捨てられる熱になるからです。これを求めると、

  • 44000×40×1000×0.38×(1/0.98)

となるので、タービンの出力となる余剰排熱は、

  • 8000×190×1000-44000×40×1000×0.38×(1/0.98)=8.38×10^8[kJ]

となります。

一方、水が吸収する熱量は、比熱×温度差×密度×体積で求められますから、

  • 8.38×10^8=4.0×7×1000×(3600×V)

これを解くと、約8.3が求まり、答えは(2)となります。

ポイントは、(燃料の燃焼で発生した熱量)-(発電した電力量)が海水の廃熱になる訳ではないという点です。燃料の燃焼で発生した熱量のうち何割かが水蒸気のエネルギになり、水蒸気は送られる途中で熱エネルギを失い、タービンの機械的出力が100%電力になる訳ではなく機械的・電気的損失も生じる・・・というわけで、この問題においては、純粋にタービンに送り込まれる熱量と、タービンの機械軸から取り出されるエネルギ量の差を求める必要がある点でしょう。

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