令和6年度 下期 電力 問2
汽力発電で熱効率を上げる方法（高温高圧・復水器の真空度・再熱・再生・節炭器）
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター 令和6年度 下期 第三種電気主任技術者試験 電力科目 問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）
解説
汽力発電の熱効率は「高い温度で熱をもらい、低い温度で熱を捨てる」ほど上がる。この原則に照らして、手段の説明が正しいかを1つずつ見る。
(4)が誤り。給水加熱器は、タービンの途中から抜き出した蒸気（抽気）でボイラへ送る給水を温める装置である。上げるのは「給水温度」で、「抽気温度」ではない。給水を先に温めておけばボイラで足す熱が少なくて済み、抽気した蒸気の熱は復水器で捨てられずに回収されるので効率が上がる。これを再生サイクルという。
ほかは正しい。(1) 蒸気を高温高圧にすると、熱をもらう平均温度が上がる。(2) 復水器の真空度を高めると蒸気の凝縮温度が下がり、熱を捨てる温度が下がるので、タービンで取り出せる仕事が増える。(3) 再熱サイクルは、途中まで膨張した蒸気をボイラへ戻して温め直し、熱をもらう平均温度を上げるとともに、タービン後段の湿り度を下げる。(5) 節炭器は排ガスの熱で給水を温める装置で、煙突から捨てる熱が減る。
正解は(4)。
落とし穴は、文の形が正しそうに見えること。「給水加熱器」「抽気」という言葉はどちらも正しく使われているが、温めているのが何かが入れ替わっている。
選択肢ごとの理由
- (1)正しい記述。高温高圧の蒸気を使うと、熱を受け取る平均温度が上がり効率が上がる。
- (2)正しい記述。真空度を高めると凝縮温度（熱を捨てる温度）が下がり、タービンの熱落差が大きくなる。
- (3)正しい記述。再熱サイクルは膨張途中の蒸気を再加熱するもので、効率向上とタービン後段の湿り防止の両方に効く。
- (4)これが誤り。給水加熱器は抽気で「給水温度」を上げる装置。抽気の温度を上げるものではない。
- (5)正しい記述。節炭器は排ガスの余熱で給水を予熱し、排ガス温度を下げて捨てる熱を減らす。
この論点は、データセンターの現場でこう出てくる
「熱を捨てる側の温度を下げると効率が上がる」という(2)の考え方は、データセンターの冷却設備でそのまま当てはまる。DCの冷凍機は、汽力発電のサイクルを逆向きに回したもの（ヒートポンプ）で、サーバの熱をくみ上げて冷却塔や室外機から外へ捨てている。 冷凍機の効率（COP）は、熱を捨てる側の温度（凝縮温度）が低いほど良くなる。冷却塔の水温を1℃下げると冷凍機の消費電力が数%下がるといわれ、冬場や夜間に外気の冷たさを使う「フリークーリング」はこの理屈の延長にある。復水器の真空度を上げて汽力発電の効率を上げるのと、冷却塔の水温を下げて冷凍機の効率を上げるのは同じ話である。 (5)の節炭器のように「捨てていた熱を回収する」発想も、DCで広がっている。サーバの排熱で近隣の建物や温水プールを暖める排熱利用や、ガスエンジンの排熱で吸収式冷凍機を回すコージェネレーションがその例。PUE（施設全体の電力 ÷ IT機器の電力）を下げる工夫の多くは、汽力発電の熱効率の改善と同じ型をしている。
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