質問
2020/04/16 21:10

火力は2極水力は十数極と極数が違い、発電出力が火力の方が大きいのですが理由はなんでしょうか?曲数によって出力は変化するのですか?

電験三種 電験二種
匿名

回答 2 件
イルカ PRO 電験二種
回答
2020/04/16 22:28

出力は、理論的に曲数で変化しないです。出力は機械的な回転エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できたかで決まります。なので、発電機効率と回転エネルギーで出力は決まると考えていいでしょう。(本当は、もっといろいろな要素がかかわりますがここでは省略します。)発電機の周波数はN=120f/p[min^-1]という式を用いて、計算します。この式を変形すると、f=pN/120ですね。つまり、周波数を一定にするためにはpNをうまい値にしなければなりません。周波数は50,60HZなので、これに合わせます。Nが大きい火力発電では、もちろんpを2か4という最小値に設定します。(磁極はS,N極なのでp=1,3はあり得ません)
Nが小さい水力発電では、分かっているとは思いますがpを高めに設定させてあげなければいけません。

単に火力発電のほうが出力が大きいというのは、一般的に機械的出力が水力発電と比べて大きいからだと思います。
(pは磁極数です)


匿名
2020/04/17 11:34

解答ありがとうございます!
回転数で変化しないのですか?P[kw]=F[N]×v[m/s]なので変化するものだと思っていました。


匿名
2020/04/17 11:35

P[W]です。すみません…


イルカ PRO 電験二種
2020/04/17 19:13

Fが一定という条件なら変化しますね。

例えば、火力と水力が同じ機械的入力の大きさP[w]だとしましょう。
火力はvが大きいので、Fが小さくなります。

別のケースを考えてみましょう。

Fが一定の場合、

火力はNが大きいので、Pも大きくなります。

水力は、Nが小さいので、Pが小さくなります。

質問者様のおっしゃりたいことは分かります。スピードが速ければ速いほど、発電電力が上がるという考え方は、直感的です。しかし、Fが火力と水力で変わるのかどうか?についても考えなければなりませんね?

同じエンジンをつんだ軽トラと大型トラックでは、軽トラの方がスピードは速いでしょう。しかし、消費エネルギーは、軽トラのほうが大きいのですか?という質問に質問者様の質問は近い気がしました。
間違ってたらごめんなさい。


匿名
2020/04/17 22:38

なるほど。
回転数が出力に関係あることを確認できたので良かったです。現在原子力の勉強をしていて、原子力が蒸気条件が悪いために4極と書いてあるのに、4極機の利点がほとんど書いてあり、欠点が大きさくらいなので火力でも4極機用いれば良いのにと思ったことから疑問に思ったのです。


イルカ PRO 電験二種
2020/04/17 23:25

原子力発電について、一般教養レベルでしか知識はないのですが、原子力発電も構造的には火力発電レベルの回転数にはできるはずです。しかし、ご存じの通り、安全性からそんなことはできず低速回転でないとダメですよね。火力も確かに理論的には4極や2極にすることはできますが、周波数を管理するシステムが複雑になる、もしくは、安全だと分かっているのに、火力を落として、結果的に回転数が下がる(やかんのお湯みたいなイメージ)もしくは、蒸気が通る弁をわざと閉めて出力を下げるといった無駄なことをしなければならないため、結局は今のシステムが有効なのだと思います。まとめると、

水力発電 回転数が遅いので周波数を一定にすべく極数も小さい
火力発電 回転数が速いので周波数を一定にすべく極数も大きい
原子力発電 理論的には、回転数を速くすることは可能である。だが、安全性も考慮して、わざと低速にしているため極数も小さい。採用に当たっては、効率の悪さ、安全性、燃料費といったものを合理的に考える必要がありますね。


匿名
2020/04/18 09:56

ありがとうございます。

たな PRO 第二種電気工事士,第三種電気主任技術者(認定取得条件保有),電力会社10年弱勤務(水力発電所担当)
回答
2020/04/16 23:14

回答させて頂きます。
まず最初に申し訳ございませんが,私の方が火力の知見がほとんどございません。質問内容については説明させて頂きますが,メインを水力基準で説明させて頂きます。

上記イルカ様の理論を踏まえたうえで確認頂くと分かりやすいかと思います。

・同期発電機(火力・水力:一部小水力は除く)の場合,商用周波数(東日
 本50Hz,西日本60Hz)に合わせる必要がございます。
 発電機同期速度(Ns)の式より考えますと,「同期速度=120×周波数/
 極数」となり,仮に60Hz地域で2極とした場合,回転数3600
 min-¹(50Hzの場合,3000min-¹)となります。
 私も詳しくは分かりませんが,火力(蒸気タービン)の場合,高温高圧の
 蒸気を効率良く運動エネルギーへ変換するためタービンの回転数が高くな
 ります。そのため,極数が少ない傾向になります。
 水力の場合,開発地点の落差+流量に見合った水車を選定します。(ペル
 トン水車やフランシス水車など)あくまで水の位置エネルギーで発電を行
 うため,出力に関しては火力より低くなります。
 (発電出力)
  P=9.8×Q×H×ηですので,日本の流域では限界がございます。そのため
  必然と出力は火力より低くなります。
 また,回転数についても水車比速度などありますが,大体数百回転程度で
 すので極数としては6~14極になってきます。

 上記より極数の違いが分かるかと思います。

簡単ですが以上になります。
 


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