火力発電所の効率計算
火力発電所は、燃料の持つ化学エネルギーをボイラで熱エネルギーに変換、タービンで回転エネルギーに変換、発電機で電気エネルギーに変換する施設である。
1. 火力発電所の基礎知識
- ランキンサイクルとは、水の状態変化を利用して蒸気のもつ熱エネルギーを回転エネルギーに効率的に変換する最も基本的な熱サイクルであり、ボイラ、タービン、復水器、給水ポンプで構成されている。発電機はランキンサイクルに含まないけれども付記しておいた。
- ボイラは、燃料を燃焼して発生した熱で水を蒸気にする。
- タービンは、蒸気の持つエネルギーを回転エネルギーに変換する。
- 復水器は、タービンで使用した蒸気を海水で冷却して水に戻す。
- 給水ポンプは、復水器で蒸気から戻された水をボイラへ供給する。
- 発電機は、タービンから得た回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。
- 発電機で発電した電気の一部は、発電所内で使用している。(発電電力量の3~5%程度を使用)
所内率5[%]というのは、発電電力量の5[%]を発電所内で使用し、残りの95[%]の電力量を送電することを意味する。
2. エネルギー変換効率
エネルギーの形態を変換するときには、下図2のように必ず損失が発生する。
100の入力エネルギーから100の出力エネルギーに変換することはできない。
効率の基本式は、上図2から下式(1)と表すことができる。
百分率表示[%]をしたい場合は、上式(1)に100をかければよい。
3. 火力発電所の各種効率の式
- 送電端熱効率ηL
- 発電端熱効率ηP
- ボイラ効率ηB
- タービン室効率ηT
- タービンサイクル効率ηC
- タービン効率ηt
- 発電機効率ηg
4. 火力発電所の各種効率の関係
例題1
ボイラ効率ηB=90[%]、タービン室効率ηT=45[%]、発電機効率ηG=98[%]の火力発電所がある。
この発電所の所内率がL=5[%]であるときの発電端熱効率ηP[%]と送電端熱効率ηL[%]の値を求めよ。
〔電験3種/平成5年度/電力問22一部改定〕
解答を表示する
解答を非表示にする
例題2
定格出力5000[kW]の火力発電所を定格出力で30日間連続運転し、発熱量44000[kJ/kg]の重油を950[t]を使用した。
1[t]=1000[kg]の関係を用いて、 この発電所の発電端熱効率ηP[%]の値を求めよ。
〔電験3種/平成2年度/電力問22一部改定〕
解答を表示する
解答を非表示にする
例題3
火力発電所のボイラ入口と出口の比エンタルピーは、i1=1029[kJ/kg]、i2=3864[kJ/kg]である。
この火力発電所が燃料発熱量H=41160[kJ/kg]、燃料使用量B=168[t/h]、作動流体量(水と蒸気)Z=2200[t/h]で運転しているときのボイラ効率ηB[%]の値を求めよ。
〔電験3種/平成4年度/電力問11一部改定〕
解答を表示する
解答を非表示にする
例題4
タービン出力20[MW]、発電機出力18[MW]、作動流体量80[t/h]で運転している火力発電所がある。
タービン入口の作動流体の比エンタルピーが3550[kJ/kg]、復水器入口の作動流体の比エンタルピーが2450[kJ/kg]であるとき、発電機効率ηG[%]とタービン効率ηt[%]の値を求めよ。
〔電験3種/平成13年度/電力問11一部改定〕
解答を表示する
解答を非表示にする