電験三種電力火力発電②｜熱効率・燃料と二酸化炭素・環境対策・コンバインド

最終確認：2026年11月3日

電験三種の電力で、火力発電の計算と比較の4つの論点をまとめた辞書です。汽力発電所の効率と所内率（しょないりつ）、燃料の量と CO₂、排ガスの環境対策、ガスタービンとコンバインドサイクルの順に確かめます。

汽力発電所の効率 ── 発電端は各段の効率の積、送電端は所内率の分だけ低い
- 解き方：電力量と燃料の量から熱効率
- 解き方：機器の効率をたどる
燃料消費量と CO2 ── 燃料は熱÷発熱量、CO2 は炭素の44/12倍
- 解き方：出力と効率から燃料と CO₂
- 解き方：理論空気量
火力発電の環境対策 ── 硫黄酸化物・窒素酸化物・ばいじんは別々の装置で除く
- 窒素酸化物の発生をおさえる燃やし方
- 電気集じん装置のしくみと装置の並び
ガスタービンとコンバインドサイクル ── 排気の熱でもう一度発電し効率が高い
- 同じ出力の汽力発電と比べる
- 解き方：コンバインドサイクルの熱効率
まとめ
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参考文献

汽力発電所の効率 ── 発電端は各段の効率の積、送電端は所内率の分だけ低い

汽力発電所の効率：燃料の熱1 000 MWにボイラ効率90％・タービン効率50％・発電機効率98％を掛けると発電端441 MW（44.1％）になり、所内の5％を引いた残りが送電端419 MW

効率の名前	分母（入力）	分子（出力）
ボイラ効率	燃料の熱（燃料消費量×発熱量）	蒸気が受け取った熱
タービン効率	蒸気がタービンの中で渡した熱	タービンの機械的出力
タービン室効率	ボイラで蒸気に与えた熱（復水器で捨てる熱も含む）	タービンの機械的出力
発電機効率	タービンの機械的出力	発電端電力
発電端熱効率（はつでんたんねつこうりつ）	燃料の熱	発電端電力
送電端熱効率（そうでんたんねつこうりつ）	燃料の熱	送電端電力（発電端電力−所内電力）

発電端熱効率はボイラ効率×タービン室効率×発電機効率で、送電端熱効率はそれに（1−所内率）を掛けた値です。前の段の出力が次の段の入力になるので、効率は掛けます。所内率は % で表し、（1−所内率）に入れるときは小数にします。

言葉の式　効率＝出力 ÷ 入力＝出力 ÷（出力＋損失）（％で表すときは × 100）

η = \frac{出力}{入力} = \frac{出力}{出力 + 損失}

η：効率〔（比）または %〕　出力：出力（得られたもの）〔kW など〕　入力：入力（入れたもの）〔kW など〕　損失：損失（入力と出力の差）〔kW など〕

言葉の式　発電端熱効率［%］＝ 3 600 × 発電端電力［kW］÷（燃料消費量［kg/h］ × 燃料発熱量［kJ/kg］）× 100

η_{P} = \frac{3600 P_{G}}{B H} \times 100

η_P：発電端熱効率〔%〕　P_G：発電端電力〔kW（＝kJ/s）〕　B：燃料消費量〔kg/h〕　H：燃料発熱量〔kJ/kg〕

言葉の式　発電端熱効率＝ボイラ効率 × タービン室効率 × 発電機効率（各効率は小数で掛ける）

η_{P} = η_{B} η_{T} η_{G}

η_P：発電端熱効率〔（比）〕　η_B：ボイラ効率〔（比）〕　η_T：タービン室効率〔（比）〕　η_G：発電機効率〔（比）〕

言葉の式　所内率［%］＝所内電力［kW］÷ 発電端電力［kW］× 100（P_S ＝ P_G(1 − L) などに入れるときは 100 で割って小数にする）

L = \frac{P_{L}}{P_{G}} \times 100

L：所内率〔%〕　P_L：所内電力〔kW〕　P_G：発電端電力〔kW〕

言葉の式　送電端電力［kW］＝発電端電力［kW］ ×（1 − 所内率）（所内率 L は小数。5 % なら 0.05）

P_{S} = P_{G} (1 - L)

P_S：送電端電力〔kW〕　P_G：発電端電力〔kW〕　L：所内率〔（小数）〕

言葉の式　送電端熱効率＝発電端熱効率 ×（1 − 所内率）（効率も所内率 L も小数。5 % なら 0.05）

η_{S} = η_{P} (1 - L)

η_S：送電端熱効率〔（比）〕　η_P：発電端熱効率〔（比）〕　L：所内率〔（小数）〕

よくある誤り	正しくは
発電端熱効率は、3つの機器の効率の平均で表す	次の段の効率は、前の段で残った分にかかる。だから平均ではなく積で表す
タービン室効率は、タービン効率より大きい	タービン室効率は、復水器で捨てる熱も分母に入る。比べる熱が大きいので、タービン効率より小さい
所内率は、送電端電力に対する所内電力の割合	発電端電力に対する割合。送電端から発電端に戻すときは（1−所内率）で割る。（1＋所内率）を掛けるのは誤り
発電端熱効率も、所内率を引いた送電端の電力量で出す	発電端熱効率は、所内率を引く前の発電端電力量で出す。所内率を使うのは送電端を問われたときだけ

発電端電力は発電機で発電した電力、送電端電力は外へ送り出す電力です。差の所内電力は、ポンプなど発電所の中の補機で使います。
所内率は % で表しますが、（1−所内率）に入れるときは小数にします。5% なら 1−0.05＝0.95 を掛けます。1−5 として計算しないように注意します。
汽力発電で最も大きく目減りするのは、復水器で冷却水に捨てる熱です。タービン室効率が半分ほどにとどまるのは、このためです（復水器）。
式の 3 600 は、1時間を秒に直した数です。kW（＝kJ/s）を kJ/h にそろえるために掛けます。

言葉の式　電力量〔kW·h〕× 3 600 ＝熱量〔kJ〕（1 W×3 600 s＝3 600 J）

1 kW·h = 3600 kJ = 3.6 \times 10^{6} J

W：電力量〔kW·h〕

汽力発電所の熱効率は、40%程度です。3つの積に分ける問題では、効率がボイラ・タービン・発電機の3つしか与えられないことがあります。そのときは、与えられたタービン効率をタービン室効率（復水器を含む）として掛けます。問題文に断りが無くても、そう扱います。

比エンタルピーは、蒸気 1 kg が持つ熱の量です（エンタルピー（えんたるぴー）の 1 kg あたり）。タービンの入口、タービンの出口（復水器の入口）、給水（復水器を出た水）の順に小さくなります。

言葉の式　ボイラ効率［%］＝蒸気量 × （蒸気の比エンタルピー − 給水の比エンタルピー）÷（燃料消費量 × 燃料発熱量）× 100

η_{B} = \frac{Z (h_{s} - h_{w})}{B H} \times 100

η_B：ボイラ効率〔%〕　Z：蒸気量〔kg/h〕　h_s：ボイラ出口の蒸気の比エンタルピー〔kJ/kg〕　h_w：給水の比エンタルピー〔kJ/kg〕　B：燃料消費量〔kg/h〕　H：燃料発熱量〔kJ/kg〕

言葉の式　タービン効率［%］＝ 3 600 × タービン出力［kW］÷｛蒸気量［kg/h］ ×（入口の比エンタルピー − 出口の比エンタルピー）｝× 100

η_{t} = \frac{3600 P_{t}}{Z (h_{s} - h_{t})} \times 100

η_t：タービン効率〔%〕　P_t：タービンの機械的出力〔kW（＝kJ/s）〕　Z：蒸気量〔kg/h〕　h_s：タービン入口の蒸気の比エンタルピー〔kJ/kg〕　h_t：タービン出口（復水器入口）の蒸気の比エンタルピー〔kJ/kg〕

言葉の式　タービン室効率［%］＝ 3 600 × タービン出力［kW］÷｛蒸気量［kg/h］ ×（入口の比エンタルピー − 給水の比エンタルピー）｝× 100

η_{T} = \frac{3600 P_{t}}{Z (h_{s} - h_{w})} \times 100

η_T：タービン室効率〔%〕　P_t：タービンの機械的出力〔kW（＝kJ/s）〕　Z：蒸気量〔kg/h〕　h_s：タービン入口の蒸気の比エンタルピー〔kJ/kg〕　h_w：給水（復水器出口）の比エンタルピー〔kJ/kg〕

言葉の式　発電機効率［%］＝発電端電力［kW］÷ タービンの機械的出力［kW］× 100

η_{G} = \frac{P_{G}}{P_{t}} \times 100

η_G：発電機効率〔%〕　P_G：発電端電力（発電機の出力）〔kW〕　P_t：タービンの機械的出力〔kW〕

言葉の式　送電端熱効率［%］＝ 3 600 ×（発電端電力 − 所内電力）［kW］÷（燃料消費量［kg/h］ × 燃料発熱量［kJ/kg］）× 100

η_{S} = \frac{3600 (P_{G} - P_{L})}{B H} \times 100

η_S：送電端熱効率〔%〕　P_G：発電端電力〔kW〕　P_L：所内電力〔kW〕　B：燃料消費量〔kg/h〕　H：燃料発熱量〔kJ/kg〕

言葉の式　送電端電力＝発電端電力 − 所内電力

P_{S} = P_{G} - P_{L}

P_S：送電端電力（外部へ送電する電力）〔kW〕　P_G：発電端電力（発電機で発電された電力）〔kW〕　P_L：所内電力（発電所内で使う電力）〔kW〕

問われ方	最初の一手
電力量と燃料の量から効率	MW·h は×3.6×10⁶ で kJ に、t は×10³ で kg に直してから割る
送電端の値から発電端の値	送電端を（1−所内率）で割る
発電機出力からタービン出力	発電機出力を発電機効率で割る
ボイラ効率の逆算	送電端熱効率を、タービン室効率×発電機効率×（1−所内率）で割る
運転の表から電力量	時間帯ごとに出力×時間を足す。皮相電力（ひそうでんりょく）なら、力率（りきりつ）を掛けて有効電力にする
日負荷率・年負荷率が与えられたとき	平均の電力は、最大の電力×負荷率。1日なら 24 h、1年なら 8 760 h を掛ける

設備利用率（せつびりようりつ）が与えられたら、電力量は定格出力×設備利用率×時間です（定義は水力発電所の出力の表）。
熱消費率（ねつしょうひりつ）は、1 kW·h の電力を出すのに使う熱です。タービン室効率は、3 600 を熱消費率で割った値です（復水器の論点）。

解き方：電力量と燃料の量から熱効率

① 最初の一手は、出した電力量と燃やした燃料の熱を、どちらも kJ にそろえることです。
② 電力量は、1 kW·h＝3 600 kJ で直します。燃料の熱は、燃料の量〔kg〕×発熱量です。
③ 電力量の熱を燃料の熱で割ると、熱効率です。発電端か送電端かを確かめます。

例の条件を短くまとめます（令和7年度下期問15(a)）。重油専焼の発電所が 45 000 MW·h を発生し、重油 9.1×10³ t を使いました。重油の発熱量は 44 000 kJ/kg です。

Q = 1.62 \times 10^{11} kJ

Q = 9.1 \times 10^{6} kg \times 44000 kJ/kg = 4.004 \times 10^{11} kJ

Q：燃料の総発熱量（燃料の熱量）〔kJ〕　B：燃料消費量〔kg〕　H：燃料発熱量〔kJ/kg〕

1.62×10¹¹ を 4.004×10¹¹ で割ると約 0.405 で、発電端熱効率は約 40.5%です。問題文では、発電端効率とも書きます。t を kg に直し忘れると、桁が3つずれます。

次の例の条件です（令和3年度問15）。定格 350 MW の発電機を、所内率 2%で1日運転しました。

出力は、0〜7時と20〜24時が 130 MW です。7〜12時と13〜20時が 350 MW、12〜13時が 200 MW です。
発電端電力量は、130×7＋350×5＋200×1＋350×7＋130×4＝5 830 MW·h です。
送電端電力量は、5 830×0.98＝5 713.4 で、約 5 710 MW·h です。
この間に、発熱量 54.70 MJ/kg の LNG を 770 t 使ったときの発電端熱効率です。

Q = 2.099 \times 10^{10} kJ

Q = 7.7 \times 10^{5} kg \times 54700 kJ/kg = 4.212 \times 10^{10} kJ

2.099×10¹⁰ を 4.212×10¹⁰ で割ると約 0.498 で、約 50%です。送電端の 5 713.4 MW·h で割ると約 48.8%になり、外れます。

解き方：機器の効率をたどる

① 最初の一手は、発電機出力を発電機効率で割って、タービン出力に戻すことです。
② 蒸気量は、タービン効率の式に kg/h のまま入れます。1時間あたりの t の値を 3.6 で割ると、kg/s になります。
③ 送電端の値が与えられたら、先に（1−所内率）で割って発電端に戻します。

例の条件を短くまとめます（令和4年度上期問3）。発電機出力 19 MW、発電機効率 95%で、使用蒸気量は1時間に 80 t です。比エンタルピーは、タービン入口 3 550 kJ/kg、復水器入口 2 500 kJ/kg です。

タービン出力は、19÷0.95＝20 MW です。

η_{t} = \frac{3600 \times 20 MW}{8 \times 10^{4} kg/h \times (3550 kJ/kg - 2500 kJ/kg)} \times 100 = 85.71 %

タービン効率は約 86%です。発電機出力 19 MW のまま入れると約 81%になり、外れます。

逆に蒸気量を求める例です（令和7年度上期問2）。タービン出力 175 MW、タービン効率 92%です。入口と復水器入口の比エンタルピーの差は、1 700 kJ/kg です。

蒸気 1 kg が出力に変わる熱は、0.92×1 700＝1 564 kJ/kg です。
175 000 kJ/s を 1 564 で割ると、約 111.9 kg/s です。
1時間あたりの t にするには 3.6 を掛け、1時間に約 403 t です。kg/s の 112 のまま選ぶと外れます。

次の例の条件です（平成28年度問15(b)）。送電端電力 16 MW、所内率 5%、タービン出力 18 MW です。

発電端電力は、16÷0.95≒16.84 MW です。

η_{G} = \frac{16.84 MW}{18 MW} \times 100 = 93.56 %

発電機効率は約 93.6%です。送電端の 16 MW のまま割ると約 88.9%になり、外れます。

関連：燃料消費量と CO2｜ランキンサイクル｜復水器｜力・仕事・電力

燃料消費量と CO2 ── 燃料は熱÷発熱量、CO2 は炭素の44/12倍

重油の燃焼とCO₂の量：発電端440 MWを効率40％で割った燃料の熱1 100 MWから重油90 t/hが決まり、炭素85％に44/12を掛けてCO₂ 280.5 t/h、水素に9を掛けて水121.5 t/hになる

求めるもの	手順	つまずきやすい所
要る燃料の熱	出力を発電端熱効率で割る	効率を掛けてしまう
燃料の量	燃料の熱を発熱量で割る	秒・時間・1日の単位をそろえ忘れる
CO₂ の量	燃料の中の炭素の重さに 44/12 を掛ける	燃料の全量や水素の分にも掛けてしまう
理論空気量	要る酸素の体積を 0.21 で割る	水素に要る酸素を半分にし忘れる

CO₂ の重さは、燃料の中の炭素の重さに 44/12 を掛けた値です。炭素 12 に空気の酸素 32 がつくので、CO₂ は燃えた炭素より重くなります。

言葉の式　総発熱量［kJ］＝燃料消費量［kg］ × 燃料発熱量［kJ/kg］

Q = B \times H

Q：燃料の総発熱量（燃料の熱量）〔kJ〕　B：燃料消費量〔kg〕　H：燃料発熱量〔kJ/kg〕

言葉の式　CO₂ の質量＝燃料の質量 × 炭素の割合 × 44 ÷ 12（C ＋ O₂ → CO₂ ：12 ＋ 16×2 ＝ 44）

m_{CO₂} = m_{燃料} \times x_{C} \times \frac{44}{12}

m_CO₂：発生する二酸化炭素の質量〔t〕　m_燃料：燃料の質量〔t〕　x_C：燃料中の炭素の割合〔（小数）〕

言葉の式　モル数［mol］＝質量［g］÷ 原子量（分子量）

n = \frac{m}{M}

n：モル数（物質量）〔mol〕　m：質量〔g〕　M：原子量（分子のときは分子量）〔g/mol〕

言葉の式　必要な酸素のモル数＝炭素のモル数＋水素（H₂）のモル数 × 1/2

n_{O₂} = n_{C} + n_{H₂} \times \frac{1}{2}

n_O₂：必要な酸素分子のモル数〔mol〕　n_C：炭素のモル数〔mol〕　n_H₂：水素分子のモル数〔mol〕

言葉の式　理論空気量［m³］＝酸素のモル数 × 22.4×10⁻³［m³/mol］÷ 0.21（空気中の酸素濃度）

V_{空気} = \frac{n_{O₂} \times 22.4 \times 10^{- 3}}{0.21}

V_空気：理論空気量（標準状態）〔m³〕　n_O₂：必要な酸素分子のモル数〔mol〕

よくある誤り	正しくは
水素も燃えると CO₂ になるので、燃料の全量に 44/12 を掛ける	水素は燃えると水になる。CO₂ の計算に使うのは、燃料の中の炭素の重さだけ
炭素の重さに 12/44 を掛けると、CO₂ の重さになる	CO₂ は炭素より重く、炭素の 44/12（約 3.7）倍。逆に掛けると、答えが小さくなりすぎる
発電端熱効率が上がると、同じ出力に要る燃料は増える	燃料の熱は出力÷効率なので、効率が上がると燃料も CO₂ も減る
水素 H₂ 1 mol を燃やすのに、酸素 O₂ も 1 mol 要る	2H₂＋O₂→2H₂O なので、H₂ 1 mol に O₂ は 0.5 mol

炭素が燃えるとき、炭素原子1個に酸素原子2個が結びつき、CO₂ の分子1個になります（C＋O₂→CO₂）。
燃料 1 kg を完全に燃やしたときに出る熱を、発熱量〔kJ/kg〕と呼びます。燃料をすべて完全に燃やしたときの熱が総発熱量で、燃料の量×発熱量です。
問題文に「潜熱（せんねつ）は無視」とあれば、与えられた発熱量をそのまま使います。MJ/kg で与えられたら、×1 000 で kJ/kg に直します。
重油の発熱量は、1 L あたりの kJ で与えられることもあります。そのときは、熱を発熱量で割った答えが L になります。1 kL＝1 000 L です。
例は令和5年度下期問15(b) です。汽力が1年に出す 356.6 GW·h は、×3.6×10⁶ で約 1.284×10¹² kJ です。
これを効率 0.4 で割り、1 L あたり 39 100 kJ で割ります。約 8.21×10⁷ L で、約 82 000 kL です。356.6 GW·h は、最大 100 MW・年負荷率 60%の1年の電力量から、水力の分を引いた値です。
原子量は原子の重さを表す数で、炭素 12、酸素 16、水素 1 です。値は、ふつう問題文で与えられます。
原子を 6.02×10²³ 個集めたひと山が 1 mol です。1 mol の質量（しつりょう）は、炭素 12 g、酸素 16 g、水素 1 g です。
酸素の分子 O₂ は 1 mol で 32 g、水素の分子 H₂ は 2 g です。水素のモル数は、H₂ の 2 で割って数えます。
理論空気量は、燃料を完全に燃やすのに要る最小限の空気の量（標準状態の体積）です。気体 1 mol は標準状態で 22.4 L で、空気の酸素は 21%とします。
工場・現場では、燃料の流量と成分から、排ガスの CO₂ と燃焼に要る空気の量を出す物質収支と同じ計算です。

火力発電の燃料は、固体の石炭、液体の石油（重油・原油）、気体の LNG（液化天然ガス）です。

燃料	同じ熱を出すときの CO₂	環境・値段
石炭	いちばん多い（天然ガスの 1.8〜2 倍ほど）	環境性は悪いが、安い
石油	中くらい（天然ガスの 1.4 倍ほど）	環境性は普通で、高い
LNG	いちばん少ない	環境性がよく、値段は普通

汽力どうしの発電効率を同じとして、発電電力量あたりの CO₂ を比べます。原子力＜LNG のコンバインドサイクル＜重油の汽力＜石炭の汽力の順に多くなります。原子力は、発電のときに CO₂ を出しません。
コンバインドサイクルは熱効率が高いので、同じ電力量に燃やす燃料が少なく、CO₂ も減ります（ガスタービンとコンバインドサイクル）。

解き方：出力と効率から燃料と CO₂

① 最初の一手は、出力を効率で割って、燃料の熱を出すことです。
② 燃料の熱〔kJ/s〕を発熱量で割ると、1秒あたりの燃料〔kg/s〕です。1時間は×3 600、1日は×86 400 で直します。
③ 燃料に炭素の割合を掛け、44/12 を掛けて CO₂ にします。

例の条件を短くまとめます（令和6年度下期問15）。重油専焼で出力 1 000 MW、発電端熱効率 41%です。重油の発熱量は 44 000 kJ/kg、成分は炭素 85%・水素 15%です。

燃料の熱は 1 000÷0.41≒2 439 MW で、2.439×10⁶ kJ/s です。
重油は 2.439×10⁶÷44 000≒55.4 kg/s です。1時間では約 1.996×10⁵ kg で、約 200 t です。
1日の重油は 199.6×24≒4 789 t です。

m_{CO₂} = 4789 t \times 0.85 \times \frac{44}{12} = 14926 t

約 1.49×10⁴ t で、15.0×10³ t にあたります。重油の全量に 44/12 を掛けると 17.6×10³ t になり、外れます。

燃料の量から効率を出す、逆向きの例です（令和5年度上期問15）。定格 600 MW で、石炭を1時間に 150 t 使います。発熱量は 34 300 kJ/kg、成分は炭素 70%・水素 5%です。

η_{P} = \frac{3600 \times 600 MW}{1.5 \times 10^{5} kg/h \times 34300 kJ/kg} \times 100 = 41.98 %

η_P：発電端熱効率〔%〕　P_G：発電端電力〔kW（＝kJ/s）〕　B：燃料消費量〔kg/h〕　H：燃料発熱量〔kJ/kg〕

発電端熱効率は約 42.0%です。t を kg にする×10³ を忘れると、桁が合いません。

m_{CO₂} = 150 t \times 0.7 \times \frac{44}{12} = 385 t

1時間の CO₂ は 385 t で、1日では 385×24＝9 240 t、約 9.2×10³ t です。水素の 5%は使いません。

解き方：理論空気量

① 最初の一手は、燃料の中の炭素と水素の重さを g にして、モル数を出すことです。
② 酸素のモル数は、炭素のモル数＋水素 H₂ のモル数×1/2 です。
③ 酸素のモル数に 22.4×10⁻³ m³ を掛けて体積にし、0.21 で割ります。

例の条件を短くまとめます（平成29年度問15）。定格 600 MW、発電端熱効率 42%で1日運転します。重油の発熱量は 44 000 kJ/kg、成分は炭素 85%・水素 15%です。

燃料の熱は 600÷0.42≒1 428.6 MW です。86 400 秒を掛けて 44 000 で割ると、重油は約 2.805×10⁶ kg（2 805 t）です。
炭素は 2.805×10⁹ g の 85%で、約 2.384×10⁹ g です。水素は 15%で、約 4.2075×10⁸ g です。

n = \frac{2.384 \times 10^{9} g}{12 g/mol} = 1.987 \times 10^{8} mol

n = \frac{4.2075 \times 10^{8} g}{2 g/mol} = 2.1038 \times 10^{8} mol

n_{O₂} = 1.987 \times 10^{8} mol + 2.104 \times 10^{8} mol \times \frac{1}{2} = 3.039 \times 10^{8} mol

V_{空気} = \frac{3.039 \times 10^{8} mol \times 22.4 \times 10^{- 3}}{0.21} = 3.242 \times 10^{7} m³

理論空気量は約 32.4×10⁶ m³ です。
水素に要る酸素を半分にし忘れると、43.6×10⁶ m³ になります。0.21 で割り忘れると 6.8×10⁶ m³ で、どちらも外れます。

関連：汽力発電所の効率｜核分裂と質量欠損｜10の何乗と接頭語

火力発電の環境対策 ── 硫黄酸化物・窒素酸化物・ばいじんは別々の装置で除く

排煙処理：ボイラから煙突までの排ガスの通り道に脱硝装置・電気集じん装置・脱硫装置が並び、窒素酸化物を窒素と水に、ばいじんを＋の極へ、硫黄酸化物を石こうにと、それぞれ決まった1種類を取り除く

汚れ	発生をおさえる	排ガスから取り除く
硫黄酸化物（SOx）	硫黄分の少ない燃料（LNG）を使う	排煙脱硫装置：石灰と水の混合液に吸収させ、石こうとして回収する
窒素酸化物（NOx）	窒素分の少ない燃料を使う。燃焼温度と、燃焼用空気の酸素濃度を低くする	排煙脱硝装置：アンモニアを注入し、触媒の上で窒素と水に分解する
ばいじん（煤塵）	燃料と空気を正しく混ぜる	電気集じん装置：粒子を−に帯電させ、＋の集じん極に集める

硫黄酸化物は脱硫装置で石こうに、窒素酸化物は脱硝装置で窒素と水に、ばいじんは電気集じん装置で集めて取り除きます。どの装置も決まった1種類の汚れだけを除くので、排ガスの通り道に並べます。

よくある誤り	正しくは
排ガス再循環法は、燃焼温度を上げて窒素酸化物を減らす	排ガスを混ぜて、酸素濃度と燃焼温度を下げる。窒素酸化物は、温度が高いほど多くできる
電気集じん装置は、大電流のアーク放電と正イオンで粒子を帯電させる	高電圧で起こすコロナ放電の負イオンで、粒子を−に帯電させる
集じん極は細い線電極で、たまった粒子は風を吹きつけて落とす	集じん極は平板電極（＋）、放電極が線電極（−）。粒子は、集じん極を槌でたたいて落とす
排煙脱硫装置は、アンモニアと触媒で硫黄酸化物を除く	アンモニアと触媒を使うのは脱硝。脱硫は石灰と水の混合液で吸収し、石こうを回収する

電気集じん装置のしくみ：放電極（－）のまわりの放電で負に帯電したばいじんが、集じん極（＋）に引き寄せられて付く

硫黄酸化物（ソックス）は、SO₂・SO₃ などです。酸性雨や気管支ぜんそくの原因になります。
窒素酸化物（ノックス）は、NO・NO₂ などです。呼吸器に悪い影響を与えます。窒素のもとは、空気と燃料の中の窒素です。
ばいじんは、燃えかすの細かい粒です。これらの物質は石炭が最も多く含み、続いて石油で、LNG は比較的きれいな燃料です。
環境汚染の対策には、燃料と燃やし方で汚れを減らす「発生の抑制」と、排ガスから取り除く「排出の抑制」があります。

窒素酸化物の発生をおさえる燃やし方

方法	やり方	効くわけ
二段燃焼法	燃焼用空気を2回に分けて入れる。1段目は空気を少なくして燃やし、2段目で残りの空気を入れる	炎の温度と酸素濃度が下がる
排ガス再循環法	燃焼用空気に排ガスの一部を混ぜる	酸素濃度が下がり、ゆるやかに燃える
酸素濃度を下げる	ボイラの中の余分な空気を減らす	窒素と結びつく酸素が減る

窒素酸化物を減らす燃やし方は、どれも「温度を下げる」「酸素を減らす」向きです。「上げる」と書かれていたら、誤りを疑います。

電気集じん装置のしくみと装置の並び

平板の集じん極（＋）の間に、細い線の放電極（−）を置きます。間に、直流の高い電圧をかけます。
細い放電極のまわりは電界（でんかい）が強く、コロナ放電（ころなほうでん）が起きて、空気の分子がイオンになります。
＋のイオンはすぐ放電極に戻り、−のイオンが集じん極へ向かうので、電極の間は−のイオンで満たされます。
通るばいじんに−のイオンが付いて−に帯電し、引き合う力（クーロン力）で集じん極にくっつきます。
要るのは大きな電流ではなく、高い電圧です。たまった粒子は、集じん極を槌でたたいて下へ落とします。
代表的な並びは、ボイラ→脱硝装置→電気集じん装置→脱硫装置→煙突です。並びは発電所によって違います。
脱硝の触媒は 250〜450 ℃ほどの熱いガスでよく働くので、ボイラの出口の近くに置きます。
湿式の脱硫装置は排ガスを液で洗い、ガスは 50 ℃ほどまで冷えるので、煙突の手前に置きます。

関連：燃料消費量と CO2｜ガスタービンとコンバインドサイクル｜復水器

ガスタービンとコンバインドサイクル ── 排気の熱でもう一度発電し効率が高い

コンバインドサイクル発電：ガスタービンの排気を排熱回収ボイラに送って蒸気をつくり蒸気タービンも回し、燃料の熱100がガスタービン35・蒸気タービン19.5・残り45.5に分かれ、効率はηg＋ηs(1－ηg)で表せる

発電方式	しくみ	熱効率（ねつこうりつ）の目安
ガスタービン発電	圧縮した空気で燃料を燃やし、燃焼ガスでタービンを回す。排気はそのまま外へ出す	20〜30%ほど
汽力発電	ボイラでつくった蒸気で蒸気タービンを回し、復水器で水に戻す	40%ほど
コンバインドサイクル発電	ガスタービンの約 600 ℃の排気で、排熱回収ボイラが蒸気をつくり、蒸気タービンも回す	50%以上（最新鋭は 60%を超える）

ガスタービンで使い残した排気の熱を、蒸気タービン側でもう一度電力にするので、熱効率が高くなります。ただし出力は、ガスタービンと同じく、外気温の影響を受けやすくなります。

言葉の式　コンバインドサイクル効率＝ガスタービン効率＋蒸気タービン効率 ×（1 − ガスタービン効率）

η = η_{g} + η_{s} (1 - η_{g})

η：コンバインドサイクル発電の効率〔（比）〕　η_g：ガスタービン効率〔（比）〕　η_s：蒸気タービン効率（排気の熱量に対する）〔（比）〕

よくある誤り	正しくは
燃焼用の空気は、排熱回収ボイラのあと、蒸気タービンを通って煙突から出る	空気と燃焼ガスは、圧縮機→燃焼器→ガスタービン→排熱回収ボイラ→煙突と通る。蒸気タービンを通るのは、ボイラで水からつくった蒸気
コンバインドサイクルは、最大出力が外気温の影響を受けにくい	外気温が高いと空気の密度が下がり、吸い込む空気の重さが減って出力が下がる。影響は汽力より大きい
コンバインドサイクルは、復水器の冷却水が汽力より多く、所内率も大きい	蒸気タービンの受け持ちが小さいので、冷却水（温排水）は少ない。大形の所内補機が少なく、所内率も小さい
ガスタービン 35%・蒸気側 30%なら、全体の熱効率は 65%	蒸気側に入るのは、排気に残った熱 0.65 だけ。0.35＋0.30×0.65＝0.545 で、54.5%

汽力とコンバインドの冷却水：コンバインドは蒸気タービンの受け持ちが小さいので、同じ出力の汽力より復水器の冷却水が少なくて済む

ガスタービン発電は、吸入→圧縮→燃焼→発電→排気の順に動きます。空気圧縮機・タービン・発電機は、同じ軸でつながります。
「ガス」は、燃料のガスではなく燃焼ガスのことです。燃料には天然ガスのほか、軽油や灯油も使います。
ガスタービンは起動・停止の時間が短く、設備も単純です。非常用の自家発電設備に広く使われます。
コンバインドサイクル発電は、ガスタービン発電のあとに、その排気で汽力発電を行う方式です。ここで扱うのは、排熱回収方式です。

同じ出力の汽力発電と比べる

見る所	コンバインドサイクル	わけ
熱効率	高い	排気の熱をもう一度使う
起動・停止、負荷の変化への追従	起動・停止が速く、追従しやすい	すばやく動かせるガスタービンと、小型の蒸気タービンの組合せ
復水器の冷却水・温排水	少ない	蒸気タービンの受け持ちが、出力の3分の1ほど
所内率	小さい	大形の所内補機が少ない
単位出力あたりの排ガス量	多い	ガスタービンは空気を大量に使う
外気温の影響	受けやすい	空気の密度で、吸い込む空気の重さが変わる

復水器の冷却水が海へ持ち去る熱は、温排水になります。熱効率が高いほど、また蒸気タービンの受け持ちが小さいほど、温排水は少なくなります。
外気温が下がると空気の密度が上がり、吸い込む空気が増えて出力は上がります。夏に出力が落ちるのは、このためです。
小さな容量の機を何台も組み合わせ、運転する台数を増減して出力を合わせます。部分負荷でも、熱効率が下がりにくくなります。
燃料には、LNG・LPG・灯油など良質な燃料が要ります。
熱効率を上げるには、ガスタービンの入口の温度（燃焼温度）を高くし、空気圧縮機の出口と入口の圧力比を高めます。
燃焼温度を高くすると、窒素酸化物が急に増え、タービンも傷みやすくなります。耐熱材料や翼の冷却、燃やし方の工夫が要ります（火力発電の環境対策）。

解き方：コンバインドサイクルの熱効率

① 最初の一手は、ガスタービンで電力にならなかった熱（1−ガスタービン効率）が、蒸気側に入る熱だと置くことです。
② 蒸気側の効率は、排気の持つ熱に対する割合です。燃料の熱に対する割合ではありません。
③ ガスタービンの出力と蒸気タービンの出力を足します。

例として、ガスタービン効率 35%、排気の熱に対する蒸気タービン側の効率 30%とします。

η = 0.35 + 0.3 \times (1 - 0.35) = 0.545 （比）

全体は 54.5%で、どちらか一方の効率より高くなります。燃料の熱 100 のうち、蒸気タービンの受け持ちは 19.5 です。
全体と蒸気側の効率から、ガスタービン効率を逆に出す形もあります。全体 48%・蒸気側 20%の例で考えます。
全体から蒸気側を引いた 0.28 を、1 から蒸気側を引いた 0.8 で割ると、35%です。

関連：汽力発電所の効率｜火力発電の環境対策｜燃料電池と電力貯蔵

まとめ

汽力発電所の発電端熱効率は機器の効率の積で、送電端熱効率は（1−所内率）を掛けた値です。

燃料の量は熱÷発熱量で出し、CO₂ は燃料の中の炭素の重さに 44/12 を掛けます。

排ガスの汚れは3つの装置で別々に除き、コンバインドサイクルは排気の熱で効率を高めます。

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参考文献

『みんなが欲しかった！電験三種電力の教科書&問題集』TAC出版初版（2018年） CH02 火力発電の章（SEC03〜05）
『電験3種過去問マスタ電力の20年間』2026年版電気書院第2章汽力発電・第3章原子力・その他の発電
第三種電気主任技術者試験電力・法規問題（電気技術者試験センター）平成28年度・平成29年度・令和元年度・令和3年度・令和4年度上期・令和4年度下期・令和5年度上期・令和6年度上期・令和6年度下期・令和7年度上期・令和7年度下期

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