化学プラント大全 
最終確認：2026年11月3日
電験三種の電力で、新エネルギーと分散型電源の5つの論点をまとめた辞書です。太陽光・風力・地熱とバイオマス・燃料電池と電力の貯蔵、そして逆潮流（ぎゃくちょうりゅう）や解列（かいれつ）を含む配電線へのつなぎ方の順に確かめます。
電力の論点：水力発電①｜水力発電②｜火力発電①｜火力発電②｜原子力発電｜新エネルギーと分散型電源｜変電所｜架空送電線路｜送電の特性
太陽光発電 ── 光で直流が出るので、パワーコンディショナで交流にして送る
| 見る所 | 太陽光発電 |
|---|---|
| しくみ | 光のエネルギーを、太陽電池で直接電気に変える。回る機械が無い |
| 出る電気 | 直流（ちょくりゅう）。系統へはパワーコンディショナ（ぱわーこんでぃしょな）で交流（こうりゅう）に変えて送る |
| 燃料とCO₂ | 燃料が要らず、発電のときにCO₂を出さない |
| 出力の変わり方 | 日射の強さに比例し、気象条件や日照時間で大きく変わる。夜は0 |
| 変換効率 | 光のうち電気になるのは15〜20%程度で、低い |
| 置き場所 | 電気を使う所（需要地点）で発電できる。広い面積が要る |
太陽電池は光を受けて直流を出すので、系統へはパワーコンディショナで交流にして送ります。出力は日射の強さに比例し、光が直角に当たるほど大きくなります。
| よくある誤り | 正しくは |
|---|---|
| 太陽電池は交流を出すので、そのまま系統につなげる | 出すのは直流。パワーコンディショナ（中のインバータ（いんばーた））で交流に変える |
| 直流を交流に変えるのは、逆流防止ダイオード | 逆流を防ぐのは接続箱の働きで、交流には変えない。交流にするのはパワーコンディショナ |
| 地上の日射は1 m²に1秒で約10 kJ、セル1つの電圧は約10 V | 約1 kJ（約1 kW/m²）と、約1 V。セルを直列につないで電圧を上げる |
| 太陽光の電気が余るのは夜間 | 発電する日中に余る。余りは揚水式（ようすいしき）の発電や二次電池に貯める |
- 光のうち電気になる割合が変換効率です。最新の汽力発電の熱効率より、ずっと低い値です。
- 1 m²のパネルに1 kW/m²の光が直角に当たり、変換効率が15%なら、出力は150 Wです。日射が半分なら、出力も約半分の75 Wです。
- 出力は、太陽電池の温度によっても変わります。発電のコストは高めで、エネルギーの密度が低いので広い敷地が要ります。
- 置くときは、光ができるだけ直角に近く当たるよう、方位と傾斜を確かめます。その地域の1年の発電電力量も、先に見積もります。
- 回る機械が無いので、しくみが単純で保守が容易です。燃料電池と同じく、「電池」という名前でも充電はできません。
太陽電池のしくみ（pn接合）
| 順 | 起きること |
|---|---|
| ① | p形半導体（ぴーがたはんどうたい）は正孔（せいこう）が、n形半導体（えぬがたはんどうたい）は自由電子が、多数キャリヤとしてある |
| ② | 2つを接合すると、拡散で正孔はn形へ、自由電子はp形へ移る |
| ③ | 接合面の近くで結びつき、キャリヤの無い空乏層（くうぼうそう）ができる |
| ④ | 空乏層のp形の側が負、n形の側が正に帯電し、内蔵電界ができる |
| ⑤ | 光が当たると自由電子と正孔ができ、内蔵電界で電子はn形へ、正孔はp形へ移る |
| ⑥ | n形が負、p形が正になって起電力（きでんりょく）が出る。外の線には一方向の電流が流れる |
- p形とn形をつないだ所がpn接合（ぴーえぬせつごう）です。光を当てて起電力が出る現象を、光起電力効果と呼びます。
- 構造は、上部電極・反射防止膜・n形半導体・p形半導体・裏面電極の重ねです。反射防止膜は、入った光が外へはね返って逃げるのを防ぎます。
- 電子と正孔はいつも同じ向きに分かれるので、出る電気は直流です。向きを変える仕組みが無いので、交流にはインバータが要ります。
太陽電池の種類と、住宅用の設備
| 太陽電池 | 変換効率 | 価格 |
|---|---|---|
| シリコン系の単結晶 | 高 | 高 |
| シリコン系の多結晶 | 中 | 中 |
| シリコン系のアモルファス（非結晶） | 低 | 低 |
| 設備 | 役目 |
|---|---|
| 太陽電池アレイ | セル（約1 V）を直並列につないだモジュールを、さらに直並列につないだもの |
| 接続箱 | 配線を集め、直流の電気をパワーコンディショナへ送る。直流開閉器・逆流防止・雷サージの過電圧の放電 |
| パワーコンディショナ | 直流を交流に変えるインバータ、系統連系保護装置、高調波フィルタでできている |
| 分電盤 | 交流の電気を、家の中の負荷に分ける |
| 電力量計 | 売電用は電力会社に売る余りの電力量を、買電用は買う電力量を量る |
- シリコン系のほかに、化合物系の太陽電池もあります。
- 地上に降り注ぐ太陽の光は、1 m²に1秒で約1 kJ（約1 kW/m²）です。大気の外で受ける光は約1.37 kW/m²で、太陽定数と呼びます。
- セル1つの開放電圧は、おおむね0.6〜1 Vです。
- 系統連系保護装置は、太陽光の設備か系統に異常が起きたとき、設備を系統から切り離すか安全に止めます。高調波フィルタは、直流を交流に変えるときに出る高調波を抑えます。
- パワーコンディショナは、日射や温度で変わる出力のうち、いちばん大きな電力が取れる点で運転するよう追いかけます。これを最大電力点追従制御と呼びます。
関連：燃料電池と電力貯蔵｜分散型電源の系統連系｜pn接合ダイオード｜ホール効果・熱電効果・光電効果
風力発電 ── 出力は受風面積と風速の三乗に比例し、パワー係数を掛ける
| 量 | 求め方 | 単位 |
|---|---|---|
| 受風面積 | 円周率に、ロータの半径の2乗を掛ける | m² |
| 1秒に通る空気の体積 | 受風面積に、風速を掛ける | m³/s |
| 1秒に通る空気の質量 | 体積に、空気の密度を掛ける | kg/s |
| 風の持つ出力 | 質量に風速の2乗を掛け、2で割る | W |
| 風車の出力 | 風の持つ出力に、パワー係数（ぱわーけいすう）を掛ける | W |
風車の出力は受風面積に比例し、風速の3乗に比例します。風速が2倍なら出力は8倍、半径が2倍なら面積が4倍で、出力も4倍です。
言葉の式 受風面積 ＝ 円周率 × ロータの半径²
A：受風面積〔m²〕 r：ロータ（風車）の半径〔m〕
言葉の式 風の持つ出力 ＝ 1/2 × 空気の密度 × 受風面積 × 風速³
Pw：風の持つ出力（単位時間に風車を通る空気の運動エネルギー）〔W〕 ρ：空気の密度〔kg/m³〕 A：受風面積〔m²〕 v：風速〔m/s〕
言葉の式 風車の出力 ＝ パワー係数 × 風の持つ出力
P：風車（ロータ軸）の出力〔W〕 Cp：パワー係数（風のエネルギーのうち風車が取り出せる割合） Pw：風の持つ出力〔W〕
| よくある誤り | 正しくは |
|---|---|
| 取り出せる電力は、風速の2乗（または風速）に比例する | 風速の3乗に比例する。1 kgの空気のエネルギーが2乗、1秒に通る量が1乗で、合わせて3乗 |
| 受風面積には、半径をそのまま、または直径の2乗を使う | 面積は、円周率に半径の2乗を掛けた値。直径が与えられたら、半分にしてから2乗する |
| 大電力用の風車は主に垂直軸で、出力変動の小さい電源 | 大電力用は主に水平軸。風で出力が変わるので、出力変動の大きい電源 |
| 誘導発電機は単独でも発電でき、系統に並列するときの突入電流が小さい | 系統から励磁電流（れいじでんりゅう）を受けるので、単独では発電できない。並列のときの突入電流は大きい |
- 風の運動エネルギーで風車を回し、つながった発電機で電気をつくります。燃料が要らず、発電のときにCO₂を出しません。
- 出力は、風の強さや向きなどの気象条件に左右されます。風の運動エネルギーのうち、電気になるのは40%程度です。
- パワー係数は、風のエネルギーのうち風車（ロータ）が取り出す割合で、掛けるとロータ軸の出力になります。発電機の出力は、これに発電機の効率も掛けた値で、2つを合わせた割合を総合効率と呼ぶ参考書もあります。上の40%程度は、この総合効率の目安です。
- 地上でも洋上でも発電できます。離島でディーゼル発電と組み合わせると、重油の使用量を減らせることがあります。
- 翼が風を切る音が騒音になることがあり、翼の形を工夫して低減します。安定して強い風が吹く場所が向きます。
- 風が弱すぎても強すぎても発電できません。発電を始める風速をカットイン風速、強すぎて止める風速をカットアウト風速と呼びます。
- プロペラ形の風車は、羽根の角度で回る速さを調整できます。強風のときは羽根の面を風向きと平行にし、ブレーキで止めます。
- 風の変動で、出力が急に上下することがあります。系統の周波数や電圧が揺れる原因になり、二次電池を併せて置くのが対策の1つです。
解き方：半径と風速から、風車の出力へ
- ① 最初の一手は、ロータの半径から受風面積を出すことです。半径を2乗して円周率を掛けます。直径なら半分にします。
- ② 空気の密度・受風面積・風速の3乗を掛けて2で割り、風の持つ出力をWで出します。
- ③ パワー係数（%なら100で割る）を掛けて、風車（ロータ軸）の出力にします。
- ④ 1 000で割ってkWにし、選択肢の値にそろえます。
例の条件を短くまとめます（平成30年度 問5）。ロータの半径は30 m、風速は10 m/s、パワー係数は50%です。空気の密度は1.2 kg/m³とします。
- 約848 kWで、選ぶ値は850 kWです。
- パワー係数を掛け忘れると約1 700 kW、風速を2乗にすると約85 kWで、どちらも外れます。
- 比で考えると速く解けます。同じ風車で風速が10 m/sから12 m/sになると、1.2の3乗で約1.73倍、約1 466 kWです。
発電機：誘導発電機と同期発電機
| 比べる所 | 誘導発電機（ゆうどうはつでんき） | 同期発電機 |
|---|---|---|
| 系統へのつなぎ方 | 固定子の巻線を、系統に直接つなぐ | 交流を一度直流にし、系統の周波数の交流に変え直す（電力変換装置を通す） |
| 回る速さ | 同期速度に近い速さに限られ、ほぼ一定 | 系統の周波数によらず、可変速で運転できる |
| 励磁 | 系統から励磁電流を受ける。励磁装置が要らない | 回転子の電磁石か、永久磁石で磁界をつくる |
| 運転の操作 | 構造が簡単で、始動や並列の操作が簡単。単独では発電できない | 並列のときに、系統と同期を合わせる |
- 誘導発電機の回転子は、かごのような導体だけで磁石がありません。系統から受けた励磁電流で、固定子に回転磁界（かいてんじかい）をつくります。
- 回転子を、回転磁界の速さである同期速度（どうきそくど）より少し速く回すと、電力が系統へ流れ出ます。このとき滑り（すべり）は負で、回転磁界と回転子の速さに差があります。
- 誘導発電機の弱点は、並列のときの突入電流が大きいことです。励磁のための無効電力も、系統から受けます。
- 風力には、同期発電機・永久磁石式発電機・誘導発電機が使われます。同期発電機で回る速さを変えると、周波数も変わるので、電力変換装置を通して送ります。
関連：分散型電源の系統連系｜水力発電所の出力｜力・仕事・電力
地熱・バイオマス発電 ── 地熱は地下の蒸気、バイオマスは吸ったCO₂だけ出す
| 比べる所 | 地熱発電 | バイオマス発電 |
|---|---|---|
| エネルギーのもと | 地中のマグマで熱せられた熱水と蒸気 | 動植物が生成・排出する有機物 |
| タービンを回すもの | 地下から取り出し、熱水と分けた蒸気 | 燃料を燃やした熱でつくる蒸気など |
| CO₂ | 燃料を燃やさない | 出すが、植物が吸った量とつり合う |
| 規模・場所 | 火山地域に多い。適地調査に多額の費用と長い期間 | 設備は小規模分散型が一般的 |
| 出力 | 一定にできる | 一定にできる |
地熱は地下にたまった蒸気でタービンを回し、バイオマスは燃やして出るCO₂が植物の吸った量とつり合います。どちらも熱源や燃料をためておけるので、天気によらず一定の出力で運転できます。
| よくある誤り | 正しくは |
|---|---|
| 地熱発電は、地下の熱水の流れでタービンを回し、平野部に多い | 熱水から分けた蒸気でタービンを回す。発電に向く資源は火山地域に多い |
| バイオマスの燃料は無機物で、家畜のふんからは液体燃料をつくる | 有機物。家畜のふんはメタン発酵させて気体燃料に、木くずは固形化燃料にする |
| バイオマス発電は、燃やしてもCO₂をまったく出さない | CO₂は出る。植物が育つときに吸った量と同じなので、全体として増えないとみなす |
| バイオマスで吸う量と出す量をつり合わせるのは窒素化合物、設備は大規模集中型 | つり合わせるのは二酸化炭素。設備は小規模分散型が一般的 |
- 太陽光と風力は、そのとき届いた光や風だけで発電するので、ためておけません。地熱は地下に蒸気がたまり、バイオマスは燃料を積んでおけます。
- 1日中ほぼ一定で発電する電源を、ベース供給力と呼びます。原子力・大容量の石炭火力と、地熱・流込み式水力・バイオマスが、一定の出力で運転します。
- 水力のうち、季節で変わる川の流量を貯めて使うのは貯水池式（ちょすいちしき）です。
地熱発電のしくみ
| 順 | 起きること |
|---|---|
| ① | 雨水が地下深くへしみ込み、マグマの熱で熱せられて、地熱貯留層にたまる |
| ② | 生産井（せいさんせい）で、深さ1 000〜3 000 mから蒸気と熱水を取り出す |
| ③ | 気水分離器（きすいぶんりき）で蒸気と熱水に分け、蒸気だけをタービンへ送る |
| ④ | 蒸気でタービンと発電機を回し、復水器で水に戻す。温水は冷却塔で冷やす |
| ⑤ | 分けた熱水は、還元井（かんげんせい）で再び地下へ戻す |
- 地熱発電は、蒸気の力でタービンを回すので、汽力発電の一種です。燃料を燃やす代わりに、地下の熱を使います。
- 取り出す蒸気には、地下の蒸気と、熱水を気化させた蒸気があります。分ける装置の名前は、資料によって「汽水分離器」とも書きます。
- 日本は火山が多く、地熱の資源が豊富です。商用の地熱発電所は、国内で稼働しています。
バイオマス発電と廃棄物発電
| 燃料 | もと | 形 |
|---|---|---|
| 固形化燃料 | 木材を加工するときに出る木くず | 固体 |
| エタノール | さとうきび | 液体 |
| メタンガス | 家畜のふん（メタン発酵） | 気体 |
- バイオマスは、石油などの化石燃料を除いた、動植物による有機性の資源です。生物を表すバイオと、かたまりを表すマスを合わせた語です。
- 燃料は、そのまま燃やすか、ガスにしてから燃やします。できた蒸気やガスでタービンを回します。
- 植物は光合成でCO₂を吸い、炭素をためます。燃やして出るCO₂は吸った量と等しく、全体として増えません。これをカーボンニュートラルと呼びます（カーボンは炭素）。
- 課題は、燃料になる作物などの量を確保することです。食料を燃料に回すと、作物の値段に響くおそれもあります。
- 廃棄物発電は、ごみなどを焼却する熱で蒸気をつくり、蒸気タービンを回します。捨てるだけの物から電力が得られますが、発電効率が低く、出力が安定しません。
- 廃棄物から水分や不純物を除いて固めた燃料（RDF）を使うこともあります。
関連：蒸気タービンと保護装置｜燃料消費量と CO2｜水力発電所の分類
燃料電池と電力貯蔵 ── 燃料電池は直流と熱を出し、二次電池と揚水は余りを貯める
| 装置 | 働き | 押さえる所 |
|---|---|---|
| 燃料電池（ねんりょうでんち） | 水素と酸素から、直流の電気と熱を出す | 水の電気分解の逆。発熱反応。電気は貯めない |
| 二次電池（にじでんち）（蓄電池） | 充電と放電をくり返す | 余る時間に充電し、足りない時間に放電する |
| 一次電池（いちじでんち） | 放電だけ（使い切り） | 充電できないので、電力の貯蔵には使わない |
| 揚水式の発電 | 余る電気で水をくみ上げ、足りない時間に発電 | 電気を水の高さにして貯める。往復で損失がある |
燃料電池は水素と酸素から直流の電気と熱を出す発電装置で、電気を貯めるのは二次電池や揚水式の発電です。二次電池や揚水は、余る時間に貯めて足りない時間に出し、需要とのつり合いを保ちます。
| よくある誤り | 正しくは |
|---|---|
| 燃料電池は、燃料を外から受けて、直接、交流の電力を出す | 出すのは直流。交流の負荷や系統には、インバータで交流に変えてつなぐ |
| 燃料電池で水ができる反応は吸熱反応 | 発熱反応。出る熱は、給湯や冷暖房に使える |
| 燃料電池は、発電のときの振動や騒音が大きい | 回る機械が無く、騒音や振動が少ない。だから需要家の近くに置ける |
| 充電してくり返し使えるのは一次電池で、大電力の貯蔵に使う | くり返し使えるのは二次電池。大電力の貯蔵には、ナトリウム・硫黄電池（NAS電池）を使う |
- 燃料電池の発電効率は35〜60%程度と高めです。排熱も使うコージェネレーションにすると、総合効率は80%程度まで上がります。
- 窒素酸化物を出しません。負荷の変動に対する応答が早いのも特徴です。
- 燃料は外から供給します。天然ガスやメタノールなどを改質して取り出した水素も使えます。
燃料電池のしくみと種類
| 順 | 起きること |
|---|---|
| ① | 改質器で、天然ガスなどの燃料から水素を取り出す。このときCO₂が出る |
| ② | 負極（燃料極）の触媒で、水素が水素イオンと電子に分かれる |
| ③ | 電子が負極から負荷を通って正極（空気極）へ移り、電流が流れる |
| ④ | 正極で、水素イオンと電子と空気中の酸素が結びついて水になり、大きな熱が出る |
| ⑤ | できた水を外へ出す |
- 負極の反応は 2H₂ → 4H⁺＋4e⁻、正極の反応は 4H⁺＋4e⁻＋O₂ → 2H₂O です。
- 電子の流れと、電流の向きは逆です。電子はいつも同じ向きに流れるので、出る電気は直流です。
- 発電のときはCO₂を出しませんが、燃料から水素を取り出す改質のときにCO₂を出します。
| 形式 | 電解質（燃料） | 動作温度 |
|---|---|---|
| 固体高分子形 | 固体高分子膜（水素） | 常温〜約90 ℃ |
| りん酸形 | りん酸（水素） | 約200 ℃ |
| 溶融炭酸塩形 | 炭酸リチウムなど（水素・一酸化炭素） | 約650 ℃ |
| 固体酸化物形 | 安定化ジルコニア（水素・一酸化炭素） | 約1 000 ℃ |
- 燃料電池は、使う電解質の種類で分けます。高温で動く形式ほど、一酸化炭素も燃料に使えます。
- 溶融炭酸塩形は電極の触媒が劣化しにくく、石炭ガス化ガス・天然ガス・メタノールなど多様な燃料を使えます。
二次電池と、需要と供給のつり合い
- 二次電池の代表はリチウムイオン電池（りちうむいおんでんち）で、ほかに鉛蓄電池（なまりちくでんち）・ニッケル水素電池などがあります。酸化銀電池は一次電池です。
- 風力や太陽光と一緒に二次電池を置くと、出力の変動をならせます。これを平滑化と呼びます。
- NAS電池は、負極にナトリウム、正極に硫黄を使い、約300 ℃で動かします。大容量・長寿命で、単位質量あたりのエネルギー密度は鉛蓄電池の約3倍です。
- 太陽光がたくさん入ると、日中に発電が需要を上回ることがあります。余りは揚水式の発電所で水をくみ上げ、二次電池にも貯めます。
- 鉛蓄電池などの二次電池の充電のしかたには、次の4つがあります。
| 充電方式 | すること |
|---|---|
| トリクル充電 | 電池の自己放電に見合う、ごく小さな電流で、いつも充電しておく |
| 浮動充電 | 負荷と二次電池を並列につなぎ、整流器から負荷へ電力を送りながら、自己放電に見合う小さな電流で充電する |
| 均等充電 | 直列につないだ電池ごとの充電のばらつきをなくすため、3〜6か月に1度程度、電圧を上げて過充電する |
| 回復充電 | 停電で放電した分をなるべく早く補うため、定格より高い電圧で充電し、その後、定格電圧で充電する |
- 回復充電は定格電圧のままでは行いません。次の停電に備え、定格より高い電圧で早く戻してから、定格電圧に下げます。
- 電力の需要と供給は、受け持つ負荷で分けた供給力と、急な変化に備える予備力で考えます。
| 供給力 | 受け持つ負荷 | 主な電源 |
|---|---|---|
| ベース供給力 | ほぼ一定の出力で、1日中の底の負荷 | 原子力・大容量の石炭火力・地熱・流込み式水力・バイオマス |
| ミドル供給力 | ベースとピークの間の、変わる負荷 | 中容量の火力・効率の低い火力 |
| ピーク供給力 | 最大電力の時間帯の負荷 | 調整池式（ちょうせいちしき）の調整分・貯水池式・揚水式の水力、LNGのガスタービン |
| 予備力 | 供給力を増やせるまで | 主なもの |
|---|---|---|
| 瞬動予備力 | 10秒程度以内 | ガバナフリー運転中の発電機の余力 |
| 運転予備力 | 10分程度以内 | 部分負荷で運転中の火力・水力の上げ余力、停止待機中の調整池式・揚水式の水力 |
| 待機予備力 | 起動に数時間以上 | 停止待機中の火力など |
- すべての供給力と需要との差が、供給予備力（きょうきゅうよびりょく）です。天候の急変や発電所の故障で周波数を元へ戻すときは、運転予備力を使います。
- 運転予備力の対象は、資料によって書き方が2つあります。「部分負荷運転中の水力・火力」と、「火力の上げ余力と停止待機中の水力」です。原子力は一定の出力で運転するので、当たりません。
- 蓄電所は、電気を貯めて同じ電圧・周波数で送り出す所です。
- 工場・現場では、無停電電源装置（UPS）も同じ考え方です。ふだん二次電池を充電しておき、停電のときにインバータで交流にして計器や制御装置へ送ります。
関連：揚水発電と調整池の運用｜ガスタービンとコンバインドサイクル｜太陽光発電
分散型電源の系統連系 ── 逆潮流で上がる電圧を抑え、停電したら解列する
| ことば | 意味 |
|---|---|
| 分散型電源（ぶんさんがたでんげん） | 比較的小規模の発電設備を、消費地の近くに分散して置いたもの |
| 系統連系（けいとうれんけい） | 分散型電源を、電力会社などの系統につなぐこと |
| 逆潮流 | 分散型電源を置いた構内から、系統の側へ向かう有効電力の流れ |
| 単独運転（たんどくうんてん） | 系統が事故などで切り離されたのに、分散型電源が発電を続け、線路の負荷へ送り続ける状態 |
| 自立運転（じりつうんてん） | 系統から切り離したうえで、自分の構内の負荷だけに電力を送る状態 |
| 解列 | 分散型電源を、系統から切り離すこと |
逆潮流のときは配電線の電圧が上がるので出力抑制などで抑え、系統が停電したら単独運転を見つけて解列します。どちらも、パワーコンディショナの働きが中心です。
| よくある誤り | 正しくは |
|---|---|
| 逆潮流の電圧上昇を抑えるには、受電点の力率（りきりつ）を系統側から見て進み力率にする | 進み力率にすると、電圧はさらに上がる。逆潮流がある場合は、系統側から見て進み力率にならないようにする |
| 単独運転とは、系統から切り離して、構内の負荷だけに電気を送る運転 | それは自立運転。単独運転は、停電した系統へ送り続ける、防ぐべき状態 |
| 逆潮流は、構内から系統へ向かう無効電力の流れ | 有効電力の流れ |
| 太陽光や燃料電池をつないでも、高調波の対策は要らない | インバータなどで直流を交流にするときに高調波が出るので、系統へ流れ出ないようフィルタを置くことがある |
- 分散型電源には、太陽光・風力・燃料電池のほか、小規模の水力や、ディーゼルエンジンなどのコージェネレーションがあります。
- 小規模の水力は、川や用水路の流込み式が多く使われます。
- 太陽光や風力は天候で出力が変わるので、つないでも配電系統に支障を与えないようにします。
- 工場・現場でも、自家用のコージェネレーションを系統につなぐときは同じです。単独運転を見つけて解列する保護と、受電点の電圧・力率の管理が要ります。
逆潮流で電圧が上がるわけと、その対策
- 配電線には抵抗があり、電流の流れる向きに電圧が下がります。これが電圧降下（でんあつこうか）です。
- 夜は電流が変電所から家へ流れるので、変電所から遠い家ほど電圧が低くなります。
- 昼に発電が構内で使う電気を上回ると、電流は家から変電所へ流れます。今度は遠い家ほど電圧が高くなり、上限を超えるおそれがあります。
- 大規模な太陽光がつながると、配電用変電所の変圧器にも逆向きの潮流が増えます。
| 対策 | 中身 |
|---|---|
| 出力抑制 | 電圧が上限に届いたら、パワーコンディショナが出力を抑える |
| 電圧調整機能 | パワーコンディショナに、逆潮流による電圧上昇を抑える働きを持たせる |
| 受電点の力率 | 逆潮流がある場合は、原則85%以上とし、系統側から見て進み力率にならないようにする |
| ステップ式自動電圧調整器（すてっぷしきじどうでんあつちょうせいき）（SVR） | 逆潮流で近くの低圧の家の電圧が範囲を外れるとき、途中の配電線に置いて電圧を整える |
| 配電系統の増強 | 大きな分散型電源は、専用の配電線でつないだり、配電線の負荷を分けたりする |
- 電圧は、無効電力（むこうでんりょく）の向きでも変わります。パワーコンディショナが無効電力を吸い込むと、電圧の上がり方が小さくなります。
- 吸い込むとき、系統の側から見た受電点の力率は遅れ力率です。発電設備の側から見ると、進み力率です。
- 変電所の分路リアクトル（ぶんろりあくとる）が遅れ無効電力を吸い込み、電圧の上昇を抑えるのと同じ向きです。
- 低圧の100 Vは、101 Vの上下6 Vを超えない値に保つよう努める決まりがあります（電気事業法施行規則）。逆潮流で電圧が上がると、この範囲を外れるおそれがあります。
単独運転を見つけて、解列する
- 単独運転では、事故が続いている系統に電気を送り続けるので、非常に危険です。だから必ず見つけて、系統から切り離します。
- パワーコンディショナの系統連系保護装置は、電圧の位相（いそう）や周波数の急な変化を、いつも見張っています。配電線の瞬時電圧低下では、不要な切り離しをしません。
- 見つけ方は2つです。受動的方式は、単独運転になったときの電圧位相や周波数の変化で見つけます。能動的方式は、出力にふだんから小さな変動を与えておき、単独運転で起きる周波数の変化で見つけます。
- 電力会社が遮断器（しゃだんき）を入れ直す再閉路（さいへいろ）のときには、分散型電源が解列されていなければなりません。
- 高圧でつなぐときは、周波数上昇継電器・周波数低下継電器と、転送遮断装置か単独運転検出装置（たんどくうんてんけんしゅつそうち）を置きます。
- 太陽光のような回る機械の無い電源は、回転体の慣性で周波数の低下を抑える働きが期待できません。こうした電源が増えると、周波数が乱れたときの回復力が下がります。
- 洋上の風力発電所と陸上の系統は、海底ケーブルの直流送電でつなぐことがあります。直流では定常的な充電電流が流れないので、その補償が要らず、誘電損も考えなくてよくなります。
まとめ
太陽光と燃料電池は直流を出すので、パワーコンディショナやインバータで交流にしてつなぎます。
風車の出力は受風面積と風速の3乗に比例し、地熱・バイオマスは蒸気や燃料で一定の出力を出せます。
逆潮流で上がる電圧は出力抑制や力率で抑え、系統が停電したら単独運転を見つけて解列します。
次に読む
- 前：原子力発電の論点
- 次：変電所の論点
- 関連：揚水発電と調整池の運用｜ガスタービンとコンバインドサイクル｜配電線路の保護と電圧調整
- 理論・準備編：pn接合ダイオード｜交流電力と力率｜力・仕事・電力
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） CH04 その他の発電の章（SEC01）
- 『電験3種過去問マスタ 電力の20年間』2026年版 電気書院 第3章 原子力・その他の発電、第7章 配電
- 『みんなが欲しかった！電験三種 機械の教科書&問題集』TAC出版 CH11 電気化学の章（SEC01 各種電池）、パワーエレクトロニクスの章（無停電電源装置・パワーコンディショナ）
- 『電験3種過去問マスタ 機械の20年間』2026年版 電気書院 第2章 誘導機、第6章 パワーエレクトロニクス、第10章 電気化学
- 『First Stage シリーズ 電気回路入門』日高 邦彦・堀 桂太郎・井上 弘司、実教出版 第2章 3節 電流の化学作用と電池
- 『First Stage シリーズ 新訂電気機器概論』千葉 明、実教出版 パワーエレクトロニクスの章（インバータの応用：無停電電源装置・パワーコンディショナ）
- 『みんなが欲しかった！電験三種 法規の教科書&問題集』TAC出版 CH01 電気事業法の章（SEC01 電圧及び周波数の値）
- 『電験3種過去問マスタ 法規の20年間』2026年版 電気書院 第3章 電気設備技術基準（分散型電源の系統連系）
- 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・平成30年度・令和2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5年度下期・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・令和8年度上期
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