H29年 電気・発送配変電 U−1−1 問題 模範解答と解説

問題文   U-1-1 

 直流送電設備のうち、日本国内で適用されている周波数変換設備を構成する主な設備要素を挙げ、それぞれ説明せよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 3回  完成日2018/4/29 専門事項 送電線設計


1)バルブ

 6台を三相ブリッジ接続し、順変換器または逆変換器として交直変換を行う。 

2)変換器用変圧 

 交直変換器に適用される変圧器であり、一般の電力用変圧器同様、電圧及び電流を変成する。他励式変換器に適用される変圧器はリプルの少ない変換を行うため、通常、Y-YY-Δ決戦を組み合わせ、また電圧調整のためにタップ切替器が取り付けられる。 

3)直流リアクトル 

 直流電流脈動分の平滑化、軽負荷時の直流電流断続防止、直流回路事故時の電圧上昇率の抑制などのために設置される。 

4)交流フィルタ 

 13次以下の提示高調波に対する各次数ごとの単一同調フィルタと15次以上の高次高調波用のハイパスフィルタとの組み合わせや複同調形フィルタが用いられる。

5)直流フィルタ

 交流側の高調波と異なり直流側には電圧高調波が発生し、直流フィルタと直流リアクトルの組み合わせにより、直流系統へ流出する高調波が抑制される。


 


これらの答案について、ご質問、ご意見がありましたら、どしどしお寄せください。ご質問にはお答えいたします。

1) バルブ

 6台を三相ブリッジ接続し、順変換器または逆変換器として交直変換を行う。

2) 変換器用変圧

 交直変換器に適用される変圧器であり、一般の電力用変圧器同様、電圧及び電流を変成する。他励式変換器に適用される変圧器はリプルの少ない変換を行うため、通常、Y-YY-Δ決戦を組み合わせ、また電圧調整のためにタップ切替器が取り付けられる。

3) 直流リアクトル

 直流電流脈動分の平滑化、軽負荷時の直流電流断続防止、直流回路事故時の電圧上昇率の抑制などのために設置される。

4) 交流フィルタ

 13次以下の提示高調波に対する各次数ごとの単一同調フィルタと15次以上の高次高調波用のハイパスフィルタとの組み合わせや複同調形フィルタが用いられる。

5) 直流フィルタ

 交流側の高調波と異なり直流側には電圧高調波が発生し、直流フィルタと直流リアクトルの組み合わせにより、直流系統へ流出する高調波が抑制される。

セラミックス及び無機化学製品

有機化学製品

燃料及び潤滑油

高分子製品

化学装置及び設備

 

選択科目U・V(1枚)チェックシート(2018過去問)

 

 

 

 

 

 


 

.記入者    黒羽子 強平

作成日    2018/4/29

課題   H29 U11

修正履歴 2回目

部門     電気電子

選択科目  発送配変電

 

U−1−1 直流送電設備のうち、日本国内で適用されている周波数変換設備を構成する主な設備要素を挙げ、それぞれ説明せよ。

 

1)バルブ

6台を三相ブリッジ接続し、バルブのスイッチング動作により、順変換器または逆変換器として交直変換を行う。

2)変換器用変圧器

交直変換器に適用される変圧器であり、一般の電力用変圧器同様、電圧及び電流を変成する。他励式変換器に適用される変圧器はリプルの少ない変換を行うため、通常、Y-YY-Δ決戦を組み合わせ、また電圧調整のためにタップ切替器が取り付けられる。

3)直流リアクトル

 直流電流脈動分の平滑化、軽負荷時の直流電流断続防止、直流回路事故時の電圧上昇率の抑制などのために設置される。

4)交流フィルタ

 13次以下の提示高調波に対する各次数ごとの単一同調フィルタと15次以上の高次高調波用のハイパスフィルタとの組み合わせや複同調形フィルタが用いられる。

5)直流フィルタ

 交流側の高調波と異なり直流側には電圧高調波が発生し、直流フィルタと直流リアクトルの組み合わせにより、直流系統へ流出する高調波が抑制される。

 



 

.記入者    黒羽子 強平

作成日    2018/5/2

課題   H29 U11

修正履歴 1回目

部門     電気電子

選択科目  発送配変電

 

U−1−1 直流送電設備のうち、日本国内で適用されている周波数変換設備を構成する主な設備要素を挙げ、それぞれ説明せよ。

 

1)バルブ

 6台を三相ブリッジ接続し、バルブのスイッチング動作により、順変換器または逆変換器として交直変換を行う。

2)変換用変圧器

 交直変換器に適用される変圧器であり、一般の電力用変圧器同様、電圧及び電流を変成する。他励式変換器に適用される変圧器はリプルの少ない変換を行うため、通常、Y-YY-Δ決戦を組み合わせ、また電圧調整のためにタップ切替器が取り付けられる。

3)直流リアクトル

 主に磁気シールド付き空心リアクトルやギャップ付きリアクトルが用いられる。直流電流脈動分の平滑化、軽負荷時の直流電流断続防止、直流回路事故時の電圧上昇率の抑制などのために設置される。

4)交流フィルタ

 13次以下の提示高調波に対する各次数ごとの単一同調フィルタと15次以上の高次高調波用のハイパスフィルタとの組み合わせや複同調形フィルタが用いられる。

5)直流フィルタ

 交流側の高調波と異なり直流側には電圧高調波が発生し、直流フィルタと直流リアクトルの組み合わせにより、直流系統へ流出する高調波が抑制される。

H29年 電気・発送配変電 U−1−2 問題 模範解答と解説

問題文   U-1-2 

 太陽光発電等気象条件で出力が変動する電源の大量導入に伴う電力系統上の課題を2つ挙げ、その概要を説明し、各々の対策を述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 2回  完成日2018/5/12 専門事項 送電線設計


1. 逆潮流による電圧上昇問題

1)概要:太陽光等の発電からの逆潮流により、需要家受電点の電圧が上昇し適正範囲の上限を逸脱する可能性があるため、電圧上昇抑制対策が必要となる。

2)対策:

パワーコンディショナー(PCS)による電圧上昇抑制。PCSから進相の無効電力を連系点に注入し、連系点電圧の上昇を抑制する。

2.余剰電力の問題

1)概要:太陽光発電が大量導入されると、中間期の休日等を中心に、太陽光発電出力に起因して、系統全体で供給電力が需要を上回り余剰電力が発生する。供給電力が需要を上回ると、系統周波数の上昇を招く。

2)対策:

@PCSへのカレンダ機能適用

カレンダ機能をPCSに装備し、月日に応じて自動的に最大出力を制限することで、余剰電力発生を防ぐ。

Aヒートポンプ式給湯器の活用

需要家単位で余剰電力をヒートポンプ式給湯器により温水として蓄える。



 

これらの答案について、ご質問、ご意見がありましたら、どしどしお寄せください。ご質問にはお答えいたします。

H29年 電気・発送配変電 U−2−1 問題 模範解答と解説

問題文   U-2-1 

  あなたが、海外のA国(発展途上国)における揚水発電所新設工事プロジェクトマネージャーになったとして、下記の内容について記述せよ。

(1)   業務の計画を立案するに当たって調査、検討すべき内容

(2)   業務を進める手順

(3)   留意すべき事項


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 3回  完成日2018/2/28 専門事項 送電線設計


1.調査、検討すべき内容

1)需要及び供給計画の調査

2)気象・水文調査と地形・地質調査                           

2.業務を進める手順

1)発電計画の策定     

2)土木構造物、電気設備の設計 

3)施工計画および工事工程 

4)環境影響評価

5)経済評価及び財務評価

3.業務を進める際に留意すべき事項

1)需要不足による開発規模

2)環境社会配慮


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 3回  完成日2018/2/28 専門事項 送電線設計

 


 

1. 調査、検討すべき内容

1)需要及び供給計画の調査

A国の需要予測を行い、需要と供給のバランスを検討する。この予測を基に電力供給計画を策定する。供給力に不足が見込まれ、適正な供給予備力を確保できない場合に、新規揚水発電の開発が必要となる。需要動向を見極め、開発時期を検討する。

2)気象・水文調査及び地形・地質調査

気象、流量、供水量、堆砂量、地形、地質などの気象・水文データを測定する。衛星画像や航空写真から地形データを入手して地形図を作成する。地表調査及び調査杭による地質調査や地震荷重評価などの地形・地質調査を実施する。

2.業務を進める手順

1)発電計画の策定     

建設サイトの地形・地質調査などを考慮して、上部調整池、下部調整池及び発電所のレイアウトを決定する。環境影響表を確認の上、揚水発電所の運用計画を基に発電規模の経済性を比較し、最適発電規模及び発電計画を策定する。 

2)土木構造物、電気設備の設計 

 発電計画の諸元及びレイアウトに基づいて、揚水発電所の土木構造物及び電気設備の設計をおこなう。 

3)施工計画及び工事工程

技術レベルで妥当な計画とする。                         

4)環境影響評価

物理環境評価、自然環境評価、社会環境評価を実施し、評価表を策定する。

5)経済評価及び財務評価

 プロジェクトの経済的な妥当性を分析・評価する。採算性を評価する。

3.業務を進める際に留意すべき事項

1)需要不足による開発規模

全設備を運用できない場合は、部分的な開発を検討。

2)環境社会配慮

影響を回避又は最小化する軽減措置を比較検討し、最適な対策を立案。法律・基準の順守。


 


これらの答案について、ご質問、ご意見がありましたら、どしどしお寄せください。ご質問にはお答えいたします。

H29年 電気・発送配変電 V−1 問題 模範解答と解説

問題文   V-1 

 経済産業省が示した長期エネルギー需給見通しでは、2030年度の我が国の電力の需給構造として再生可能エネルギーによる電力供給を22〜24%、原子力発電による電力供給を20〜24%、火力発電については、可能な限り依存度を低減することを見込むとしている。このような背景を踏まえ、電力の安定供給について以下の問いに答えよ。

(1)   長期エネルギー需給見通しで示している電源構成を実現する上で、電力の安定供給を維持するために検討しなければならない課題を2つ挙げ、説明せよ。

(2)   あなたが挙げた2つの課題から1つを選び、それを解決するための技術的提案を具体的に示せ。

(3)   あなたの提案により生じうるリスクについて説明し、その対処方法を述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 3回  完成日2018/6/3 専門事項 送電線設計


1. 再生可能エネルギーの普及への課題

1)コスト低減

高い買い取り価格が高コストの要因になっているため、FITの抜本見直しが必要である。

2)調整力確保

再生可能エネルギーは天候などの条件によって出力が変わり、発電量が少ない時に補うための調整電源が必要となる。新しい調整力として蓄電池が期待される。

3)送配電の制約

再生可能エネルギーが大量導入されると、送配電網の容量が超え、停電のリスクが高まる。送配電網の増強が必要となる。

 

2.調整力確保に対する技術的提案         

新しい調整力として期待されるのが蓄電池。中でもレドックスフロー電池は、原理が簡単で、容量はタンクの大きさで変えられるため、大規模な電力貯蔵が可能であり注目されている。 これが真の理由ではないでしょう。

 

3.レドックスフロー電池の導入におけるリスク及び対処方法

1)リスク

@電解液を循環させるための付帯設備が必要  

A充電効率が低い これらはあらかじめわかっていることで、リスクとは呼びません。

2)対処方法

極に金属リチウムを使うことで、これまでのレドックスフロー電池より電圧が約3倍高くなる。さらに、負極側に液体活物質を使わないため、負極側の電解液貯蔵タンクの必要がなくスペースの節約ができ、エネルギー密度が向上する。

このようなスペシャルな提案ではなく、レドックスフロー電池本来の標準的な使い方で対処する方法を提案してください。ここまで変えたらレドックスフロー電池でなくなってしまいます。


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 2回  完成日2018/6/8 専門事項 送電線設計


1. 

再生可能エネルギーの普及への課題

1)コスト低減

経産省によると、太陽光の発電コストはドイツが1kWhあたり9円なのに対し、我が国は24円。風力は10円に対し、21円である。日本は固定価格買い取り制度(FIT)を導入しており、コストは電力料金に上乗せされる。高い買い取り価格が高コストの要因になっているため、FITの抜本見直しが必要である。

2)調整力確保

再生可能エネルギーは天候などの条件によって出力が変わり、発電量が少ない時に補うための調整電源が必要となる。火力発電が主にその役割を担っている。それでも再生可能エネルギーが大量に導入されると、火力発電の稼働率は下がり、保有する電力会社の収益が悪化する。火力発電は二酸化炭素の排出が多いというデメリットもある。そのため、新しい調整力として蓄電池が期待される。

3) 送配電の制約

再生可能エネルギーが大量導入されると、送配電網の容量が超え、停電のリスクが高まる。送配電網の増強が必要となる。

2.調整力確保に対する技術的提案        

新しい調整力として期待されるのが蓄電池。中でもレドックスフロー電池は、原理が簡単で、容量はタンクの大きさで変えられるため、大規模な電力貯蔵が可能であり注目されている。

3.レドックスフロー電池の導入におけるリスク及び対処方法

1)リスク

@電解液を循環させるための付帯設備が必要 

A充電効率が低い

2) 対処方法

負極に金属リチウムを使うことで、これまでのレドックスフロー電池より電圧が約3倍高くなる。さらに、負極側に液体活物質を使わないため、負極側の電解液貯蔵タンクの必要がなくスペースの節約ができ、エネルギー密度が向上する。


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 4回  完成日2018/7/4 専門事項 送電線設計


1. 電力安定供給を維持するための検討課題

1)再生可能エネルギーの大量導入

エネルギー自給率の向上と環境性に優れている再生可能エネルギーの導入は、出力変動問題や地域偏在問題など技術的な課題を克服する必要である。出力変動に対する電圧や周波数の維持には、揚水発電所などの大規模な調整電源の計画的な新増設ができる環境整備が喫緊の課題である。地域偏在による送電容量不足の解消には、直流送電を含めた送変電設備の整備、増強対策の検討が必要となる。さらに、再生可能エネルギーのうち、出力が天候に左右されない安定的な電源の導入・拡大のための技術開発を推進する必要がある。

2)火力発電所の新増設

 既設の原子力発電所の再稼働が容易にできない現状を踏まえると、火力発電所の新増設が不可欠となる。火力発電以外に大容量ベース電源はなく、供給予備力の面からも火力発電の役割は重要である。

 しかし、火力発電は環境負荷であるCO2排出による地球温暖化対策に課題がある。このため、CO2排出削減目標を達成するため、長期的な視点で高効率火力発電の開発など、新しい次世代火力発電技術を確立する必要がある。

2.火力発電所新増設のための技術的提案

1)次世代火力発電技術の開発    

次世代火力発電技術は、その技術が必要な時期に利用できることが重要であり、開発スケジュールをより具体化し、加速することが必要である。主な技術は石炭火力やLNG火力の高効率化技術とCCUS(CO2回収・利用・貯留)などである。火力発電所の熱効率は、蒸気の高温・高圧化、耐熱材料の開発及び熱の再利用技術によって、飛躍的に向上している。しかし、将来に亘る安定供給を維持していくには、さらなる火力発電の高効率化技術の開発が必須となる。

2)次世代超々臨界圧発電(A-USC)

 蒸気温度を700℃以上とすることで、超々臨界圧発電を上回る熱効率の向上を図る。石炭消費量を削減できるため燃料費削減とCO2削減が可能となる。

3)石炭ガス化複合発電(IGCC)

IGCCは石炭をガス化する技術とガスタービン複合発電を組合わせ高効率化する。エネルギーセキュリティーと地球温暖化対策の両立を図ることができる。

4)トリプルコンバインドサイクル発電

 天然ガスを燃料とするガスタービン燃料電池複合発電(GTFC)は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を組み合わせ、化石燃料を3段階カスケード利用する。極めて高い発電効率の実現を可能とする。

 (3)リスクと対処方法

 1)リスク

 余剰電力対策などに必要な供給予備力を確保するには大規模な火力電源の新増設が不可欠である。しかし、この火力電源は稼働率が低くなり、売電収入による発電コストの改修が困難となる。単に供給と需要を電力市場に委ねるだけでは、安定供給に必要な電力供給量を確保することができなくなるリスクが生じる。卸電力市場はkWh市場であるので、そのkWh価値では、電源投資を回収することが困難となるミッシングマネーの問題が発生する。これは、既設火力発電設備の固定費の未回収や新規火力電源投資への回避など、大容量火力発電所の新増設が困難になり、電力の安定供給を阻害する。3文が同じような説明の繰り返しで冗長です

2)対処方法

電源の供給力の確保と電力需給見通しを達成するには、発電設備の投資回収の確実性を高める容量メカニズム制度を導入する。容量メカニズムは、供給力としてのkW価値のみを評価し、実際の発電とは無関係に対価を支払う仕組みである。安定供給のためのkW価値を評価することで、ミッシングマネー問題を解消、緩和できる。

これにより、安定供給上必要な既存の火力電源の不採算での撤退防止や投資回収の予見性を高め、新規の火力電源投資を促進できる。日本国内での中長期的な供給力確保を確実に実現することが可能になる。



これらの答案について、ご質問、ご意見がありましたら、どしどしお寄せください。ご質問にはお答えいたします。