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火力発電所の効率

下図のような火力発電所を考え、この火力発電所のボイラ効率、熱サイクル効率、タービン効率、タービン室効率、発電機効率、発電端熱効率、送電端熱効率、熱効率を求めてみます。

 

汽力発電所の概略構成

 

                 火力発電所の概略構成

 

ここで、
B:燃料消費量[kg/h]
H:燃料の発熱量[kJ/kg]
Z:蒸気・給水の流量[kg/h]
is:ボイラ出口蒸気のエンタルピー[kJ/kg]
iw:ボイラ入口給水のエンタルピー[kJ/kg]
ie:タービン排気のエンタルピー[kJ/kg]
PT:タービンの機械出力[kW]
PG:発電機出力[kW]
PL:所内電力[kW]
PS:送電端出力[kW]
です。

 

ボイラ式の火力発電は蒸気のエネルギーを利用した発電であるので、ボイラ式火力発電は汽力発電に分類されます。

 

ボイラ効率

 

ボイラ効率の説明図

 

                 ボイラ効率

 

ボイラ効率ηBは、「ボイラに供給した燃料の発熱量」に対する「ボイラでの発生蒸気熱量」の比であるので、次式で与えられます。
ボイラ効率の式の展開
ボイラ効率の式

 

つまりボイラ効率ηBは、ボイラに供給した燃料の発熱量により蒸気熱量がどれだけ増えたかということを表わしています。

 

ボイラ効率の説明図

 

            ボイラ効率

 

熱サイクル効率

 

熱サイクル効率の説明図

 

                 熱サイクル効率

 

熱サイクル効率ηCは、「ボイラでの発生蒸気熱量」に対する「タービンで消費した熱量」の比であるので、次式で与えられます。
熱サイクル効率の式の展開
熱サイクル効率の式

 

つまり熱サイクル効率ηCは、ボイラで発生した蒸気熱量がどれだけタービンで消費されたかということを表わしています。

 

熱サイクル効率の説明図

 

            熱サイクル効率

 

タービン効率

 

タービン効率の説明図

 

                 タービン効率

 

タービン効率ηTは、「タービンで消費した熱量」に対する「タービンの機械出力」の比であるので、次式で与えられます。
タービン効率の式の展開
タービン効率の式

 

つまりタービン効率ηTは、タービンでどれだけ熱量を消費してタービンの機械出力になったかということを表わしています。

 

タービン効率の説明図
         タービン効率

タービンの機械出力を3600PTとしていますが、これは出力の単位を
[kW]から[kJ/h]に換算しているためです。(単位を熱量に合わせている)
1[W・s]=1[J]
1[W・h]=3600[J]
1[kW・h]=3600[kJ]
1[kW]=3600[kJ/h]

 

タービン室効率

 

タービン室効率の説明図

 

                タービン室効率

 

タービン室効率ηTRは、「ボイラでの発生蒸気熱量」に対する「タービンの機械出力」の比であるので、次式で与えられます。
タービン室効率の式の展開
タービン室効率の式

 

つまりタービン室効率ηTRは、ボイラで発生した蒸気熱量がどれだけタービンの機械出力になったかということを表わしています。

 

タービン室効率の説明図
               タービン室効率

タービン効率とタービン室効率は違うものなので注意してください。
タービン効率とは、「タービンで消費した熱量」に対する「タービンの機械出力」の比
タービン室効率とは、「ボイラでの発生蒸気熱量」に対する「タービンの機械出力」の比

タービンの機械出力を3600PTとしていますが、これは出力の単位を
[kW]から[kJ/h]に換算しているためです。(単位を熱量に合わせている)
1[W・s]=1[J]
1[W・h]=3600[J]
1[kW・h]=3600[kJ]
1[kW]=3600[kJ/h]

 

発電機効率

 

発電機効率

 

               発電機効率

 

発電機効率ηGは、「タービンの出力(=発電機の入力)」に対する「発電機の出力」の比であるので、次式で与えられます。
発電機効率の式の展開
発電機効率の式

 

つまり発電機効率ηGは、発電機にどれだけの入力があって発電機からどれだけの出力があるかということを表わしています。

 

発電機効率の説明図

 

               発電機効率

タービンの出力がそのまま発電機に入力されるので、
「タービンの出力=発電機の出力」になります。

 

発電端熱効率

 

発電端熱効率

 

               発電端熱効率

 

発電端熱効率ηPは、「ボイラに供給した燃料の発熱量」に対する「発電機出力」の比であるので、次式で与えられます。
発電端熱効率の式の展開
発電端熱効率の式

 

つまり発電端熱効率ηPは、ボイラに供給した燃料の発熱量がどれだけ発電機の出力になったかということを表わしています。

 

発電端熱効率の説明図
               発電端熱効率

発電機出力を3600PGとしていますが、これは出力の単位を
[kW]から[kJ/h]に換算しているためです。(単位を熱量に合わせている)
1[W・s]=1[J]
1[W・h]=3600[J]
1[kW・h]=3600[kJ]
1[kW]=3600[kJ/h]

 

送電端熱効率

 

送電端熱効率

 

              送電端熱効率

 

送電端熱効率ηSは、「ボイラに供給した燃料の発熱量」に対する「送電端出力」の比であるので、次式で与えられます。
送電端熱効率の式の展開
送電端熱効率の式

 

つまり送電端効率ηSは、ボイラに供給した燃料の発熱量がどれだけ送電端での出力になったかということを表わしています。

 

送電端熱効率の説明図
              送電端熱効率

 

ここで送電端出力は発電所から送電される電力であるので、送電端出力は「発電機で発電した電力(発電機出力)」から「発電所内で使用する電力(所内電力)」を引いたものになります。

発電機出力を3600PG、所内電力を3600PLとしていますが、これは出力、電力の単位を
[kW]から[kJ/h]に換算しているためです。(単位を熱量に合わせている)
1[W・s]=1[J]
1[W・h]=3600[J]
1[kW・h]=3600[kJ]
1[kW]=3600[kJ/h]

 

熱効率

 

熱効率

 

             熱効率

 

熱効率ηは、「ボイラに供給した燃料の発熱量」に対する「タービンの機械出力」の比であるので、次式で与えられます。
熱効率の式の展開
熱効率の式

 

つまり熱効率ηは、ボイラに供給した燃料の発熱量がどれだけタービンの機械出力になったかということを表わしています。

 

熱効率の説明図
             熱効率

タービン出力を3600PTとしていますが、これは出力、電力の単位を
[kW]から[kJ/h]に換算しているためです。(単位を熱量に合わせている)
1[W・s]=1[J]
1[W・h]=3600[J]
1[kW・h]=3600[kJ]
1[kW]=3600[kJ/h]

 

 


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火力発電所の効率のまとめ表

火力発電所のボイラ効率、熱サイクル効率、タービン効率、タービン室効率、発電機効率、発電端熱効率、送電端熱効率、熱効率の式を一覧表にまとめると次表のようになります。

効率の種類

効率の式

ボイラ効率

ボイラ効率の式 

熱サイクル効率

熱サイクル効率の式 

タービン効率

タービン効率の式 

タービン室効率

タービン室効率の式 

発電機効率

発電機効率の式 

発電端熱効率

発電端熱効率の式 

送電端熱効率

送電端熱効率の式 

熱効率

熱効率の式 

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