電験三種 平成30年度(2018) 電力 問15(a) 過去問解説

問15(a) 《水力発電(調整池の有効貯水量)》
調整池の有効貯水量 $V$[m³],最大使用水量 $10\,\mathrm{m^3/s}$ であって,発電機1台を有する調整池式発電所がある。 図のように,河川から調整池に取水する自然流量 $Q_{\mathrm{N}}$ は $6\,\mathrm{m^3/s}$ で一日中一定とする。この条件で,最大使用水量 $Q_{\mathrm{P}} = 10\,\mathrm{m^3/s}$ で6時間運用(ピーク運用)し,それ以外の時間は自然流量より低い一定流量で運用(オフピーク運用)して,一日の自然流量分を全て発電運用に使用するものとする。 ここで,この発電所の一日の運用中の使用水量を変化させても,水車の有効落差,水車効率,発電機効率は変わらず,それぞれ $100\,\mathrm{m}$,$90\,\%$,$96\,\%$ で一定とする。 この条件において,次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) このときの運用に最低限必要な有効貯水量 $V$[m³]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問15(a)の図
  1. (1) 86 200
  2. (2) 86 400
  3. (3) 86 600
  4. (4) 86 800
  5. (5) 87 000
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正解は(2)
使う公式
水の量 水の量[m³] = 流量[m³/s] × 時間[s](1時間は 3 600 秒) 1日の水の出入り 1日に使う水の合計 = 1日に川から入る水の合計
解説
【考え方】川からは一日中 6 m³/s が入ります。ピークの6時間は 10 m³/s 使うので、足りない分を調整池にためておく必要があります。 ■1 オフピークの流量 1日に入る水と、1日に使う水は同じです。時間の単位はそろえて「時間」で計算します。 入る水:$6 \times 24 = 144$ ピークで使う水:$10 \times 6 = 60$ 残りの18時間で使う水:$Q_{\mathrm{O}} \times 18$ $144 = 60 + Q_{\mathrm{O}} \times 18$ $Q_{\mathrm{O}} = \dfrac{144 - 60}{18} = \dfrac{84}{18} \fallingdotseq 4.67\,\mathrm{m^3/s}$ 6 m³/s より少ないので、オフピークの間は水がたまっていきます。 ■2 足りない分をためる 解説の図 ピークの6時間は、使う 10 m³/s に対して入るのは 6 m³/s です。1秒あたり 4 m³ 足りません。 この足りない分(オレンジの四角)が、調整池にためておく水の量です。オフピークにためる分(黄色)と同じ量になります。 6時間を秒に直します。 $6 \times 3\,600 = 21\,600\,\mathrm{s}$ $V = (10 - 6) \times 21\,600 = 86\,400\,\mathrm{m^3}$ 答えは(2)ピヨ。
出典:平成30年度(2018) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)電力 問15(a)