汽力発電の各効率を「エネルギーのバケツリレー」で完全攻略

この記事で身につくこと

電験三種「電力」科目の汽力発電で、毎年のように出題されるのが ランキンサイクルの各効率。 ボイラ効率・タービン効率・発電機効率・発電端熱効率・送電端効率…と種類が多く、添字も η_B・η_t・η_T・η_G・η_P・η_S とゴチャゴチャしていて、ここで挫折する受験生が後を絶ちません。

ですが安心してください。本質は エネルギーが燃料 → 蒸気 → 回転 → 電気 → 送電 へとバケツリレーで渡っていくだけ。

本記事を読み終えたら、

• 5つの効率を 黄金フレーズ1本 で順番に思い出せる
• 公式に圧倒されず、どこの効率を聞かれているか を一瞬で判別できる
• 「タービン効率」と「タービン室効率」の引っかけを 確実に見抜ける

ようになります。

暗記フレーズ：燃料→蒸気→回転→電気→送電

燃料 → 蒸気 → 回転 → 電気 → 送電

この5段階がバケツリレーの順番。そして全体効率は、

ηP ＝ ηB × ηT × ηG（さらに送電損失を掛けると ηS）

と、ただの掛け算 で求まります。これさえ覚えていれば、あとは「どの場所の効率を聞かれているか」を式に当てはめるだけです。

すべての公式に通じるたった1つの大原則

η_B、η_t、η_T…と添字が変わっても、本質はすべて同じ。

η ＝ 出力 ÷ 入力

これだけです。電験三種に登場する変数 Z、h、P などに圧倒される必要はありません。分母が「使ったエネルギー（入力）」、分子が「目的のエネルギーとして取り出せた量（出力）」 を表しているだけ。

何を代入するか迷ったら、まずこの大原則に戻ってきてください。

① ボイラ効率 η_B：燃料の熱をどれだけ蒸気に変えられたか

ボイラに 燃料発熱量 BH を投入して、ボイラ水の吸熱量 Z(h_s − h_w) が出てくる。

ηB = Z(hs − hw) / BH

• 入力：燃料発熱量 BH
• 出力：ボイラ水が吸収して蒸気になった熱量 Z × Δh

ボイラの性能そのものを表す指標なので、添字も「Boiler の B」と覚えれば十分です。

② タービン効率 η_t：蒸気の熱を回転の力へ

考え方はボイラ効率とまったく同じ。消費熱量 Z(h_s − h_t) が入り、機械的出力 P_t が出てくる。

ηt = 3600 Pt / Z(hs − ht)

ここで「なぜ 3600 を掛けるのか？」が最初の関門です。

• 分母 Z(h_s − h_t) は 1時間あたり の熱量 [kJ/h]
• 分子 P_t [kW] は 1秒あたり のエネルギー [kJ/s]

単位が揃わないので、1時間 ＝ 3600秒 を分子に掛けて [kJ/h] に統一しているだけ。

タービンのように出力が大きい設備は、秒単位だと数値が大きくなりすぎるため「毎時」でまとめるのが慣例です。電力量 [kWh] の計算と同じ発想ですね。

③ タービン効率 η_t と タービン室効率 η_T ── 引っかけ注意

ここが 電験三種で最頻出の引っかけポイント です。

効率	分母（消費熱量）	範囲に含む設備
タービン効率 ηt（小文字 t）	hs − ht	タービンのみ
タービン室効率 ηT（大文字 T）	hs − hw	タービン ＋ 復水器

「タービン室」という言葉が出たら、復水器まで含む と即判断してください。 ランキンサイクルではタービンの次に復水器が来るので、計算のスタート地点（分母の引き算の基準点）が 復水器出口の給水 h_w まで下がる のです。

1文字の違いで分母がガラッと変わる。試験本番では問題文の「室」の有無を必ず確認！

④ 発電機効率 η_G：機械の回転を電気エネルギーに

機械的出力 P_t を投入して、発電端電力 P_G が出てくる。

ηG = PG / Pt

ここは 電力 [kW] ÷ 電力 [kW] で単位がそろっているので、3600 などの換算は不要。式もシンプルです。

実際の発電機効率は 95〜99% と非常に高く、汽力発電の中で 最もロスが少ない工程 です。

⑤ 発電端熱効率 η_P：発電所という巨大な箱の総合力

ここで「バケツリレーの結合」が起こります。燃料発熱量 BH を入れて、発電端電力 3600 P_G を取り出す。

ηP = 3600 PG / BH = ηB × ηT × ηG

ボイラ・タービン室・発電機の3つの効率を 掛け算するだけ で、発電所内部の最終スコアが出る。

「燃料からどれだけ電気を作れたか」を表す、発電所の総合力指標 です。

⑥ 送電端効率 η_S：最終的に街へ届くエネルギー

発電所で作った電気も、送電線の途中で一部が失われます。送電損失率を L、送電損失を P_L とすると、

ηS = ηP × (1 − L)
ηS = 3600 (PG − PL) / BH

電験三種で 最終的に問われるのは、たいていこの η_S。問題文に「送電端」とあったら、ηP からさらに送電損失を引く一段階を忘れずに。

なぜ掛け算で全体効率が出るのか ── 単位の相殺マジック

「効率を掛け算するだけで全体効率になる」のは直感に反するかもしれません。種明かしは 約分 です。

ηB × ηT × ηG
= (蒸気の熱 / 燃料の熱) × (機械の力 / 蒸気の熱) × (電気の力 / 機械の力)
= 電気の力 / 燃料の熱
= ηP

中間で作られた「蒸気の熱」と「機械の回転」は、次の工程の 入力として消費される ため、数式上できれいに相殺されます。これがバケツリレーの正体。「効率」という共通単位を介すことで、工程をまたいだ掛け算が成立するわけです。

効率を下げる最大の要因は「復水器の排熱」

汽力発電の総合効率は、最新鋭の超々臨界圧プラントでも 約40〜45%程度 にとどまります。その最大の犯人が 復水器で捨てている熱 です。

復水器が単位時間あたりに奪う熱量 W は、

W = Q × c × ρ × ΔT

（Q：冷却水流量、c：比熱、ρ：密度、ΔT：温度上昇）

これだけ大きな熱を海や川に捨てているからこそ、ηP は理論上の上限から大きく下回ります。

「だったら復水器なんて無くせばいい？」── ところがそうもいきません。

復水器は蒸気を水に戻す過程で 凝縮による吸引力（≒巨大なポンプ作用） を生み出しており、これが ランキンサイクルの水循環を支える命綱 になっています。エネルギーを失う代償に、サイクルを回し続ける役割を担っているわけです。

保存版：ランキンサイクル熱効率マスターマトリクス

最後に、5つの効率を1枚に整理します。試験直前の総ざらいに使ってください。

場所	効率	入力	出力	公式
ボイラ	ηB	燃料発熱量 BH	ボイラ水の吸熱量	Z(hs − hw) / BH
タービン室	ηT	消費熱量 Z(hs − hw)	機械的出力 3600 Pt	3600 Pt / Z(hs − hw)
発電機	ηG	機械的出力 Pt	発電端電力 PG	PG / Pt
発電端	ηP	燃料発熱量 BH	発電端電力 3600 PG	3600 PG / BH ＝ ηB×ηT×ηG
送電端	ηS	燃料発熱量 BH	送電端電力	ηP × (1 − L)

迷ったらこの表に戻ってきてください。すべては 「どの場所か」「何のエネルギーへの変換か」 に帰着します。η の添字は区別のためのラベルにすぎないので、暗記対象ではありません。

まとめ

• 汽力発電の効率は 「燃料 → 蒸気 → 回転 → 電気 → 送電」のバケツリレー
• 大原則は η ＝ 出力 ÷ 入力、迷ったらここに戻る
• 発電端熱効率は ηP ＝ ηB × ηT × ηG、送電端は ηS ＝ ηP × (1 − L)
• タービン効率 η_t と タービン室効率 η_T は復水器を含むかどうかで分母が変わる ── 引っかけ注意
• 効率を下げる最大要因は 復水器の排熱 だが、復水器はサイクル循環の命綱でもある

暗記フレーズ：燃料 → 蒸気 → 回転 → 電気 → 送電

このリレーが頭に入っていれば、汽力発電の計算問題で添字に振り回されることはなくなります。電力科目の得点源にしていきましょう。