《電力》〈新エネルギー発電〉[H23:問6]風力発電の発電機に関する空欄穴埋問題

①誘導発電機
構造が簡単で，安価であるため，小形の風力発電によく使用されています。
しかし，励磁電流を系統から取るため，端子電圧を単体で確立することができず，系統に接続しないと発電することができません。また，発電機自身が無効電力の調整機能を持たず風速が変化すると有効電力とともに無効電力も変化してしまい，電圧変動が発生するといった問題があります。
さらに，系統に連系する際に突入電流により瞬時電圧低下を発生する恐れがあるため，限流リアクトルを設置する等の対応が必要となります。
近年では，大形風力発電所において二重給電誘導発電機という，可変速性能を持つ発電機が使用されます。これは誘導発電機による系統連系と交直変換器を用いた系統連系を併用する技術で出力や力率をコントロールしながら運転することができ，誘導発電機と同期発電機の長所を併せ持ったような方式となります。

出典：株式会社インプレス　ＨＰ

②同期発電機
同期機なので界磁電流により端子電圧を確立でき，遅れから進みまで無効電力を調整して力率を調整することが可能です。また，無効電力を調整できるので風速変化により有効電力が変化しても，無効電力を一定に保つことができ，電圧変動の問題が発生しません。したがって，系統に並列しない自立運転も可能となります。
ただし，誘導発電機に比べ構造が複雑であり，価格も高くなります。
系統とそのまま並列すると回転数が系統の周波数に依存してしまうので，系統に並列する場合は一般に交直変換器を用いて一旦直流に変換したのち再度交流に変換する直流リンク方式という方法がとられます。

【解答】

(1)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ニ）ヨー角，（ヘ）軸の回転速度，（チ）ピッチ角，等になると思います。
このうち，風速の変動で変化するものは軸の回転速度です。
ヨー制御は風車の向きを風向きに合わせて方向転換する制御，ピッチ制御はブレードの角度を風速に合わせてコントロールする制御，であり，どちらも風速の変動で「変化させるもの」という表現の方が適切かと思います。

(2)解答：ロ
題意より解答候補は，（ロ）同期発電機，（ル）同期調相機，（ヲ）誘導発電機，（カ）直巻発電機，等になると思います。
このうち，風力発電の発電機に採用されているのは同期発電機と誘導発電機ですが，「界磁により端子電圧を確立でき，力率の調整も可能である」ということから同期発電機であることがわかります。

(3)解答：ヲ
題意より解答候補は，（ロ）同期発電機，（ル）同期調相機，（ヲ）誘導発電機，（カ）直巻発電機，等になると思います。
「構造が簡単で，軸の回転速度が周波数に依存しない」となっていること等から誘導発電機であることがわかります。

(4)解答：ト
題意より解答候補は，（イ）保守，（ハ）調速機運転，（ト）自立運転，（リ）電力貯蔵，等になると思います。
誘導発電機は保守性はよく，直接系統と接続可能ですが，端子電圧を確立できないため自立運転ができないという特徴があります。

(5)解答：ワ
題意より解答候補は，（ワ）可変速性能，（ヨ）高調波抑制性能，等になると思います。
ワンポイント解説「1.風力発電に使用される発電機の種類」の通り，二重給電誘導発電機は可変速性能に優れるという特徴があります。