《電力》〈電気材料〉[H28:問5]電力貯蔵装置としての二次電池に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【用語の解説】
4 【解答】

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，電力貯蔵装置としての二次電池に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

電力系統の負荷平準化のため，以前から揚水発電が用いられている。近年では負荷平準化だけでなく，電力品質の向上や自然エネルギー発電の変動吸収などを目的とした電力貯蔵装置として，二次電池が注目されている。
二次電池には，その酸化剤・還元剤や電極材料などの組合せで数多くの種類があり，代表的な二次電池としては，鉛電池，リチウムイオン電池，ニッケル水素電池，レドックスフロー電池，$ \ \fbox {　（１）　} \ $電池がある。
これらの装置を電力貯蔵装置として選定する際には，上記の設置目的に応じてその性能を示す指標を考慮する必要がある。その指標としては，まず，利用可能なエネルギー量があり，その単位は$ \ \fbox {　（２）　} \ $やアンペア時で表示される。次は入出力時のパワーであり，単位はキロワットである。ただし，電池ではこのパワーを示す量として，$ \ \fbox {　（３）　} \ $が用いられることがある。$ \ \fbox {　（３）　} \ $は，電池の定格容量を$ \ 1 \ $時間の放電あるいは充電し終える電流値を基準として，その倍数で表し，これが大きいことは電池の単位容量当たりのパワーが大きいことを意味する。
また，電池への入力エネルギーを分母とし出力エネルギーを分子とした総合効率も重要であり，充放電効率とも言われる。この効率では，日間の需要調整に利用するような比較的長時間の待機状態を含む場合には，その間の損失も重要となる。この損失には，$ \ \fbox {　（４）　} \ $による損失や，$ \ \fbox {　（１）　} \ $電池での$ \ 300 \ ℃ \ $程度の高温を維持するための損失などが含まれる。
また，電力の貯蔵放出過程や周囲環境などによって定まる劣化特性と，寿命も重要である。さらに，貯蔵されているエネルギーの量を表す$ \ \fbox {　（５）　} \ $や残存容量と言われる量を，正確に把握することは，貯蔵装置の運用や制御に当たって重要である。なお，電池によってはこの量の把握が困難なものもあるので注意が必要である。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　自己放電　　　　　&（ロ）&　キロバール時　　　　　&（ハ）&　\mathrm {A} \ レート \\[ 5pt ] &（ニ）&　\mathrm {SCR}　　　　　&（ホ）&　ボルタ　　　　　&（ヘ）&　マンガン \\[ 5pt ] &（ト）&　\mathrm {C} \ レート　　　　　&（チ）&　キロワット時　　　　　&（リ）&　過放電 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　\mathrm {C} \ ルート　　　　　&（ル）&　\mathrm {VSC}　　　　　&（ヲ）&　ナトリウム硫黄 \\[ 5pt ] &（ワ）&　過充電　　　　　&（カ）&　\mathrm {SOC}　　　　　&（ヨ）&　\cos \phi
\end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電気材料の問題として，蓄電池が出題されることは稀なので，本問は普段からどれくらい知識を習得しているかを問うような問題と言えるでしょう。ただ，今後は蓄電池の需要の拡大傾向から出題頻度が上がることも考えられます。

【用語の解説】

（ハ）$ \ \mathrm {A} \ $レート，（ト）$ \ \mathrm {C} \ $レート，（ヌ）$ \ \mathrm {C} \ $ルート
　$ \ \mathrm {C} \ $レートは電池の定格容量を1時間の放電あるいは充電し終える電流値を基準として，その倍数で表し，これが大きいことは電池の単位容量当たりのパワーが大きいことを意味します。
（ニ）$\mathrm {SCR}$
　サイリスタ(Silicon Controlled Rectifier)の略語です。
（ホ）ボルタ
　負極に亜鉛，正極に銅を用いた電池で一次電池(充電不可)です。
（ヘ）マンガン
　負極に亜鉛，正極に二酸化マンガンを用いた一次電池です。一般的な乾電池で売られています。
（ル）$\mathrm {VSC}$　
　電圧形コンバータ(Voltage Sourced Converter)の略語です。
（ヲ）ナトリウム硫黄
　負極にナトリウム，正極に硫黄を用いる電池で通称$ \ \mathrm {NAS} \ $電池と呼ばれています。資源が豊富であり，鉛蓄電池の約3倍のエネルギー密度であるため，コンパクトに設計かつ大量生産が可能であるため，今後普及が進んでいく可能性を秘めています。
（カ）$\mathrm {SOC}$
　State of Chargeの略で充電されているエネルギー量を示すものです。

【解答】

(1)解答：ヲ
文脈から，解答候補は（ホ）ボルタ，（ヘ）マンガン，（ヲ）ナトリウム硫黄，になると思います。用語の解説の通り，二次電池はナトリウム硫黄電池のみです。

(2)解答：チ
文脈から，解答候補は（ロ）キロバール時，（チ）キロワット時，（ヨ）$ \ \cos \phi \ $，になると思います。蓄電は基本直流であり，無効電力は関係ありません。

(3)解答：ト
文脈から，解答候補は（ハ）$ \ \mathrm {A} \ $レート，（ト）$ \ \mathrm {C} \ $レート，（ヌ）$ \ \mathrm {C} \ $ルート，になると思います。充電池の指標として扱われるのは$ \ \mathrm {C} \ $レートです。

(4)解答：イ
文脈から，解答候補は（イ）自己放電，（リ）過放電，（ワ）過充電，になると思います。長時間の待機状態での損失は，通常充電された際にも発生します。したがって，（イ）自己放電となります。

(5)解答：カ
文脈から，解答候補は（ニ）$ \ \mathrm {SCR} \ $，（ル）$ \ \mathrm {VSC} \ $　，（カ）$ \ \mathrm {SOC} \ $，になると思います。用語の解説の通り，題意に沿うのは（カ）$ \ \mathrm {SOC} \ $です。