《電力》〈新エネルギー発電〉[R06上:問5]燃料電池の原理や特徴に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

燃料電池の原理と特徴に関する記述として，誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

(1)　燃料は外部から供給され，直接，交流電力を発生する。

(2)　電解質により，りん酸形，溶融炭酸塩形，固体高分子形などに分類される。

(3)　水の電気分解と逆の化学反応を利用した発電方式である。

(4)　発電時の排熱を空調や給湯に活用できる。

(5)　天然ガスやメタノールを改質して発生させた水素を燃料として利用できる。

【ワンポイント解説】

燃料電池発電の特徴に関する問題です。
新エネルギー発電のうち，回転体を用いて発電するもの（風力発電，地熱発電，バイオマス発電）は直接交流を発生し，そうでないもの（太陽光発電，燃料電池発電）は直流を発生します。単体で覚えるのではなく，整理して覚えると，「なぜ回転体を用いると交流が発生するのか」という疑問が沸き，様々な知識が繋がってくることになります。
本問は平成15年問5とほとんどの選択肢が同じ類題となっています。

1.燃料電池発電の特徴
水素と酸素の化学反応を利用して直流の電力を得る発電方式で，以下のような特徴があります。
・エネルギー変換効率が良く，排熱利用により熱効率も大幅に上昇する
・発電時の騒音や振動が少ない
・燃料の水素の調達に課題がある
・出力が直流であるため，系統連系の際には交流に変換が必要
・スケールメリットがほとんどなく，コスト面で不利

出典：電験戦士教本「原子力・その他発電」　P.144
ＵＲＬ：https://denkenia-archives.stores.jp/

2.代表的な燃料電池
＜低温作動形＞
①固体高分子形
　電解質：固体高分子
　温　度：80～100℃
　出　力：数百kW
　用　途：家庭用，自動車用

②リン酸形
　電解質：リン酸
　温　度：150～200℃
　出　力：数千kW
　用　途：産業用

＜高温作動形＞
①固体酸化物形
　電解質：酸化ジルコニウム（セラミック）
　温　度：900～1000℃
　出　力：数十万kW
　用　途：分散型電源

②溶融炭酸塩形
　電解質：炭酸塩
　温　度：600～700℃
　出　力：数十万kW
　用　途：分散型電源

【解答】

解答：(1)
(1)：誤り
ワンポイント解説「1.燃料電池発電の特徴」の通り，燃料電池発電は直流電力を発生するため，交流に変換するためにはインバータが必要となります。

(2)：正しい
ワンポイント解説「2.代表的な燃料電池」の通り，燃料電池は電解質により，りん酸形，溶融炭酸塩形，固体高分子形などに分類されます。

(3)：正しい
燃料電池発電の反応は\( \ \displaystyle \mathrm {H_{2}+\frac {1}{2}O_{2} →H_{2}O} \ \)となり，水の電気分解と逆の化学反応となります。

(4)：正しい
ワンポイント解説「1.燃料電池発電の特徴」の通り，発電時の排熱を空調や給湯に活用でき，総合効率は高くなります。

(5)：正しい
ワンポイント解説「1.燃料電池発電の特徴」の通り，燃料電池は天然ガスやメタノールを改質して発生させた水素を燃料として利用できます。