発電所の熱効率を表す値として発電端効率と送電端効率があります。
それぞれ言葉が似ているので勘違いすることも多いですが、どちらを表しているのかによって数字が大きく変わってきます。今回は発電端効率と送電端効率の違いについて解説したいと思います。
発電端と送電端の違いとは
発電端と送電端の違いは次のようになります。
- 発電端：発電機直近のこと。
- 送電端：発電機から所内負荷を経て送電を行う箇所のこと。
言葉では分かりにくいので図に表すと次のようになります。
発電機によって発電された電力は発電所内の送電線によって運ばれますが、実際に外部に送電されるのは発電された電力から発電所内の負荷を引いた電力になります。
所内負荷の例として火力発電所の場合は、ボイラーに水を送るための給水ポンプ、燃焼空気を送るための通風機、復水器の冷却水を冷やすための冷却塔などがあります。
発電機の発電量と所内負荷の割合を示す値を所内率と呼び、数MWの小型発電所では10～20%程度、数十MW以上の大型発電所では数%程度になることが多いです。
発電端効率と送電端効率の違い
火力発電所全体のエネルギーの流れをイメージしながら発電端効率と送電端効率について考えてみます。
ボイラーに供給する燃料を100として、ボイラー、配管等で失うエネルギーを10、復水器で冷却水により奪われ、冷却塔で大気に捨てられるエネルギーを60と仮定すると発電機の電力は燃料100に対し30になります。この時、火力発電所の発電端効率は30%になります。
一方、発電所の所内負荷を3とすると、送電端効率は発電機の電力から所内負荷を引いた値になるので送電端効率は27%となります。それぞれを文字で表して公式として覚えると複雑に見えますが、単純に数値化をしてみるとイメージがわきやすいかと思います。
また、実際には燃料のエネルギーはJ（ジュール）、発電機の発電量はW（ワット）など、単位が混在するので変換を間違えないように注意しましょう。
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【熱力学】ワット(W)とジュール(J)の違いと変換方法｜1kWh＝3600kJ
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火力発電所の熱サイクルについてはこちらの記事で解説しています。
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【熱機関】ランキンサイクルとは？わかりやすく徹底解説します
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計算式（所内率を使った求め方）
実際の計算では、次の式を使います。燃料の発熱量はkJ、発電量はkWhで表されることが多いので、1kWh＝3,600kJで単位をそろえます。
所内率［%］＝ 所内電力量 ÷ 発電端電力量 × 100
送電端効率［%］＝ 発電端効率 ×（1 − 所内率）
上の例では、所内率は 3 ÷ 30 ＝ 10% なので、送電端効率は 30% ×（1 − 0.10）＝ 27% となり、さきほどの考え方と一致します。
なお、燃料の発熱量には高位発熱量と低位発熱量があり、どちらを使うかで効率の値が変わります。他の発電所やカタログの値と比べるときは、どちらの基準かを確認しましょう。
燃料から需要家までのエネルギーの流れ（上の例）
損失 70 を引く
所内負荷 3 を引く
送配電損失を引く
受電端とは（送電端との違い）
送電端から送り出された電力は、送電線や変電所を通って工場や家庭に届きます。この需要家側で電力を受け取る点を受電端と呼びます。送電端と受電端の間では、送電線の抵抗や変圧器などで電力の一部が失われます（送配電損失）。
例えば、発電端効率40.44%、所内率4.6%、送配電損失率6.3%などで計算すると、受電端の効率は約36.1%になります。これを1kWhあたりの一次エネルギーに直すと、3,600kJ ÷ 0.361 ≒ 9,972kJ/kWhです（中小機構 J-Net21 の解説による）。
出典：中小企業基盤整備機構 J-Net21「省エネQ&A」https://j-net21.smrj.go.jp/development/energyeff/Q1258.html
まとめ
- 発電端は発電機直近のこと。
- 送電端は発電機から所内負荷を経て送電を行う箇所のこと。
- 送電端電力は発電した電力から所内負荷を引いた電力。
- 送電端効率＝発電端効率×（1−所内率）。需要家側の受電端では、さらに送配電損失を引く。
発電端と送電端は言葉が似ていて勘違いしやすいので混同しないように注意しましょう。
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