복합 사이클 발전소

열역학
고전적인 카르노 히트 엔진
나뭇가지 고전적인 통계 화학의 양자 열역학 평형/비평형
법률 제로스 첫번째 둘째 셋째
시스템들 폐쇄형 시스템 오픈 시스템 격리 시스템 주 상태 방정식 이상 기체 실가스 상황 위상(매터) 평형 볼륨 제어 인스트루먼트 과정 이소바릭 아이소코리 등온 단열성 등엔트로픽 이센탈픽 준정전성 폴리트로픽 자유 확장 가역성 불가역성 내복원성 사이클 히트 엔진 히트 펌프 열효율
시스템 속성 주의: 이탤릭체로 표시된 켤레 변수 속성도 집약적이고 광범위한 속성 프로세스 기능 일하다. 열 국가 기능 온도/엔트로피(개요) 압력/볼륨 화학 퍼텐셜/입자수 증기 품질 속성 감소
재료 특성 속성 데이터베이스 비열 용량 ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ $\displaystyle \partial S\$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle\partial T}$ 압축성 $\displaystyle \displays =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ $(\displaystyle\displayp)$ 열팽창 $\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle\partial T}$
방정식 카르노의 정리 클라우시우스 정리 기본 관계 이상기체의 법칙 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리지만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 깁스 자유 에너지 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스 법칙 "영구 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너제틱스 이론들 열량론 Vis viva ('생체력') 열의 기계적 등가 동력 주요 출판물 실험적인 질문 ~에 대해서열 균형에 대하여 이종 물질 의 리플렉션 불의 원동력 타임라인 열역학 히트 엔진 예체능 교육 맥스웰의 열역학 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자 베르누이 볼츠만 브리지만 카라테오도리 카르노 클라피론 클라우시우스 돈더 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 루이스 마시외 맥스웰 폰 메이어 네른스트 온사게 플랑크 랭킨 스미톤 스틸 태트 톰슨 톰슨 판 데르 발스 워터스톤
다른. 핵생성 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
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복합 사이클 발전소는 동일한 열원에서 보조로 작동하여 기계적 에너지로 변환하는 열 엔진의 집합체입니다.육지에서 전기를 만들기 위해 사용되는 가장 일반적인 유형은 복합 사이클 가스터빈(CCGT) 플랜트라고 불립니다.같은 원리가 해양 추진에도 사용되며, 이 원리는 COGAS 플랜트라고 불린다.두 개 이상의 열역학 사이클을 결합하면 전체적인 효율이 향상되어 연료비가 절감됩니다.

원리는 첫 번째 엔진에서 사이클을 완료한 후에도 작동 유체(배기)가 여전히 충분히 뜨거워서 후속 두 번째 열 엔진이 배기 내 열에서 에너지를 추출할 수 있다는 것입니다.일반적으로 열은 열 교환기를 통과하므로 두 엔진이 서로 다른 작동 유체를 사용할 수 있습니다.

여러 작업 흐름에서 전력을 생성함으로써 시스템의 전체 효율성을 50~60% 높일 수 있습니다.즉, 전체 효율이 34%(단순 주기)에서 최대 64%(전체 주기)^[1]까지 향상됩니다.이는 카르노 사이클의 이론 효율의 84% 이상입니다.열 엔진은 연료에서 나오는 에너지의 일부만 사용할 수 있으므로, 비결합 사이클 열 엔진에서는 연소로 인한 남은 열(예: 뜨거운 배기 가스)이 낭비됩니다.

이력 사이클

역사적으로 성공적인 복합 사이클은 저온 "바닥화" 사이클을 위한 증기 플랜트와 함께 수은 증기 터빈, 자기유체역학 발전기 및 용융 탄산염 연료 전지를 사용했다.매우 낮은 온도의 바닥화 사이클은 큰 질량 흐름과 작은 온도 차이를 처리하기 위해 매우 큰 크기의 기기가 필요하기 때문에 비용이 너무 많이 듭니다.그러나 추운 기후에서는 온수 및 공간 난방을 위해 열전원 물을 판매하는 것이 일반적입니다.진공 단열 배관은 이 유틸리티가 90km까지 도달할 수 있도록 합니다.이 접근방식은 "열과 전력의 조합"(CHP)이라고 불립니다.

고정 및 해양 발전소에서 널리 사용되는 복합 사이클은 (브레이튼 사이클에 의해 작동되는) 큰 가스 터빈을 가지고 있습니다.터빈의 뜨거운 배기가스는 증기 발전소에 전력을 공급합니다(랭킨 사이클로 작동).이것은 복합 사이클 가스터빈(CCGT) 공장입니다.베이스 로드 동작으로 약 64%의 클래스 최고의 실제 열효율(아래 참조)을 달성합니다.반면, 단일 사이클 증기 발전소는 효율이 35~42%로 제한됩니다.많은 새로운 발전소는 CCGT를 사용한다. 고정식 CCGT는 석탄에서 천연가스나 합성가스를 태운다.배는 연료유를 태운다.

다단 터빈 또는 증기 사이클도 사용할 수 있지만 CCGT 발전소는 발전 및 해양 전력 모두에 이점이 있습니다.가스터빈 사이클은 종종 매우 빠르게 시작될 수 있으며, 이는 즉각적인 동력을 제공합니다.이것은 배를 기동할 수 있도록 별도의 비싼 peaker소의 필요성을 막을 수 있다.시간이 흐르면서 제2증기 사이클며, 더 이상 전원을 공급하는 연료 효율 개선을 녹일 거예요.

2013년 11월, 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소 ISE는 독일 전기 부문에서 새로 건설된 발전소의 에너지 비용 평준화를 평가했다.그들은 천연가스로 ^[2]구동되는 CCGT 발전소에 78-100 €/MWh의 비용을 제공했다.또한 복합 사이클 전력의 자본 비용은 약 1,000달러/kW로 비교적 낮기 때문에 설치 ^[3]비용이 가장 저렴한 발전 유형 중 하나입니다.

기본 복합 사이클

기본 복합 사이클의 열역학 사이클은 두 개의 발전소 사이클로 구성됩니다.하나는 가스터빈 사이클인 줄 또는 브레이튼 사이클이고 다른 하나는 증기 터빈 ^[4]사이클인 랭킨 사이클입니다.가스터빈 발전소 사이클인 사이클 1-2-3-4-1이 토핑 사이클이다.고온 영역에서 발생하는 열과 작업 전달 과정을 묘사합니다.

랭킨 증기 사이클인 a-b-c-d-e-f-a 사이클은 낮은 온도에서 발생하며 바닥화 사이클로 알려져 있습니다.고온 배기가스에서 물 및 증기로의 열 에너지 전달은 바닥화 사이클에서 폐열 회수 보일러에서 이루어집니다.정압 프로세스 4-1 동안 가스터빈의 배기가스는 열을 방출합니다.a-b, b-c 및 c-d 공정에서 공급수, 습기 및 초가열 증기가 이 열의 일부를 흡수합니다.

증기 발생기

증기 발전소는 가스터빈 ^[4]발전소의 고온 배기가스로부터 입력 열을 취합니다.이렇게 생성된 증기는 증기 터빈을 구동하는 데 사용될 수 있습니다.폐열 회수 보일러(WHRB)는 3개의 섹션으로 구성되어 있습니다.이코노마이저, 증발기 및 과열기.

청 사이클

Cheng 사이클은 증기 터빈이 연소 터빈에 직접 증기를 주입하여 제거되는 단순한 형태의 복합 사이클입니다.이 방법은 1970년대 중반부터 사용되었으며, 총 복잡도는 낮지만, 진정한 복합 사이클 시스템의 추가 전력과 중복성이 상실될 경우 폐열을 회수할 수 있습니다.추가 증기 터빈이나 발전기가 없기 때문에 예비 전력이나 보조 전력으로 사용할 수 없습니다.그것은 미국인 교수 D의 이름을 따서 지어졌다.1976년에 ^[5]그 디자인에 특허를 낸 Y. Cheng.

설계 원리

유용한 작업으로 전환할 수 있는 입력 열 에너지의 비율인 열 엔진의 효율은 엔진에 유입되는 열과 엔진에서 배출되는 배기의 온도 차이에 의해 제한됩니다.

화력발전소에서는 물이 작동매체입니다.고압 증기에는 강하고 부피가 큰 부품이 필요합니다.고온에는 저렴한 강철 대신 니켈이나 코발트로 만든 값비싼 합금이 필요합니다.이러한 합금은 실제 증기 온도를 655°C로 제한하는 반면 증기 플랜트의 낮은 온도는 냉각수 온도에 따라 고정됩니다.이러한 한계로 인해 증기 플랜트의 상한 효율은 35~42%로 고정됩니다.

개방회로 가스터빈 사이클은 압축기, 연소기 및 터빈을 가진다.가스터빈의 경우 높은 온도와 압력을 견뎌야 하는 금속의 양은 적으며, 더 적은 양의 고가의 재료를 사용할 수 있습니다.이런 유형의 사이클에서는 터빈에 대한 입력 온도(소성 온도)가 상대적으로 높습니다(900~1,400°C).연도 가스의 출력 온도도 높습니다(450~650°C).따라서 이는 증기를 작동 유체로 사용하는 두 번째 사이클(랭킨 사이클)에 열을 제공할 수 있을 정도로 높습니다.

복합 사이클 발전소에서 가스터빈의 배기열은 활성 증기 온도가 420 ~ 580 °C인 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 통해 증기를 발생시키는 데 사용됩니다.랭킨 사이클의 응축기는 보통 호수, 강, 바다 또는 냉각 타워에서 나오는 물로 냉각됩니다.이 온도는 15°C까지 낮아질 수 있습니다.

표준 사이즈

플랜트 크기는 플랜트 비용에서 중요합니다.발전소의 규모가 클수록 규모의 경제(킬로와트당 초기 비용 절감)와 효율성 향상의 이점이 있습니다.

대규모 발전의 경우, 일반적인 세트는 130 MW의 2차 증기 터빈에 결합된 270 MW의 1차 가스 터빈이며, 총 출력은 400 MW이다. 일반적인 발전소는 1 - 6개의 그러한 세트로 구성될 수 있다.

대규모 발전용 가스 터빈은 제너럴 일렉트릭, 지멘스, 미쓰비시 히타치, 안살도 에네르기아 등 4개 이상의 그룹에서 제조되고 있습니다.이러한 그룹은 또한 300 MW(60 Hz 애플리케이션의 경우) 및 400 MW(50 Hz 애플리케이션의 경우) 이상의 가스터빈 크기를 개발, 테스트 및/또는 마케팅하고 있다.복합사이클 유닛은 하나 이상의 그러한 가스터빈으로 구성되며, 각각은 1개 또는 복수의 증기터빈에 증기를 공급하도록 배치되어 복합사이클 블록 또는 유닛을 형성한다.3대 메이커(Alstom, General Electric, Siemens)가 제공하는 사이클 블록의 사이즈는 50 MW에서 1300 MW를 훨씬 웃돌며 비용은 670/^[6]kW에 육박합니다.

불포장 보일러

열 회수 보일러는 위의 COGAS 그림에서 5번 항목입니다.뜨거운 가스터빈 배기가스는 슈퍼히터로 유입된 후 증발기를 통과하고 마지막으로 보일러에서 흘러나올 때 이코노마이저 섹션을 통과합니다.급수는 이코노마이저를 통해 유입된 후 물 또는 증기회로의 포화온도에 도달한 후 배출된다.마지막으로 증발기와 슈퍼히터를 통해 흐릅니다.열회수 보일러에 유입되는 가스의 온도가 높을 경우, 유출되는 가스의 온도도 ^[4]높아집니다.

이중 압력 보일러

고온 사이클에서 나오는 가스의 최대 열을 제거하기 위해 이중 압력 보일러를 ^[4]사용하는 경우가 많습니다.물/증기 드럼통이 2개 있습니다.저압 드럼은 저압 이코노마이저 또는 증발기에 연결됩니다.저압 증기는 터빈 배기 가스의 저온 영역에서 생성됩니다.저압 증기는 저온 터빈에 공급됩니다.저압회로에는 슈퍼히터를 설치할 수 있다.

저압 영역에서 공급되는 물의 일부는 부스터 펌프에 의해 고압 이코노마이저로 전달됩니다.이 이코노마이저는 물을 포화 온도까지 가열합니다.이 포화수는 보일러의 고온 영역을 통과하여 고압 터빈에 공급됩니다.

보충 발화

HRSG는 가스터빈 이후에 보조 연료를 연소하도록 설계될 수 있습니다.보조 버너는 덕트 버너라고도 합니다.덕트 연소는 터빈 배기 가스(배기 가스)에 산소가 일부 포함되어 있기 때문에 가능합니다.가스터빈 입구에서의 온도 제한으로 인해 터빈은 연료를 연소하기 위해 최적의 화학량비율보다 높은 과도한 공기를 사용해야 합니다.가스터빈 설계에서는 터빈 블레이드를 냉각하기 위해 압축 공기 흐름의 일부가 버너를 우회하는 경우가 많습니다.터빈 배기가스는 이미 뜨거우므로 기존 증기 플랜트처럼 재생 공기 예열기가 필요하지 않습니다.단, 덕트에 직접 송풍하는 외기 팬에 의해 가스터빈을 가동할 수 없는 경우에도 덕트 연소식 증기 플랜트를 가동할 수 있다.

보조소화가 없으면 복합사이클 발전소의 열효율이 높아집니다.그러나 보다 유연한 플랜트 운영은 선박이 설비 고장으로 운항할 수 있게 함으로써 해상 CCGT를 더 안전하게 만든다.유연한 고정식물은 더 많은 돈을 벌 수 있다.덕트 연소는 연도 온도를 상승시켜 증기의 양이나 온도를 증가시킵니다(예: 84bar, 525°C).이를 통해 증기 사이클의 효율이 향상됩니다.덕트 버너는 부분 부하에서 매우 뛰어난 효율성을 가질 수 있기 때문에 추가 소화를 통해 발전소는 전기 부하의 변동에 대응할 수 있습니다.다른 장치의 고장을 보상하기 위해 더 많은 증기 생산을 가능하게 할 수 있습니다.또, 석탄은 경제적인 보충 연료로서 증기 발생기내에서 연소할 수 있다.

보조 연소 시 배기 온도가 600°C(GT 배기)에서 800°C 또는 1000°C로 상승할 수 있습니다.보조 발사는 대부분의 결합 사이클의 효율을 높이지 않습니다.단일 보일러의 경우 700–750 °C로 연소될 경우 효율을 높일 수 있지만, 다중 보일러의 경우 발전소의 유연성이 주요 매력입니다.

"최대 보조 연소"는 최대 연료가 가스터빈 배기가스에서 사용 가능한 산소로 연소되는 조건이다.

복합 사이클 발전소의 연료

복합 사이클 플랜트는 보통 천연 가스로 구동되지만 연료 오일, 합성 가스 또는 기타 연료를 사용할 수 있습니다.보조 연료는 천연 가스, 연료 오일 또는 석탄일 수 있습니다.바이오 연료도 사용할 수 있다.통합 태양광 복합 사이클 발전소는 태양 복사로부터 얻은 에너지를 다른 연료와 결합하여 연료 비용과 환경 영향을 절감한다(ISCC 섹션 참조).많은 차세대 원자력 발전소는 브레이튼 탑 사이클의 높은 온도 범위와 랭킨 보텀링 사이클에 의해 제공되는 열 효율의 증가를 사용할 수 있다.

가스 파이프라인의 확장이 비현실적이거나 경제적으로 정당화될 수 없는 경우, 원격지의 전력 수요는 재생 가능 연료를 사용하는 소규모 복합 사이클 발전소로 충족될 수 있다.천연가스 대신 농경 폐기물과 임업 폐기물을 가스화하고 태우는데, 이는 종종 시골 지역에서 쉽게 구할 수 있습니다.

터빈 내 저급 연료 관리

가스 터빈은 주로 천연 가스와 경유를 태운다.원유, 잔류물 및 일부 증류액에는 부식성 성분이 포함되어 있으므로 연료 처리 장비가 필요합니다.또한 이러한 연료에서 발생하는 재 침전물은 최대 15%의 가스터빈 저하를 초래합니다.그러나 그것들은 특히 복합 사이클 발전소에서 여전히 경제적으로 매력적인 연료일 수 있다.

나트륨과 칼륨은 물세척법에 의해 잔류, 조류 및 중류에서 제거된다.보다 간단하고 저렴한 정제 시스템은 경질 원유와 경질 증류액에 대해서도 같은 역할을 할 것이다.바나듐이 존재하는 경우 부식 효과를 줄이기 위해 마그네슘 첨가 시스템이 필요할 수도 있습니다.이러한 처리를 필요로 하는 연료는 별도의 연료 처리 시설과 정확한 연료 모니터링 시스템을 갖춰 가스터빈의 안정적이고 낮은 유지관리 작동을 보장해야 한다.

배열

복합 사이클 시스템은 단일축 또는 다중축 구성을 가질 수 있습니다.또한 증기 시스템에는 몇 가지 구성이 있습니다.

가장 연료 효율적인 발전 사이클은 모듈식 사전 엔지니어링 구성 요소를 갖춘 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 사용합니다.이러한 비흡수 증기 사이클은 초기 비용에서도 가장 낮으며, 종종 하나의 유닛으로 설치되는 단일 샤프트 시스템의 일부입니다.

보조 연소식 및 멀티샤프트 복합 사이클 시스템은 일반적으로 특정 연료, 용도 또는 상황에 대해 선택된다.예를 들어, 열병합발전 복합 사이클 시스템은 때때로 더 많은 열이나 더 높은 온도가 필요하며, 전기가 더 낮은 우선 순위이다.보조 소성 기능이 있는 멀티샤프트 시스템은 전력에 더 많은 온도 또는 열을 제공할 수 있습니다.갈색 석탄이나 이탄과 같은 저품질 연료를 연소하는 시스템은 기존 가스터빈에서 필요로 하는 보다 고가의 연료 처리 및 가스화를 피하기 위해 상대적으로 고가의 폐쇄 사이클 헬륨 터빈을 토핑 사이클로 사용할 수 있습니다.

일반적인 단일축 시스템에는 1개의 가스터빈, 1개의 증기 터빈, 1개의 발전기 및 1개의 열 회수 증기 발생기(HRSG)가 있습니다.가스터빈과 증기 터빈은 모두 단일 샤프트 상의 단일 전기 발전기와 함께 연결됩니다.이 어레인지먼트는, 조작이 간단하고, 기동 코스트가 낮아집니다.

단일축 배열은 다중축 시스템보다 유연성과 신뢰성이 떨어질 수 있습니다.운용상의 유연성을 높이는 방법은 다음과 같습니다.대부분의 경우 운영자는 가스터빈을 피킹 플랜트로 작동하기를 원합니다.이러한 발전소에서 증기 터빈의 샤프트는 시동 또는 가스터빈의 간단한 사이클 작동을 위해 싱크로 셀프 시프트(^[7]SSS) 클러치로 분리할 수 있습니다.일반적인 옵션으로는 증기 터빈의 더 많은 열 또는 독립형 작동을 통해 신뢰성을 높일 수 있습니다.덕트 연소, 덕트 내 외부 송풍기와 샤프트의 가스터빈 측 클러치 사용

멀티축 시스템은 보통 최대 3개의 가스 터빈에 대해 하나의 증기 시스템만 있습니다.대형 증기 터빈과 히트 싱크를 1개만 갖추면 규모의 경제성을 얻을 수 있고 운영 및 유지 보수 비용을 절감할 수 있습니다.더 큰 증기 터빈은 더 효율적인 증기 사이클을 위해 더 높은 압력을 사용할 수도 있습니다.그러나 멀티축 시스템은 초기 비용이 약 5% 더 높습니다.

전체 발전소 규모와 필요한 가스 터빈의 관련 개수에 따라 어떤 유형의 발전소가 더 경제적인지 결정할 수 있다.단일 축 복합 사이클 발전소의 집합은 더 많은 장비가 있기 때문에 작동 및 유지 보수 비용이 더 많이 들 수 있습니다.그러나 필요에 따라 플랜트 용량을 추가할 수 있도록 함으로써 이자 비용을 절감할 수 있다.

다중 압력 재가열 증기 사이클은 배기 가스 온도가 600 °C에 가까운 가스 터빈이 있는 복합 사이클 시스템에 적용된다.단압 및 다압 비히트 증기 사이클은 배기 가스 온도가 540 °C 이하인 가스 터빈이 있는 복합 사이클 시스템에 적용된다.특정 용도에 대한 증기 사이클의 선택은 발전소의 설치 비용, 연료 비용과 품질, 듀티 사이클 및 관심 비용, 비즈니스 리스크, 운영 및 유지보수 비용을 고려하는 경제적 평가에 의해 결정된다.

효율성.

가스 사이클과 증기 사이클을 조합하는 것으로, 높은 입력 온도와 낮은 출력 온도를 실현할 수 있다.사이클의 효율성은 동일한 연료원으로 구동되기 때문에 추가됩니다.따라서 복합 사이클 플랜트는 가스 터빈의 높은 연소 온도와 증기 사이클의 응축기에서 나오는 폐열 온도 사이에서 작동하는 열역학 사이클을 가지고 있습니다.이 넓은 범위는 사이클의 카르노 효율이 높다는 것을 의미합니다.실제 효율은 Carnot 효율보다 낮지만,^[8][9] 어느 플랜트 자체보다 여전히 높습니다.

복합 사이클 발전소의 전기 효율은 소비되는 연료의 낮은 가열 값에 대한 비율로 산출되는 전기 에너지로 계산될 경우, 이상적인 조건인 새로운, 즉 노후되지 않은 연속 출력으로 작동할 때 60% 이상이 될 수 있다.단일 사이클 열 유닛과 마찬가지로 복합 사이클 유닛은 산업 프로세스, 지역 난방 및 기타 용도로 저온 열에너지를 제공할 수 있습니다.이를 열병합발전소라고 하며 이러한 발전소는 종종 복합 열전원(CHP) 발전소라고 한다.

일반적으로 서비스 사이클 효율은 낮은 난방값과 총 출력 기준으로 50% 이상입니다.대부분의 복합 사이클 유닛, 특히 대형 유닛은 LHV 기준으로 55 ~ 59%의 피크 정상 상태 효율을 가집니다.

연료 가열 값

열 엔진 효율은 응축 보일러에서 회수되는 기화 잠열을 포함한 연료 고열값(HHV) 또는 이를 제외한 저열값(LHV)에 기초할 수 있습니다.메탄의 HHV는 55.50 MJ/kg(129,100 BTU/lb)인데 비해 LHV는 50.00 MJ/kg(116,300 BTU/lb)로 11% 증가했습니다.

효율 향상

터빈의 효율은 연소가 더 뜨거워질 때 증가하므로 작동 유체가 더 많이 팽창합니다.따라서 효율은 터빈 블레이드의 첫 번째 단계가 높은 온도에서 살아남을 수 있는지 여부에 따라 제한됩니다.냉각 및 재료 연구가 계속되고 있습니다.항공기에서 채택된 일반적인 기술은 고온 터빈 블레이드를 냉각수로 가압하는 것입니다.또한 터빈 블레이드의 공기역학적 효율을 개선하기 위한 독자적인 방식으로 블리딩됩니다.벤더마다 다른 냉각제를 사용해 실험하고 있습니다.공기는 일반적이지만 증기는 점점 더 많이 사용된다.일부 벤더는 이제 군용 항공기 엔진에서 이미 일반적인 기술인 단결정 터빈 블레이드를 핫 섹션에 사용할 수 있습니다.

CCGT 및 GT의 효율은 연소 공기를 사전 냉각하여 높일 수도 있습니다.이는 터빈의 밀도를 증가시키고 터빈의 팽창 비율을 증가시킵니다.이는 더운 기후에서 실행되며 출력도 증가시키는 효과가 있습니다.이는 터빈 흡입구에 배치된 습기 매트릭스를 사용하거나 얼음 저장 에어컨을 사용하여 물의 증발 냉각을 통해 이루어집니다.후자는 사용 가능한 온도가 낮기 때문에 더 큰 개선이 가능하다는 장점이 있습니다.또한 저전력 수요 기간 및 미래에는 재생 에너지와 같은 기타 자원의 예상되는 고가용성이 일정 기간 동안 만들어질 수 있기 때문에 얼음 저장은 부하 제어 또는 부하 이동 수단으로 사용될 수 있다.

연소 기술은 독점적이지만 매우 활발한 연구 분야입니다. 연료, 가스화 및 기화 등이 모두 연료 효율에 영향을 미치기 때문입니다.일반적인 초점은 공기역학적 컴퓨터 시뮬레이션과 화학 컴퓨터 시뮬레이션을 결합하여 연료가 완전히 연소되도록 보장하면서도 뜨거운 배기 가스의 오염과 희석을 모두 최소화하는 연소기 설계를 찾는 것입니다.일부 연소기는 질산염과 오존의 형성을 줄임으로써 오염을 줄이기 위해 공기나 증기와 같은 다른 물질을 주입한다.

또 다른 연구 분야는 랭킨 사이클의 증기 발생기입니다.일반적인 발전소에서는 이미 2단 증기 터빈을 사용하여 두 단계 사이의 증기를 재가열합니다.열교환기의 열전도율을 개선할 수 있으면 효율이 향상됩니다.원자로에서와 마찬가지로 튜브는 (예를 들어 더 강하거나 내식성이 높은 강철로부터) 더 얇아질 수 있다.또 다른 접근법은 ^[10]부식되지 않는 탄화규소 샌드위치를 사용할 수 있다.

수정된 랭킨 사이클의 개발도 있다.유망한 두 분야는 암모니아/물 ^[11]혼합물과 초임계 ^[12]이산화탄소를 이용하는 터빈입니다.

또한 최신 CCGT 공장에는 연료, 장비, 온도, 습도 및 압력의 모든 선택에 정밀하게 조정된 소프트웨어가 필요합니다.공장이 개선되면 소프트웨어가 움직이는 대상이 됩니다.CCGT 소프트웨어는 새로운 CCGT 공장의 수백만 달러 시제품에 실제 시간이 제한되기 때문에 테스트하는 데에도 비용이 많이 듭니다.테스트는 보통 비정상적인 연료와 조건을 시뮬레이션하지만 실제 장비에서 측정된 선택된 데이터 포인트로 시뮬레이션을 검증합니다.

경쟁.

효율성을 높이기 위한 경쟁이 치열합니다.1,370°C(2,500°F) 터빈 흡기 온도를 목표로 한 연구에 따르면 결합된 ^{[citation needed]}사이클이 훨씬 더 효율적이었습니다.

Baglan Bay 발전소에서는 GE H-테크놀로지 가스터빈과 NEM 3 압력 재열 보일러를 사용하여 열 회수 증기 발생기(HRSG)의 증기를 ^{[citation needed]}사용하여 터빈 블레이드를 냉각하는 LHV 효율(54%)이 거의 60%에 도달했습니다.

2011년 5월, Siemens AG는 Irsching ^[13]발전소에서 578 메가와트 SGT5-8000H 가스터빈으로 60.75%의 효율을 달성했다고 발표했습니다.

중부전기의 나고야 니시구 발전소의 405MW 7HA는, 합계 사이클 ^[14]효율이 62%가 될 전망입니다.

2016년 4월 28일 프랑스 부체인에서 Electricité de France가 운영하는 발전소는 62.22%로 기네스 세계기록에 의해 세계 최고 효율 복합발전소 인증을 받았습니다.General Electric 9HA를 사용하며, General Electric 9HA는 단순 사이클 효율 41.5%, 복합 사이클 모드에서는 61.4%이며, 가스터빈 출력 397 MW~470 MW, 복합 출력 592 MW~701 MW이며, 연소 온도는 2,600~2,900 °F(1,430~1,5908 °C)이다.

2016년 12월, Mitsubishi는 ^[16]J 시리즈 터빈의 일부 구성원에 대해 LHV 효율이 63% 이상이라고 주장했습니다.

2017년 12월, GE는 최신 826 MW HA 플랜트에서 64%를 차지했는데, 이는 63.7%에서 증가한 수치입니다.그들은 적층 제조와 연소의 발전 때문이라고 말했다.보도자료에 따르면 2020년대 ^[1]초까지 65%를 달성할 계획이다.

천연가스 통합발전 및 신가스(수소) 발생주기

천연가스 통합 동력 및 신가스(수소) 생성 사이클은 연소 생성물₂ CO와 HO₂(증기)가 혼합된 사이클의 작동 유체가 존재하는 상태에서 연료가 순수한 산소로 연소되는 반밀폐(폐쇄라고도 함) 가스 터빈 사이클을 사용합니다.

통합 사이클은 연소 전에 메탄(주요 천연가스 성분)을 작동유체와 혼합하고, 가장 간단한 경우 가스터빈 출구를 남겨둔 열간 작동유체의 감각적인 열을 사용하여 촉매 단열(간접 열 공급 없음) 원자로에서 singas(H와 CO의 혼합₂)로 변환하는 것을 의미한다.생성된 신가스의 가장 큰 부분(약 75%)은 가스 터빈 사이클의 연소실로 유도되어 전력을 발생시키지만, 신가스의 다른 부분(약 25%)은 수소, 일산화탄소 또는 이들의 혼합물로 인해 발전 사이클에서 빠져나와 화학 물질, 비료, 합성 연료 ^[20][21][22]등을 생산한다.이러한 수정으로 인한 열역학적 편익은 엑서지 분석에 의해 입증된다.작동 유체에서 신가스를 분리하여 사이클에서 추출할 수 있는 수많은 기술적 옵션이 있습니다(예: 증기 응축 및 액체 제거, 막 및 압력 스윙 흡착 분리, 아민 가스 처리 및 글리콜 탈수).

NO의_x 부재와 연도 가스의 비희석(N₂) CO₂ 방출에 관한 반밀폐 가스 터빈 사이클의 모든 환경적 이점은 동일하게 유지됩니다.통합의 효과는 다음과 같이 명확히 설명하면 알 수 있습니다.증기-메탄 개질(메탄 일부를 연소시켜 흡열 개질)을 통해 통합 사이클에서 신가스 생산 효율과 동일한 값을 할당하면 순 발전 효율(공기를 분리하는 데 필요한 소비 전력을 고려함)이 수준에 도달할 수 있다.약 1300°C의 사이클에서 최대 온도(가스터빈 입구)에서 60%보다 높습니다.

단열 촉매 반응로와의 천연가스 통합 사이클은 러시아 모스크바 국립 로모노소프 대학 화학부에서 처음 제안되었다.1993년 ^[21]M. Safonov, M. Granovskii 및 S. Pozharskii에 의한 M. Safonov(후기) 그룹.

통합 가스화 복합 사이클(IGCC)

통합 가스화 복합 사이클(IGCC)은 합성 가스(syngas)를 사용하는 발전소입니다.신가스는 석탄과 바이오매스를 포함한 많은 자원으로부터 생산될 수 있다.이 시스템은 가스터빈에서 남은 열로 작동하는 증기 터빈인 가스터빈과 증기 터빈을 사용합니다.이 공정은 발전 효율을 약 50%까지 높일 수 있다.

통합 태양 복합 사이클(ISCC)

ISCC(Integrated Solar Combined Cycle)는 복합 사이클 플랜트 내에 태양 열장이 통합된 하이브리드 기술입니다.ISCC 발전소에서는 태양에너지가 보조 열 공급원으로 사용되어 증기 사이클을 지원하므로 발전능력이 증가하거나 화석연료 사용이 ^[23]감소한다.

열역학적 이점은 매일 증기 터빈 시동 손실이 ^[24]제거된다는 것입니다.

복합순환발전소의 부하출력을 제한하는 주요 요인은 발전소 및 주배관계통의 균형을 위해 필요한 증기화학조건과 예열시간을 설정하기 위한 증기터빈의 허용압력 및 온도과잉시간이다.이러한 제한은 대기 시간을 요구함으로써 가스터빈의 빠른 시동 능력에도 영향을 미칩니다.그리고 대기 가스 터빈은 가스를 소비합니다.태양광 부품은 발전소가 햇빛이 비친 후 또는 열 저장소가 있는 경우 필요한 조건까지 증기를 예열할 수 있도록 한다.즉, 가동 조건을 ^[25]충족하기 전에 발전소의 가동 시간을 단축하고 가스 소비량을 줄일 수 있습니다.경제적 이점은 태양 부품 비용이 동일한 수집기 표면의 ^[26]태양 에너지 발전 시스템 공장의 25~75%라는 것입니다.

2010년 이탈리아의 아르키메데 복합 사이클 발전소가 첫 ^[27]선을 보인 데 이어 플로리다의 마틴 차세대 태양광 센터, 2011년 이집트의 쿠라이맛 ISCC 발전소, 이란의 ^[28][29]야즈드 발전소, 모로코의 베니 라멜 발전소 등이 첫 선을 보였다.호주 CS에너지의 Kogan Creek와 Macquarie Generation의 Liddell 발전소는 솔라 프레넬 부스트 섹션(44 MW 및 9 MW)을 건설하기 시작했지만, 프로젝트는 결코 활성화되지 않았습니다.

보텀링 사이클

대부분의 성공적인 복합 사이클에서 동력의 바닥화 사이클은 기존의 증기 랭킨 사이클입니다.

추운 기후(예: 핀란드)에서는 이미 증기 발전소의 응축기 열로부터 지역 난방 시스템을 구동하는 것이 일반적입니다.이러한 열병합발전 시스템은 이론적으로 95% 이상의 효율을 낼 수 있습니다.

증기 콘덴서의 열 배기가스에서 전기를 생성하는 바닥화 사이클은 이론적으로 가능하지만, 기존 터빈은 경제적으로 큰 규모입니다.응축 증기와 외부 공기 또는 물의 온도 차이가 작기 때문에 터빈을 구동하기 위해서는 매우 큰 질량 이동이 필요합니다.

실천으로 환원되지는 않지만, 공기 소용돌이는 바닥화 사이클 동안 질량 흐름을 집중시킬 수 있습니다.볼텍스 엔진에 대한 이론적 연구는 대규모 증기 랭킨 사이클 발전소의 경제적 바닥 사이클이라는 것을 보여준다.

「 」를 참조해 주세요.

• Allam 전원 사이클
• 청 사이클
• 가스와 증기의 결합
• 전원별 전기요금
• 열회수증기발생기
• 수소 냉각 터보 발전기
• 통합 가스화 복합 사이클

레퍼런스

추가 정보

• 증기 및 가스 터빈 및 발전소 엔지니어링 ISBN C039000000001, R Yadav., Sanjay, Rajay, 중앙출판사, 알라하바드
• 응용 열역학 ISBN 9788185444031, R Yadav., Sanjay., Rajay, 중앙출판사, 알라하바드.
• Sanjay; Singh, Onkar; Prasad, B. N. (2003). "Thermodynamic Evaluation of Advanced Combined Cycle Using Latest Gas Turbine". Volume 3: Turbo Expo 2003. pp. 95–101. doi:10.1115/GT2003-38096. ISBN 0-7918-3686-X.
• Sanjay, Y; Singh, Onkar; Prasad, BN (December 2007). "Energy and exergy analysis of steam cooled reheat gas-steam combined cycle". Applied Thermal Engineering. 27 (17–18): 2779–2790. doi:10.1016/j.applthermaleng.2007.03.011.

외부 링크