2023.03.05 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 1.2 발전 분야
1.2 발전 분야
2023.03.04 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 1장 가스터빈 엔진의 응용(Chapter 1 Gas Turbine Engine Applications) 1장 가스터빈 엔진의 응용(Chapter 1 Gas Turbine Engine Applications) 1.0 서론 이 장에서는 가스터빈
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이와 관련된 엔진은 펌프나 압축기를 구동하는 데 사용됩니다. 가장 많은 예로, 통상적으로 연간 1GW의 신규 엔진을 요구하는 가스 및 석유 산업입니다. 엔진이 플랫폼에 위치하는 해양 부문이 있지만, 대부분의 엔진은 육상에 설치됩니다. 해당 산업은 또한 일부 지역의 기본 발전 및 비상 발전을 위해 필요합니다. 이와 관련된 요구 사항은 1.2절에 따르지만 1.3.2절에서 논의된 저중량과 부피의 중요성에 대해서 더욱 강조됩니다.
1.3.1 가스 및 송유관 시스템
그림 1.3은 천연가스 파이프라인 시스템의 구성을 보여줍니다. 여기서 가스는 유정에서 산업 및 가정용 소비자에게 송출됩니다. 파이프라인의 직경은 일반적으로 915mm(36인치) ~ 1420mm(56인치)이며 일반적으로 지하에 있습니다. 주목할 만한 예외 사례는 영구 동토층이 녹는 것을 방지하면서 올려야 하는 영구 동토층 지역입니다. 이러한 시스템은 약 200km마다 압축설비(Compression Station)를 포함하여 수천 킬로미터에 걸쳐 확장될 수 있습니다. 예를 들어 파이프라인은 캐나다 앨버타주에서 미국 동부 해안까지 이어집니다. 발전소는 파이프라인에서 추출한 천연가스를 태우고 원심 압축기를 구동합니다. 그림 1.3은 또한 천연가스의 일반적인 유량 대비 펌핑 동력 및 파이프라인 압축기 압력비를 보여줍니다. 비교를 위해 겨울철에는 4인 가족이 하루에 최대 10 표준 세제곱미터를 소비할 수 있습니다. 가스 터빈의 또 다른 용도는 고갈된 천연가스전으로 물을 펌핑하여 가스 추출을 증가시키는 것입니다. 이에 비해 송유관은 덜 복잡합니다. 오일은 정유정에서 정유 공장으로 송출되고 때때로 증류 연료가 대규모 산업 사용자에게 송출됩니다. 유정에서 오일을 추출하는 작업에는 가스를 아래로 펌핑하여 압력을 높이고 가스를 버블링하여 추출 파이프 위로 오일을 밀어 올리는 작업이 포함될 수 있습니다.
1.3.2 엔진 요구사항
필요한 주요 전원 블록은 약 6–10MW, 15MW 및 25–30MW입니다. 이와 같은 출력 수준은 일반적으로 아래에 설명된 요구 사항을 고려할 때 고속 디젤 엔진의 실질적인 크기를 초과하므로 가스 터빈이 거의 독점적으로 활용됩니다. 중요도에 따라 관련된 요구 사항은 다음과 같습니다.
(1) 저중량, 엔진을 먼 거리의 위치로 운반해야 하는 경우가 많기 때문에 상당히 기초 공사가 어렵고 비용이 많이 들 수 있음
(2) 활용도가 약 100%에 이를 정도로 높기 때문에 기본 부하 열효율이 우수함
(3) 가스 압축기의 부하 변화에 대응하기 위한 합리적인 부분 전력 토크를 가짐. 그러나 빠른 시작 소요 시간이 필수적인 것은 아니며 유휴 상태(idle)에서 최대 전력까지 2분의 부하율이 일반적임
해양 유정 헤드의 경우, 엔진이 플랫폼에 위치해야 하므로 경량의 중요성이 더욱 커지게 되고 작은 부피도 필수적이게 됩니다. 가스나 기름은 땅에서 나올 때 높은 압력을 가질 수 있지만, 그것을 육지로 되돌리기 위해서는 항상 추가 가압이 필요합니다. 엔진은 앞서 설명된 바와 같이 기계적으로 또는 때때로 전기 모터를 통해 압축 구성품을 구동할 수 있다. 후자의 경우 CHP 배열은 드릴용 전기 및 천연가스 처리 또는 공간 난방과 같은 곳에 활용하기 위한 열과 같이 다른 요구되는 곳에 필요한 전력을 공급합니다. 중간 및 고출력 브라켓의 경우, 단순 사이클 자유 동력 터빈 항공 파생물 엔진이 위의 기준을 가장 잘 충족하며 거의 독점적으로 사용됩니다. 20:1~25:1의 압력비와 1450~1550K의 SOT 수준이 일반적이며 열효율 수준은 30대 중간에서 상위 수준입니다. 엔진에는 Rolls-Royce RB211 및 GE LM2500이 포함되며 발전 응용 분야에도 사용됩니다. 저출력 브라켓의 경우 Solar Mars와 같은 맞춤형 설계 산업용 엔진과 Allison 501과 같은 항공 파생 제품 모두 낮은 압력비와 SOT 수준으로 사용되어 낮은 30대의 열효율을 제공합니다.
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