가스터빈 사이클

가스터빈 사이클의 정의

가스터빈 사이클은 공기를 압축하고 가열해 팽창시켜 동력을 얻는 열기관 사이클이다.

이 사이클은 압축, 가열, 팽창, 방열의 네 과정으로 이루어진다.

이 이상 사이클이 바로 브레이튼 사이클이다.

구성 요소

가스터빈의 핵심은 압축기, 연소기, 터빈 세 요소다.

공기가 압축기에서 압축되고, 연소기에서 가열된 뒤 터빈에서 팽창한다.

터빈 일의 절반 이상이 압축기 구동에 쓰이고, 나머지가 발전기를 돌린다.

브레이튼 사이클의 네 과정

브레이튼 사이클은 네 과정으로 이루어진다.

압축과 팽창은 단열, 가열과 방열은 정압 과정이다.

개방형에서는 4에서 1로 가는 방열이 실제로는 생략된다.

두 등엔트로피와 두 등압 과정이 핵심이다.

열효율 식과 계산

이상 브레이튼 사이클의 열효율은 압력비만으로 정해진다.

열효율은 압력비의 (k-1)/k 제곱분의 1을 1에서 뺀 값이다.

압력비 10, 비열비 1.4인 공기 사이클의 열효율은 약 48.2%다.

실제 단순 사이클은 마찰과 압력 손실 때문에 약 40% 수준이다.

개방형과 밀폐형

개방형은 흡입한 공기가 연소 후 대기로 빠져나가는 구조다.

밀폐형은 작동유체가 계 안을 순환하며 열만 외부에서 받는다.

두 방식 모두 브레이튼 사이클을 따르지만 열 공급 방식이 다르다.

실제 손실과 복합발전

실제 가스터빈에는 비단열 압축·팽창과 연소실 압력 손실이 생긴다.

배기열을 증기 사이클에 다시 쓰면 열효율이 약 60%까지 오른다.

직전 문제의 정답은 밀폐형이다.

개방형과 밀폐형의 구분, 브레이튼 사이클, 복합발전 효율을 기억하자.