스팀 터빈 발전

터빈은 고압의 유체를 저압부로 배출하면 흐름이 발생하고 이 흐름으로 터빈을 구동하게 된다.

 

 

 

스팀 터빈 발전

가스 터빈은 고압으로 압축된 공기와 LNG를 혼합한 가스를 연소하고 발생하는 배기가스를 이용하는 것이다.

스팀 터빈도 보일러에서 물을 끓여 발생한 고온고압의 스팀을 낮은 압력으로 배출하면 발생하는 흐름으로 터빈을 구동하게 되는데 전 세계 스팀 발생량의 약 50%가 발전용으로 사용된다는 통계도 있듯이 스팀 터빈을 많이 사용하는 이유는 물을 사용하므로 상대적으로 안전하고 별도의 가압 장치 없이 고온·고압의 스팀을 발생할 수 있기 때문이다.

 

 

스팀 터빈의 발전량

터빈의 회전력은 고온고압의 스팀을 저압의 스팀으로 배출하게 되면 엔트로피는 동일한 상태에서 엔탈피 차이만큼 회전력으로 변화되면서 발전을 하게 된다.

예를 들어 80bara, 500℃의 스팀 [엔탈피 약 3,395kJ/kg (812.2kcal/kg)]이 터빈을 통과한 후 0.05bara, 32.5℃로 배출될 때 동일한 엔트로피를 갖는 조건의 엔탈피를 확인하면 2,057kJ/kg(492kcal/kg)이 된다.

이제 두 지점 사이의 엔탈피 차이는 812.2-492 = 320.2Kcal/kg이 되고 이 엔탈피 차이가 전기로 변하므로 860kcal/kw로 나누면 발전량이 약 0.372kw/kg= 372kw/ton의 스팀 (마찰력 등을 무시)이 된다.

 

<그림 1> 엔탈피-엔트로피 선도 (그림 출처: Steam People Vol. 110)

 

 

발전사이클 종류

그러나 발전용 스팀 터빈의 경우 터빈 출구 스팀 압력을 고진공까지 낮추어 운전하면 고진공의 스팀 온도가 40℃정도까지 낮아지므로 스팀의 잠열을 가열용으로 이용하지 못하고 응축하여 버리게 된다. 이러한 열 손실 때문에 투입되는 스팀 엔탈피에 비하여 전기로 전환되는 열량, 즉 발전 열효율이 낮아 열효율을 제고하기 위하여 재열 사이클, 재생 사이클 및 재열재생 사이클을 도입하고 있으며 최근에는 초임계 재열재생 사이클을 도입하여 45% 이상의 열효율로 발전을 하고 있다.

 

<그림 2> 발전사이클 종류 (그림 출처: Steam People Vol. 110)

 

 

발전소에서 스팀의 종류

발전소는 초고압의 스팀을 발생하여 터빈을 구동하므로 초순수를 생산하여 급수로 이용하고 있다. 이러한 초순수가 보조용 스팀의 응축수와 섞이는 오염을 방지하기 위하여 응축수 회수시스템도 분리하여 운전하는 경우가 대부분이다.

발전용이 아닌 보조용 스팀 즉, 공조용, B/C탱크 가열용, 연소공기 가열용 및 기타 소내용 스팀은 오염 여부를 떠나서 수질이 상대적으로 낮아도 된다. 따라서 발전용 스팀과는 별도로 스팀을 발생하여 사용하고 있다. 보조용 스팀은 터빈 추기중의 일부를 공급하여 스팀 발생기에서 적정한 압력의 스팀을 발생하여 사용한다.

 

 

<그림 3> 발전 계통 스팀 발생 계통도 (그림 출처: Steam People Vol. 110)

 

Reference : 한국스파이렉스사코(주), Steam People Vol. 110(Dec, 2015)