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가스 터빈 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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원리[편집]
제트 엔진[편집]
전력용 가스 터빈[편집]
마이크로터빈[편집]
보조 동력 기관[편집]
기술 발전[편집]
참고할 문서[편집]
가스 터빈 제조사[편집]
마이크로터빈 제조사[편집]
가스터빈 공급[편집]
외부 링크[편집]
가스터빈 발전기 일반사항
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‘굿바이 디젤’…가스터빈 발전기 전성시대 ‘눈앞’ < 기업∙CEO < 전기경제 < 기사본문 - 전기신문
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비상용가스터빈
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가스 터빈 발전기
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가스 터빈 발전기
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가스 터빈(gas turbine 또는 combustion turbine)은 연소가스의 흐름으로부터 에너지를 추출하는 회전동력기관이다. 가스 터빈은 압축기와 터빈 그리고 연소실로 구성되어 있고 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소함으로써 고온 고압의 기체가 팽창하고 이 힘을 이용하여 터빈을 구동한다. 에너지는 샤프트를 통해 토크(torque)로 전달되거나 추력이나 압축 공기 형태로 얻는다. 이렇게 얻은 에너지로 항공기, 기차, 선박, 발전기, 전차 등을 구동하는데 쓰인다
원리 [ 편집 ]
가스 터빈의 원리는 열역학적으로 브레이튼 사이클(Brayton cycle)로 설명된다. 공기는 단열 압축되고 단열으로 팽창하여 연소하며, 단열 팽창하면서 터빈을 돌리고 초기 온도로 돌아간다.
하지만 실제로는 마찰과 와류가 발생하므로
a)비단열 압축을 한다 – 실제 압축된 공기는 브레이튼 사이클의 온도보다 높다. b)비단열 팽창을 한다 – 실제 온도는 팽창과정에서 떨어져 브레이튼 사이클 온도보다 낮다. 또한 실제 가용할 수 있는 압력은 커야 하므로 사이클만큼 팽창하지 못한다. c)연소과정에서 압력손실이 발생한다 – 등압 팽창하지 않고 사이클 압력보다 낮다.
제트 엔진 [ 편집 ]
이 부분의 본문은 이 부분의 본문은 제트 엔진 입니다.
가스 터빈은 엔진의 단위 무게 당 생산할 수 있는 동력이 커서 항공기용 동력 기관으로 적합하다. 따라서 가스 터빈은 터보젯, 터보팬, 터보프롭, 터보샤프트 등 여러 형태로 발전하여 항공기용으로 사용되었다.
흔히 항공기용 가스 터빈과 제트 엔진을 동의어로 알고 있으나, 가스 터빈 중에는 터보젯과 터보팬만을 제트 엔진으로 분류할 수 있을 뿐이고, 반면에 가스 터빈을 사용하지 않는 제트 엔진도 많이 있으므로 구별이 필요하다.
전력용 가스 터빈 [ 편집 ]
전력 생산을 위한 가스 터빈은 트럭에 적재할 수 있는 것부터 크고 복잡한 것까지 다양하다. 일반적으로 발전용 가스 터빈을 이야기할 때에는 수십만kW 출력의 가스 터빈을 말한다. 터빈의 회전 속도는 교류 전압에 적당하고 감속기어가 필요없는 3000 – 3600rpm으로 회전한다. 가스 터빈을 이용한 발전은 40%정도 열효율을 보이고 가스 터빈 복합 발전(combined cycle)을 하면 60%까지 전력을 생산할 수 있다. 전력과 열을 동시에 생산하는 열병합 발전(co-generation)을 하게 되면 80%이상 열효율을 얻을 수 있다.
참조: 전력용가스터빈은 인버터가 필요하게 된다.수만으로 회전하는 회전속도에 직접 발전기에 전달하여 고주파 교류를 발생시키고 이를 다시 정류하여 직류로 바꾼 다음 인버터로 60Hz로 변환하는 방식으로 하면 감속기가 필요가 없게 된다.
마이크로터빈 [ 편집 ]
마이크로터빈(Microturbine)은 가스 터빈을 소형화. 1 kW 미만에서 수백kW의 출력. 분산형 전원과 소규모 열병합 발전용으로 기술적인 장점 및 친환경적인 특성으로 인해 기술개발과 보급이 늘어나는 추세다. 마이크로터빈의 개발보급이 가능하게 된 것은 전력기술의 발전으로 전력망과 계통연계할 수 있게 되면서이다. 전력 스위칭 기술로 발전기가 전력망의 주파수와 동조하지 않아도 되어 발전기가 터빈과 샤프트로 바로 연결될 수 있다. 마이크로터빈 발전은 피스톤 엔진을 사용한 발전기보다 장점이 많다. 크기에 비하여 출력이 크고 연소가 양호하며 구동부분이 적다. 또한 air foil bearing과 공냉식(空冷式)으로 윤활유와 냉각수가 필요없으며, 여름철 잉여열 처리를 위한 냉각탑도 필요없다. 그리고 마이크로터빈은 전력부하 변동에 대하여 로터의 RPM만을 조절함으로써 빠른 응답속도와 넓은 부하추종범위를 가질 수 있는 장점을 지녀 Load Following 용으로도 적용이 많이 된다. 반면 피스톤 엔진의 경우 왕복운동 및 회전운동을 거치는 기계적인 한계로 인해 가스터빈에 비하여 부하추종속도에서의 불리하고, 통상 최고출력대비 50% 이상의 범위에서만 추종이 가능한 운전특성으로 인해 정속도로 운영하는 것이 효율적이다.
보조 동력 기관 [ 편집 ]
보조 동력 장치(APUs;Auxiliary Power Units)는 대형 기계에 보조로 힘을 공급하기 위한 소형 가스 터빈이다. 이것은 비행기의 통기를 위해 압축공기를 공급하거나 보다 큰 제트 엔진을 구동하기 위한 시동 기관으로 사용된다.
(보조 추진 장치(APUs;Auxiliary Propulsion Units)와는 별개임)
기술 발전 [ 편집 ]
가스 터빈 기술은 개발이후 지속적으로 발전하고 있으며 최근에는 소형 가스 터빈의 발전이 두드러지고 있다.CFD나 유한 요소 해석법 같은 컴퓨터 설계로 보다 높은 압축비와 고온에서 작동하고 효율적인 연소와 냉각을 하는 엔진이 개발되고 있다. 1990년대에는 포일 베어링이 채택되어 기름을 사용하지 않고 고온에서 작동할 수 있게 되었다.
한편으로는 전력스위칭기술과 microelectronics가 발전함에 따라 마이크로터빈이 분산형 전원기술로 보급되고 있다.
참고할 문서 [ 편집 ]
가스 터빈 제조사 [ 편집 ]
마이크로터빈 제조사 [ 편집 ]
Capstone Turbine Corporation [4]
가스터빈 공급 [ 편집 ]
‘굿바이 디젤’…가스터빈 발전기 전성시대 ‘눈앞’
가스터빈 발전기의 역할과 기능.(제공=한국유체기계학회)
[전기신문 김광국 기자] 가스터빈 발전기가 에너지전환 및 탄소저감을 촉진할 전력산업계 첨병으로 부상하고 있다.국내 발전 부문에서 석탄발전의 비중을 점차 줄여나감에 따라 LNG를 발전원으로 사용하는 가스터빈의 중요성이 점증하고 있는 것이다. 또한, 친환경성에 더해 발전 소음 저감·설비 부지 축소 등에서도 탁월한 효과를 보임에 따라 민간 부문을 중심으로 저·중용량 설비의 보급도 빠르게 확대되고 있다.
한편 가스터빈의 높은 외산 의존률은 산업생태계 조성을 위해 중장기적으로 풀어야 할 과제로 꼽힌다. 현재 발전용 가스터빈 제조사는 전 세계에 미국의 제너럴일렉트릭(GE), 독일의 지멘스, 일본의 MHPS 등 4개사뿐이다. 국내에서는 이제 사업 초기 단계에 접어든 두산중공업이 유일하다.
◆가스터빈 발전방식은=가스터빈 발전기는 가스터빈을 원동기로 사용하는 발전설비다. 기존 디젤 발전기와 비교해 탄소 배출량이 적고, 시동에 소요되는 시간이 짧아 첨두부하 및 신재생에너지 간헐성 대응에 효율적이라는 평가를 받고 있다. 이 때문에 발전 부문 외에도 최근 급격히 확산되고 있는 민간 인터넷데이터센터(IDC)를 중심으로 비상 발전기로 보급이 확대되고 있는 추세다.
한국유체기계학회가 이달 초 개최한 ‘가스터빈 혁신성장 포럼’에 따르면, 가스터빈 발전방식은 가스터빈과 발전기를 결합한 ‘단순발전’ 방식 외에 가스복합발전·열병합발전 등으로 연계 활용이 가능하다는 점에서 주목도가 높다. 가스복합발전의 경우 가스터빈·발전기를 활용한 단순발전에 더해 배열회수보일러(HRSG)를 결합, 열효율을 극대화한다. 열병합발전은 여기에 지역난방용 열에너지 공급까지 겸함으로써 수요가 늘고 있다.
◆세계 기술, 재생에너지 변동성 대응·탄소저감 ‘초점’=세계 가스터빈 시장의 눈은 발전효율 제고 및 탄소배출 저감을 위한 신기술 개발로 쏠리고 있다.
국외 연구개발 동향을 살펴보면, 크게 ▲하이브리드 가스터빈 ▲수소 가스터빈 ▲1700℃급 요소기술 등으로 구분된다. 먼저 하이브리드 가스터빈은 ESS를 결합해 즉각적인 계통 안정성을 확보하는 것으로 재생에너지 변동성 대응에 초점이 맞춰졌다.
또 수소 가스터빈은 발전원 특성을 활용해 탄소 배출 저감·제로(0)화를 목적으로 개발이 이뤄지고 있다. 특히 전 세계적으로 2030년 이후 수소 시장이 크게 확대될 것으로 예상됨에 따라 글로벌 기업을 중심으로 대형 혼소 및 소형 전소 연소 기술 등 개발이 추진되고 있다.
이밖에 복합발전효율을 67%이상으로 끌어올리기 위한 1700℃급 연소기 설계·고효율 냉각 설계 등의 요소기술 개발도 업계의 주요한 미래 방향성으로 거론된다.
◆시장 진입 앞당길 성과 ‘속속’=현 시점까지는 가스터빈산업에서 한국이 차지하는 부분은 매우 미미하다는 게 전문가들의평가다. 다만 최근 몇 년 새 국내에서도 민·관 부문을 필두로 국산화 및 산업생태계 조성을 앞당길 성과들이 속속 등장하고 있다.
국내 민간 부문에서는 두산중공업이 가스터빈 시장의 문을 두드리고 있다. 현재 정부 국책과제로 270MW급 상용 발전기 개발을 완료한 상황으로 오는 2023~2024년 서부발전과 실증시험에 돌입한다.
정부도 가스터빈산업을 육성하기 위해 박차를 가하고 있다. 지난해 2월 산업통상자원부는 두산중공업, 성일터빈 등 중견·중소 부품기업, 발전5사, 에너지기술평가원 등 산학연과 함께 민관 ‘한국형 표준가스복합 개발 사업화 추진단’을 발족했다.
또 발전5사가 수요기관으로 참여하는 ‘한국형 표준가스복합발전 모델 및 테스트베드’ 구축 사업도 지난 5월 첫발을 뗐다. 개발기간은 오는 2025년 12월까지다.
주원구 한국유체기계학회 가스·스팀터빈 분과 감사(현 연세대 기계공학부 교수)는 “가스터빈은 재생에너지의 변동성 및 간헐성을 보완한다는 점에서 중요성이 더욱 커질 것”이라며 “국내에서도 국부 유출을 막고 신산업 생태계를 창출하기 위한 가스터빈 국산화 및 시장 진입에 서둘러야 한다”고 강조했다.
“가스터빈산업 규모, 에너지전환 흐름에 연동”
“국산 개발제품 시장 진입·생태계 조성 중요”
“미래 발전시장은 탄소배출이 없는 신재생에너지가 지배할 것입니다. 이 과정에서 신재생에너지의 단점을 보완할 발전용 가스터빈의 중요성은 더욱 커질 수밖에 없습니다.”
주원구 한국유체기계학회 가스·스팀터빈 분과 감사(현 연세대 기계공학부 교수)는 가스터빈산업의 전망을 이같이 요약했다. 발전방식의 장점 외에도 전 세계적인 에너지전환 흐름과 맞물려 산업생태계가 확대될 수밖에 없다는 전망이다.
특히 주 감사는 국산 가스터빈 개발의 필요성을 역설했다. 국부유출 방지, 에너지 안보 확립 등의 관점에서도 국내 기업을 중심으로 한 생태계 조성이 필요하다는 주장이다.
주 감사는 “현재 국내 운용 중인 가스터빈 158기는 전량 외산인데, 이에 따른 국부 유출 규모는 약 35조8000억원에 달한다”며 “에너지 안보 확립을 위해 에너지원을 다양화하는 측면에서도 가스터빈 발전산업을 키울 필요가 있다”고 짚었다.
이어 “가스터빈 산업이 육성되면 국내 물량이 시장에 제공됨에 따라 자연스레 관련 생태계가 조성될 것”이라며 “생태계가 구축되면 발전사들은 건설·유지보수 비용 절감 효과를 누릴 수 있고, 국내기업의 실증 및 시장진입에도 도움이 될 수 있다”고 말했다.
또 산업 육성을 위한 산·학·연의 협업 중요성도 언급했다. 주 감사는 “지금은 첫 국산 개발 제품의 성공적인 시장 진입과 선제적인 미래 기술 개발에 집중해야 할 때”라며 “이를 위한 산·학·연 전문가 집단의 협업과 체계적인 추진전략 수립이 병행돼야 한다”고 강조했다.
STX엔진의 육상발전사업은 지난 30년간 디젤엔진 분야에서 축적된 기술과 노하우, 그리고 고객중심의 최적화된 엔지니어링 능력을 바탕으로 LNG 및 바이오연료 등 친환경 발전사업으로 사업을 확대하고 있습니다.
제품소개
비상용 가스터빈발전기 (Emergency Gas Turbine Generator) 비상용 가스터빈은 소형 경량인 원동기로서 타 발전설비에 비해 설치장소의 제약이 적고, 모두 공냉식이므로 냉각수 설비가 불필요 합니다.
신뢰성이 높은 연료분사 시스템과 강력한 연속점화시스템, 그리고 최적의 1축식 시스템으로 회전수 변동이 극히 적어, 순시 100% 부하투입, 차단시에도 주파수 변동율이 4%이하로 안정된 양질의 전기를 공급합니다. 비상용 가스터빈은 왕복운동부분이 없는 회전기계이므로, 진동과 소음이 거의 없고, 연료를 완전연소 시키므로 NOx 및 CO가 적어 배기가스가 깨끗합니다. 주로 병원, 인터넷데이터센터(IDC) 등에 공급되며, 최근 원자력발전소의 Back-up 전원용으로 운송이 용이한 이동형 발전차 형태로 공급되고 있습니다.
모델 및 용량
주요공급실적
연도 프로젝트 계약처 국가 엔진타입 수량 출력(KW) 총 출력(KW) 2018 월성 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 7 1,000 7,000 2018 고리 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 6 1,000 6,000 2018 한울 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 7 1,000 7,000 2018 한빛 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 7 1,000 7,000 2017 신한울 1, 2호기 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2B-T 1 3,200 3,200 2016 고흥 나로호 우주센터 한국항공우주연구원 한국 NGT3A-S 1 2,000 2,000 2013 고리 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2B-T 1 3,200 3,200 2013 월성 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2B-T 1 3,200 3,200
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