Combined Cycle Power Plant (CCPP)

 

 

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Schematic diagram of Combined Cycle Power Plant

 

복합화력발전(Combined Cycle Power Plant)은 열효율 향상을 위해 두 종류의 열 사이클을 조합하여 발전하는 방식입니다.

가장 대표적인 복합 사이클은 가스터빈 사이클과 증기터빈 사이클을 결합하여 하나의 발전 플랜트로 운용하는 방식입니다. 가스터빈을 주체로 하여 복합 사이클을 형성한 이유는 가스터빈 효율이 현재 30%로 다른 열원에 비해 높고, 가스터빈의 열 사이클인 브레이튼 사이클(Brayton Cycle)이 다른 열 사이클에 비해 더 많은 열을 회수할 수 있기 때문입니다.

복합화력발전은 천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차로 가스터빈을 돌려 발전하고 가스터빈에서 나오는 배기가스열을 다시 보일러에 통과 시켜 증기를 생산해 2차로 증기터빈을 돌려 발전합니다. 두 차례에 걸쳐 발전하기 때문에 기존 화력보다 열효율이 10% 정도 높고, 공해가 적으며, 정지했다가 다시 가동하는 시간이 짧다는 장점이 있습니다. BY CLOVA X

"A combined cycle power plant or combined cycle gas turbine (CCGT) uses both a gas turbine and a steam turbine together to produce more electricity from the same fuel than a traditional simple cycle power plant. The wastage heat from the gas turbine is retreated from the attached steam turbine, which generates extra power."
"복합화력발전소 또는 복합화력가스터빈(CCGT)은 가스터빈과 증기터빈을 함께 사용하여 기존 단순화력발전소보다 동일한 연료로 더 많은 전기를 생산합니다. 가스터빈의 폐열은 추가 전력을 생성하는 부착된 증기 터빈."

 

Working Principle of Combined Cycle Power Plant

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Working Principle of Combined Cycle Power Plant

 

What is Combined Cycle:

The process for converting the energy in a fuel into the electric power involves the creation of mechanical work, which is then transformed into the electric power by a generator. The overall efficiency of the conversion depending on the type of fuel and the thermodynamics process used & it can be as low as 30%.
연료의 에너지를 전력으로 변환하는 과정에는 기계적 일의 생성이 포함되며, 이는 발전기에 의해 전력으로 변환됩니다. 연료 유형과 사용된 열역학 공정에 따라 전체 변환 효율은 30%까지 낮을 수 있습니다

To increase the overall efficiency of a electric power plants, multiple thermodynamic processes can be introduced or combined to recover and utilize the residual heat energy in hot exhaust gases. By the using combined cycle, power plants can achieve the electrical efficiency up to 60%.
발전소의 전반적인 효율을 높이기 위해 여러 열역학적 공정을 도입하거나 결합하여 뜨거운 배기 가스의 잔열 에너지를 회수하고 활용할 수 있습니다. 복합발전을 이용하여 발전소는 최대 60%의 전기효율을 달성할 수 있습니다.

The terms “combined cycle” refers to the combining of multiple thermodynamic cycles to generate electric power. Combined cycle operation uses a heat recovery steam generator (HRSG) that captures the heat from high temperature exhaust gases to produce steam, which is then supplied to a steam turbine to generate additional electric power. The process for creating steam to produce work using a steam turbine is based on the Rankine cycle.
"복합 사이클"이라는 용어는 전력을 생성하기 위해 여러 열역학적 사이클을 결합하는 것을 의미합니다. 복합발전은 고온의 배기가스에서 나오는 열을 모아 증기를 생산한 후 증기터빈에 공급해 추가 전력을 생산하는 배열회수보일러(HRSG)를 사용한다. 증기 터빈을 사용하여 일품을 생산하기 위해 증기를 생성하는 과정은 랭킨 사이클을 기반으로 합니다.

The most common type of combined cycle power plant utilizes gas turbines and is called a combined cycle gas turbine (CCGT) plant. Because gas turbines have low efficiency in simple cycle operation and the output produced by the steam turbine accounts for about half of the CCGT plant output.
가장 일반적인 유형의 복합화력발전소는 가스터빈을 활용하며, 이를 복합화력 가스터빈(CCGT) 발전소라고 합니다. 가스터빈은 단순 사이클 운전 효율이 낮고, 증기터빈이 생산하는 출력이 CCGT 발전소 출력의 약 절반을 차지하기 때문이다.

 

Working Principles:

The following steps are carried out in combined-cycle plants to produce electricity and captures the wastage heat from the gas turbine to increase efficiency and electrical output.

복합 사이클 플랜트에서는 다음 단계를 수행하여 전기를 생산하고 가스 터빈에서 폐열을 포착하여 효율성과 전기 출력을 높입니다.

1. Gas turbine burns fuel (gas)
   
   • The gas turbine compressed the air and mixed it with fuel that is heated to a very high temperature. Then the hot air-fuel mixture moves through the gas turbine blades, making them spin.
     가스 터빈은 공기를 압축하여 매우 높은 온도로 가열된 연료와 혼합했습니다. 그런 다음 뜨거운 공기-연료 혼합물이 가스 터빈 블레이드를 통해 이동하여 회전하게 됩니다.
     
   • The fast-spinning of turbine drives a generator that converts a portion of the spinning energy into electricity.
     터빈이 빠르게 회전하면 회전 에너지의 일부를 전기로 변환하는 발전기가 구동됩니다.
     
   
   
2. Heat recovery system captures exhaust (HRSG)
   
   • A Heat Recovery Steam Generator (HRSG) captures the exhaust heat energy from the gas turbine that would otherwise escape through the exhaust stack/ chimney.
     배열 회수 증기 발생기(HRSG)는 배기 굴뚝/굴뚝을 통해 빠져나가는 가스 터빈의 배기열 에너지를 포착합니다.
     
   • The HRSG helps to creates steam from the gas turbine exhaust heat and it delivers to the steam turbine.
     HRSG는 가스 터빈 배기열에서 증기를 생성하여 증기 터빈으로 전달하는 데 도움을 줍니다.
     
     

Heat Recovery System(배열회수시스템), 흔히 HRSG(Heat Recovery Steam Generator)라고 불리는 장치는 복합화력발전소에서 가스터빈을 돌리고 난 뒤 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 다시 증기를 생산하는데 사용되는 설비입니다. 가스터빈에서 전력을 생산한 후 배출되는 고온 배기가스(약 530°C)는 많은 에너지를 갖고 있습니다. 따라서 이를 대기로 방출할 경우 상당한 에너지 손실이 발생하게 됩니다. 이러한 상황에서 HRSG 설비를 이용하면 대기로 방출되는 배기가스로 버려지는 에너지를 회수하여 이용할 수 있게 됩니다. 회수된 열은 고압의 증기를 생산하는데 사용되며, 이렇게 생산된 증기는 복합화력발전소의 증기 터빈을 구동하여 추가적인 전기를 생산하는데 쓰입니다. 결과적으로 HRSG는 복합화력발전소의 전체적인 에너지 효율을 높이는 역할을 하며, 이는 탄소 배출량 감소에도 기여합니다.

3. Steam turbine delivers additional electricity

• The steam turbine sends its energy to the generator drive shaft, where it is converted into additional electricity.
  증기 터빈은 에너지를 발전기 구동축으로 보내고, 그곳에서 추가 전기로 변환됩니다.
  

 

T-S diagram of Combined Cycle Power Plant

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T-S diagram of Combined Cycle Power Plant

 

Combined cycle:

The combined cycle power plant or combined cycle gas turbine is a gas turbine which generates electricity and recovering wastage of heat is used to make steam to generate the additional electricity via a steam turbine. The gas turbine is one of the most efficient and effective for the conversion of gas fuels to mechanical power or electricity. This system is known as a combined cycle.

복합화력발전소 또는 복합화력 가스터빈은 전기를 생산하는 가스터빈이고, 낭비되는 열을 회수하여 증기를 만들어 증기터빈을 통해 추가 전기를 생산하는 데 사용됩니다. 가스 터빈은 가스 연료를 기계적 동력 또는 전기로 변환하는 데 가장 효율적이고 효과적인 것 중 하나입니다. 이 시스템을 복합 사이클이라고 합니다.

 

T-S diagram of a combine cycle power plant are given below: