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가습 가스터빈 개발 현황에 대한 고찰

전문가 제언: ○ 압축기의 부피 유량은 샤프트의 회전속도가 일정하면 일정하다. 따라서 주변온도가 높으면 공기의 밀도가 감소되고 압축기 공기의 무게 유량은 줄어든다. 즉, 간단한 사이클의 가스터빈 출력은 주변온도의 함수로 나타나는데, 주변온도가 1℃ 상승하면 가스터빈의 전기 출력은 0.5% 내지 0.9% 감소한다고 한다. 본문은 여기에 여러 가지 방법으로 물이나 수증기를 주입하여 공기를 냉각시키고 가동 유체를 증가시켜 효율의 향상과 출력의 증대를 얻으려는 것이다. 물과 같은 액체의 압축은 공기와 달리 압축비용이 적어 증발에 의한 출력 증가는 우수한 효율을 가져올 수 있다.

○ 본문에는 정의 없이 엑서지 분석이 나온다. 따라서 엑서지(exergy)의 정의가 필요하다. 기술적으로 엑서지는 한 시스템이 주변과 열역학적 평형에 도달할 때까지 연속된 가역과정을 통하여 할 수 있는 최대 일의 양으로 정의된다. 에너지는 모두 인간이 이용할 수 있는 것은 아니다. 실제로 인간이 이용할 수 있는 에너지를 엑서지로 볼 수 있으나 여기서도 ‘평형’과 ‘가역적 과정’이라는 인간이 극복할 수 없는 조건이 들어 있다. 따라서 이 엑서지도 인간이 완전히 이용할 수 없고 이 엑서지의 비로 효율을 표시할 수 있다.

○ 본문에서 석탄가스화에서 얻은 합성가스를 가스터빈의 구동가스로 사용하는 사이클이 등장한다. 여기서 실제적으로 해결해야 할 중요한 문제가 간과되고 있다. 석탄에서 나오는 고체 미세먼지는 그 크기가 작을수록 완전히 제거하기가 매우 어렵다. 아무리 작은 입자라도 고체는 고속으로 돌아가는 터빈의 블레이드를 심각하게 침식하는데, 이 문제에 고심하는 현장 엔지니어들에 비해 연구에 종사하는 과학자들은 그 심각성을 느끼지 못하는 것 아닌가 생각한다.

○ 가스에 물을 살포하는 공정에도 위험성이 있다. 살포한 물 중 가스에 딸려가는 물방울이 완전히 증발된다고 가정하고 있으나 증발이 완료되지 않고 남은 물방울도 터빈의 블레이드에 손상을 입힐 가능성이 있다. 가습탑을 사용하는 경우 물방울 분리기를 사용한다고 언급되어 있으나 분리기의 완벽성을 신뢰할 수 없을 때 문제가 될 수 있다.

저자: Jonsson, M; Yan, JY
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