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초고온 가스터빈의 요소기술 개발

전문가 제언: ○ 가스터빈은 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 열역학적 기본이론으로 한 내연기관의 일종이다. 이 기관은 정압연소(constant-pressure combustion)에 의하여 작동되며 고온 연소가스를 작동유체로 하기 때문에 연소기, 정？동익(stator and rotor) 등과 같은 구성부품은 높은 열응력과 원심력이 작용하는 가혹한 환경에 노출될 수밖에 없다. 따라서 가스터빈의 구성부품은 운전시간의 경과와 더불어 열화와 손상을 일으킬 수 있기 때문에 크리프 변형, 열 피로, 고온산화에 의한 감육과 부식 등에 대책이 필요하다.

○ 가스터빈의 고효율화에는 가스터빈의 주요 구성요소의 가혹한 운전조건에도 불구하고 이들에게 한 단계 더 높은 고온화를 더욱 강조하며 초고온화의 중요한 역할을 강요하고 있다. 한편 가스터빈 복합사이클(GTCC) 발전은 가스터빈과 그 배기가스를 이용하여 증기터빈으로도 발전할 수 있는 고효율？청정시스템으로서 화석연료를 이용하는 발전설비 중에서 효율이 가장 높다.

○ 본고에서 소개한 초고온 가스터빈의 요소기술은 일본에서 2004년부터 국가 프로젝트로 수행되고 있는 ‘1,700℃급 초고온 가스터빈 요소기술개발’ 로드맵에 대한 중간 결과의 일부를 소개한 것이다. 이 프로젝트는 수행과정에서 많은 개발성과를 보이면서 중간성과를 활용하여 이미 터빈 입구온도 1,600℃의 고효율 기종을 개발 완료하였으며 현재는 1,650℃급의 개발이 이뤄지고 있다.

○ 발전용 고효율 가스터빈은 국내에서도 긴급 전원의 확보, 전원의 다양화와 분산화, 열병합발전 플랜트 확충 등의 차원에서 많이 건설되고 있다. 한편 소개한 프로젝트의 중간성과는 주로 CFD와 같은 이론과 실험을 바탕으로 초고온 가스터빈의 요소기술이 개발된 특징을 보이고 있다. CFD는 국내에서도 한국전산유체공학회를 중심으로 산학연에서 활발하게 연구되고 있지만 가스터빈과 연관된 연구실적은 아직 드문 편이다. 국내의 고효율 가스터빈 활용 확대에 따른 국내 CFD 전문가의 활동을 기대한다.

저자: Eisaku Ito, et al.
자료유형: 니즈학술정보