[가스신문=윤인상 기자] 가와사키중공업은 발전출력 5000 kW의 고효율 가스터빈 ‘M5A’을 개발해 판매를 개시했다.

5000kW급 가스터빈으로는 세계 최고인 발전효율 32.6%를 실현했다. 향후 일본은 물론 해외에서 수요 확대가 전망되고 있는 5000kW급에서 고효율 신형기를 새롭게 라인업해 가스터빈 Co-gen 보급확대를 꾀할 방침이다.

가와사키중공업은  소형 가스터빈의 라인업에는 1500~3000kW급 ‘M1시리즈’와 5400~8000kW급의 ‘M7시리즈’가 있지만 향후 수요확대를 전망해 그 사이인 5000kW기를 새롭게 개발했다.

연료비 대폭 절감

최대 장점은 5000kW급에서 세계 최고의 발전효율 32.6%를 실현했다는 것이다. ‘M5A’를 이용한 가스터빈 Co-gen ‘PUC50D’는 약 5000kW의 전기와 10톤의 증기를 만들어 동급 최고의 종합효율 84.5%를 가능하게 한다.

일반적으로 가스터빈은 출력이 커지는 만큼 효율을 높일 수 있다. 종래 라인업에서는 M7시리즈에서 발전효율 29.2%의 출력 5360kW기가 있었다. M5A는 M7시리즈보다 소형이지만 발전효율은 약 3포인트 높다. 숫자로는 약간의 차이로 보이지만 연간 수천만엔의 연료비 절감이 기대된다.

가와사키중공업 가스터빈·기계컴퍼니에너지본부 기술총괄부에 따르면 ‘5000kW용 소형압축기의 날개에서 空力성능이 올라가도록 연구한 외에 최신 냉각기술을 채용하는 등으로 고효율을 실현했다’고 설명했다.

가스터빈은 주로 압축기, 연소기, 터빈으로 구성된다. M5A는 M1, M7시리즈의 개발로 신장된 최신기술을 토대로 3개 부위의 요소효율을 최대한으로 높였다.

특히 중요한 것이 압축기의 압력손실을 줄이는 것이다. 최신의 유체해석기술을 사용해 전체 11단의 압축기의 날개에 대해 성능평가를 해 압력손실을 최소한으로 억제하는 설계에 의해 고효율화를 실현했다.

또 터빈에 대해서도 최신의 해석에 의해 발전효율이 저하하지 않도록 적은 냉각공기를 효과적으로 사용하는 냉각기술을 채용했다.

높은 환경성능

‘M5A’의 또 다른 특징 하나는 질소산화물(NOx) 배출량을 동급 최고 수준인 52.ppm(CO₂=0%)까지 억제한 것이다.

연료가스와 공기를 예혼합해서 연소실에 분사하고 연소실내에서 균일한 연소온도분포를 실현하는 것으로 NOx 발생량을 억제하는 ‘드라이 로 에미션(DLE) 기술’을 채용했다.

연소실 내에 증기와 물을 분사해서 NOx를 억제하는 기존 ‘증기·물분사방식’보다도 뛰어나고 또 부하변동으로의 추종(안정연소)과 NOx 배출량의 저감의 양립을 가능하게 했다.

‘PUC50D’는 에너지소비량뿐 아니라 CO₂배출량도 삭감하는 효과가 있어 계통전력에서의 전기와 보일러에 의한 증기를 사용하는 종래형 방식과 비교해 연간 에너지소비량과 연간 CO₂배출량을 각각 25% 삭감할 수 있다고 시산하고 있다.