재열·재생 사이클

Reheat and Regenerative Cycles

재열은 터빈 중간에서 다시 데워 습분을 줄이고, 재생은 추기로 급수를 데워요. 둘 다 기본 랭킨의 약점을 보완해 효율을 올리는 길이에요. 실제 발전 사이클 개선 문제의 핵심 키워드예요. 재열·재생 토글로 기본 랭킨 대비 이득을 비교해 봐요.

기본 랭킨의 두 가지 약점을 고치다

기본 랭킨은 두 가지 아쉬움이 있습니다. 터빈 뒤쪽에서 증기가 너무 젖어(습분) 날개가 상하고, 찬 물을 곧장 보일러에 넣어 평균 가열온도가 낮습니다. 이를 각각 재열(reheat)과 재생(regeneration)으로 개선합니다.

👀 재열과 재생의 목적

①재열: 터빈 중간에서 증기를 다시 데워 팽창시킴 → 출구 습분 감소

②재생: 터빈에서 일부 증기를 뽑아(추기) 급수를 예열 → 평균 가열온도 상승

③둘 다 효율을 높이지만 원리와 목적이 다르다

재열과 추기 단수로 효율 비교

2단

⚡ 추기 단수를 무한정 늘리지 않는 이유

①추기 단수가 늘수록 효율 개선폭은 점점 작아진다(체감)

②단수가 늘면 급수가열기·배관·제어가 복잡해지고 비용 증가

③실제 대형 발전소는 대략 5~8단 정도에서 절충한다

④효율 이득과 설비 비용의 균형점에서 단수를 정한다

현재 설정의 개념 효율

기본 랭킨

η₀ = 38.0 %

기준값

재생 2단 이득

+4.8 %p

급수예열 효과

재열 이득

+3.5 %p

재열 적용

합계 효율

η ≈ 46.3 %

개념 비교값

💡 재열과 재생은 함께 쓴다

①재열은 터빈 출구 습분을 줄여 날개 수명을 늘린다

②재생은 평균 가열온도를 높여 효율을 올린다

③실제 대형 화력·원자력은 재열과 다단 재생을 함께 적용

④효율 향상의 본질은 모두 평균 온도차를 카르노에 가깝게 만드는 것

핵심 공식과 관계

재열 사이클 효율

η = (h₃-h₄)+(h₅-h₆)-w_p(h₃-h₂)+(h₅-h₄)

고압터빈 일 + 재열 후 저압터빈 일

재생(추기) 급수가열

m(h_ext-h_fw,out) = (1-m)(h_fw,out-h_fw,in)

추기량 m에 대한 급수가열기 에너지 균형

효율 향상 원리

η ↑ ⇐ T̄_in ↑

평균 가열온도를 올릴수록 효율 증가

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①재열: 터빈 중간에서 증기를 재가열 → 터빈 출구 습분 감소가 주목적(효율도 소폭 상승)

②재생: 터빈 증기를 추기해 급수 예열 → 평균 가열온도 상승으로 효율 향상

③추기 단수가 늘수록 효율 개선은 체감(둔화)

④재열·재생 모두 평균 가열온도를 높여 카르노에 근접시키는 것

⑤실제 대형 플랜트는 재열 + 다단 재생을 함께 사용

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 재열 사이클의 주된 목적은? (답: 터빈 저압부 증기의 습분을 줄여 날개 침식 방지, 효율도 향상)

②[기출유형] 재생 사이클에서 급수를 데우는 열원은? (답: 터빈에서 추기한 증기)

③[기출유형] 재생 급수가열기 단수를 늘릴 때 효율은? (답: 증가하나 개선폭은 점차 둔해짐)