열효율·증기소비율·열소비율

Thermal Efficiency, Steam Rate and Heat Rate

증기동력 성능은 열효율·증기소비율·열소비율 세 숫자로 요약돼요. 출력이 같아도 증기량·열량이 다르면 경제성이 달라요. 운전 성적 비교 문제에서 정의와 단위를 흔들리지 않게 두어요. 출력과 증기유량을 바꿔 세 지표가 어떻게 움직이는지 봐요.

발전 성능을 재는 세 지표

증기동력의 성능은 세 숫자로 요약합니다. 1 kWh를 만드는 데 드는 증기량인 증기소비율(SSC), 1 kWh를 만드는 데 드는 열량인 열소비율(HR), 그리고 넣은 에너지 중 일로 나온 비율인 열효율(η). 세 지표는 서로 맞물려 있습니다.

👀 세 지표는 한 몸

①증기소비율 SSC = 1 kWh 생산에 필요한 증기 [kg/kWh]

②열소비율 HR = 1 kWh 생산에 필요한 열 [kJ/kWh]

③열효율 η = 3600 / HR (1 kWh = 3600 kJ 이므로)

④효율이 좋을수록 SSC와 HR은 작아진다

출력·증기유량·낙차로 지표 계산

출력 P1000 kW

증기유량 ṁ4000 kg/h

터빈 열낙차 h1-h21000 kJ/kg

⚡ 왜 3600으로 나누나

①1 kWh = 1 kW × 3600 s = 3600 kJ

②이론상 터빈 낙차 Δh만으로 1 kWh를 내려면 3600/Δh kg 필요

③이것이 이론 증기소비율 = 3600 / (h1-h2)

④실제로는 손실로 증기가 더 들어 실제 SSC가 더 크다

세 지표의 현재 값

이론 증기소비율

SSC = 3.60 kg/kWh

3600 / (h1-h2)

실제 증기소비율

= 4.00 kg/kWh

ṁ / P

열소비율

HR = 4000 kJ/kWh

ṁ·Δh / P

열효율

η ≈ 90.0 %

3600 / HR

📏 단위 환산 꿀팁

①열소비율을 kcal 기준으로 쓰면 HR = 860 / η [kcal/kWh]

②1 kWh = 860 kcal = 3600 kJ 이기 때문

③효율 30%면 HR ≈ 860/0.3 ≈ 2867 kcal/kWh

④증기소비율이 작을수록 같은 출력에 증기가 덜 든다

핵심 공식

증기소비율

SSC = 3600h₁ - h₂ [kg/kWh]

이론값. 실제값은 ṁ/P

열소비율

HR = 3600η [kJ/kWh] = 860η [kcal/kWh]

1 kWh = 3600 kJ = 860 kcal

열효율

η = 3600HR = w_netq_in

넣은 열 중 일로 나온 비율

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①증기소비율 SSC = 3600/(h1-h2) [kg/kWh], 값이 작을수록 효율 좋음

②열소비율 HR = 3600/η [kJ/kWh] = 860/η [kcal/kWh]

③열효율 η = 3600/HR, 세 지표는 서로 역수 관계로 연동

④1 kWh = 3600 kJ = 860 kcal 는 반드시 암기

⑤효율이 오르면 SSC와 HR은 함께 작아진다

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 터빈 낙차 h1-h2 = 720 kJ/kg 일 때 이론 증기소비율은? (답: 3600/720 = 5 kg/kWh)

②[기출유형] 열효율 30%일 때 열소비율은? (답: 3600/0.3 = 12000 kJ/kWh = 860/0.3 ≒ 2867 kcal/kWh)

③[기출유형] 열소비율 10000 kJ/kWh의 열효율은? (답: 3600/10000 = 0.36 = 36%)