複合サイクル発電所

複合サイクル発電所は、同じ熱源から連携して作動し、それを機械エネルギーに変換する熱機関の集合体です。陸上で電力を生成するために使用される場合、最も一般的なタイプは複合サイクルガスタービン（CCGT）プラントと呼ばれ、一種のガス火力発電所です。同じ原理は海洋推進にも使用され、ガス蒸気複合（COGAS）プラントと呼ばれています。2つ以上の熱力学サイクルを組み合わせると、全体的な効率が向上し、燃料コストが削減されます。

原理は、最初のエンジンでサイクルを完了した後も、作動流体(排気) はまだ十分に熱いので、2 番目の後続の熱エンジンが排気の熱からエネルギーを抽出できるというものです。通常、熱は熱交換器を通過するため、2 つのエンジンは異なる作動流体を使用できます。

複数の作業ストリームから電力を生成することで、全体の効率を 50～60% 向上させることができます。つまり、単純サイクルの場合のシステム全体の効率は 34% ですが、複合サイクルの場合は特定の条件下でタービンだけで 64% まで効率が向上します。^[1]

歴史的に成功した複合サイクルは、水銀蒸気タービン、電磁流体発電機、溶融炭酸塩燃料電池を使用し、低温「ボトミング」サイクル用の蒸気プラントと組み合わせたものです。超低温ボトミングサイクルは、大量の質量流量と小さな温度差を処理す​​るために非常に大きなサイズの機器が必要なため、コストがかかりすぎます。ただし、寒冷な気候では、温水や暖房用に発電所の温水を販売するのが一般的です。真空断熱配管により、このユーティリティを 90 km まで延長できます。このアプローチは「熱電併給」（CHP）と呼ばれます。

定置型および海洋型の発電所では、広く使用されている複合サイクルには、大型ガスタービン（ブレイトンサイクルで稼働）があります。タービンの高温の排気ガスは、蒸気発電所（ランキンサイクルで稼働）に動力を与えます。これが、複合サイクルガスタービン（CCGT）プラントです。これらは、ベースロード運転で約64％というクラス最高の実効熱効率（下記参照）を実現します。対照的に、単一サイクルの蒸気発電所の効率は35～42％に制限されます。多くの新しい発電所はCCGTを活用しています。定置型CCGTは、天然ガスまたは石炭からの合成ガスを燃焼します。船舶は燃料油を燃焼します。

多段タービンまたは蒸気サイクルも使用できますが、CCGT プラントは発電と船舶動力の両方に利点があります。ガスタービン サイクルは多くの場合、非常に迅速に始動できるため、すぐに電力を供給できます。これにより、別途高価なピーク プラントを設置する必要がなくなり、船舶の操縦が可能になります。時間の経過とともに、二次蒸気サイクルが温まり、燃料効率が向上し、さらに電力を供給できます。

2013年11月、フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所ISEは、ドイツの電力部門で新しく建設された発電所の均等化発電原価を評価しました。その結果、天然ガスを動力源とするCCGT発電所のコストは78〜100ユーロ/MWhと算出されました。^[2]さらに、複合サイクル発電の資本コストは1kWあたり約1000ドルと比較的低く、設置コストが最も安い発電方法の1つとなっています。^{[3] [4]}

基本的な複合サイクルの熱力学サイクルは、2つの発電所サイクルで構成されています。1つはジュールサイクルまたはブレイトンサイクルで、ガスタービンサイクルであり、もう1つは ランキンサイクルで、蒸気タービンサイクルです。^[5]ガスタービン発電所サイクルであるサイクル1-2-3-4-1はトッピングサイクルです。これは、高温領域で発生する熱と仕事の伝達プロセスを表しています。

ランキン蒸気サイクルであるサイクル abcdefa は、より低い温度で行われ、ボトミング サイクルとして知られています。高温の排気ガスから水と蒸気への熱エネルギーの伝達は、ボトミング サイクルの廃熱回収ボイラーで行われます。定圧プロセス 4-1 の間、ガスタービンからの排気ガスは熱を放出します。給水、湿った蒸気、過熱蒸気は、プロセス ab、bc、cd でこの熱の一部を吸収します。

蒸気発電所は、ガスタービン発電所からの高温の排気ガスから入力熱を取ります。^{[5]このようにして生成された蒸気は}、蒸気タービンを駆動するために使用できます。廃熱回収ボイラー（WHRB）は、エコノマイザー、蒸発器、過熱器の3つのセクションで構成されています。

チェンサイクルは、蒸気タービンを廃止し、燃焼タービンに直接蒸気を注入する複合サイクルの簡略化された形式です。これは 1970 年代半ばから使用されており、全体的な複雑さを軽減しながら廃熱を回収できますが、真の複合サイクル システムの追加電力と冗長性は失われます。追加の蒸気タービンや発電機がないため、バックアップまたは補助電力として使用することはできません。1976 年に設計の特許を取得したアメリカの教授 DY Cheng にちなんで名付けられました。^[6]

熱機関の効率、つまり入力熱エネルギーのうち有用な仕事に変換できる割合は、エンジンに入る熱とエンジンから出る排気熱の温度差によって制限されます。

火力発電所では、水が作動媒体です。高圧蒸気には、丈夫でかさばる部品が必要です。高温には、安価な鋼ではなく、ニッケルやコバルトで作られた高価な合金が必要です。これらの合金により、実用的な蒸気温度は 655 °C に制限されますが、蒸気プラントの下限温度は冷却水の温度によって決まります。これらの制限により、蒸気プラントの上限効率は 35～42% に固定されます。

オープンサーキット ガスタービン サイクルには、コンプレッサー、燃焼器、タービンがあります。ガスタービンの場合、高温高圧に耐えなければならない金属の量が少なく、高価な材料の使用量を少なくすることができます。このタイプのサイクルでは、タービンへの入力温度 (燃焼温度) は比較的高くなります (900 ～ 1,400 °C)。排気ガスの出力温度も高くなります (450 ～ 650 °C)。したがって、この温度は、蒸気を作動流体として使用する 2 番目のサイクル (ランキン サイクル) に熱を供給するのに十分な高さです。

複合サイクル発電所では、ガスタービンの排気熱を利用して、蒸気温度が 420 ～ 580 °C の熱回収蒸気発生器(HRSG)に通して蒸気を生成します。ランキンサイクルの凝縮器は通常、湖、川、海、または冷却塔からの水で冷却されます。この温度は 15 °C まで下がることがあります。

プラントの規模はプラントのコストに大きく影響します。プラントの規模が大きいほど、規模の経済性（キロワットあたりの初期コストが低い）と効率性の向上というメリットが得られます。

大規模な発電の場合、典型的なセットは 270 MW の一次ガスタービンと 130 MW の二次蒸気タービンを連結したもので、合計出力は 400 MW になります。典型的な発電所は、このようなセットを 1 ～ 6 個備えている場合があります。

大規模発電用のガスタービンは、少なくとも 4 つの別々のグループ、ゼネラルエレクトリック、シーメンス、三菱日立、アンサルドエネルギアによって製造されています。これらのグループは、300 MW (60 Hz 用途) および 400 MW (50 Hz 用途) を超えるサイズのガスタービンの開発、テスト、および/または販売も行っています。複合サイクルユニットは、1 つ以上のこのようなガスタービンで構成され、各ガスタービンには廃熱蒸気発生器が 1 つまたは複数の蒸気タービンに蒸気を供給するように配置され、複合サイクルブロックまたはユニットを形成します。3 つの主要メーカー (アルストム、ゼネラルエレクトリック、シーメンス) が提供する複合サイクルブロックのサイズは、50 MW から 1300 MW をはるかに超えるものまでさまざまで、コストは 1kW あたり 670 ドル近くになります。^[7]

熱回収ボイラーは、上記のCOGAS図の項目5です。高温のガスタービン排気は、過熱器に入り、蒸発器を通過し、最後にエコノマイザセクションを通過してボイラーから排出されます。給水はエコノマイザから入り、水または蒸気回路で飽和温度に達した後に排出されます。最後に、給水は蒸発器と過熱器を通過します。熱回収ボイラーに入るガスの温度が高い場合、排出されるガスの温度も高くなります。^[5]

高温サイクルから排出されるガスから最大限の熱を除去するために、二重圧力ボイラーがよく採用されます。^[5] このボイラーには2つの水/蒸気ドラムがあります。低圧ドラムは低圧エコノマイザーまたは蒸発器に接続されています。低圧蒸気はタービン排気ガスの低温ゾーンで生成されます。低圧蒸気は低温タービンに供給されます。低圧回路には過熱器を設けることができます。

低圧部から供給された給水の一部は、ブースターポンプによって高圧エコノマイザに送られ、このエコノマイザで飽和温度まで加熱されます。この飽和水はボイラの高温部を通過し、高圧タービンに供給されます。

HRSGは、ガスタービンの後で補助燃料を燃焼するように設計できます。補助バーナーはダクトバーナーとも呼ばれます。ダクト燃焼は、タービンの排気ガス (煙道ガス) にはまだ酸素が含まれているため可能です。ガスタービンの入口の温度制限により、タービンは燃料を燃焼するために最適な化学量論比を超える過剰空気を使用する必要があります。ガスタービンの設計では、圧縮空気の流れの一部がバーナーをバイパスしてタービンブレードを冷却することがよくあります。タービンの排気はすでに高温であるため、従来の蒸気プラントのように再生空気予熱器は必要ありません。ただし、ダクトに直接新鮮な空気を吹き込むファンにより、ガスタービンが動作できないときでもダクト燃焼蒸気プラントを動作させることができます。

補助燃焼がない場合、複合サイクル発電所の熱効率は高くなります。しかし、より柔軟なプラント運用により、船舶が機器の故障時にも運航できるため、海洋 CCGT はより安全になります。柔軟な固定プラントはより多くの収益を上げることができます。ダクト燃焼により煙道温度が上昇し、蒸気の量または温度が上昇します (例: 84 bar、525 ℃)。これにより、蒸気サイクルの効率が向上します。補助燃焼により、ダクトバーナーは部分負荷で非常に優れた効率を発揮できるため、プラントは電気負荷の変動に対応できます。これにより、別のユニットの故障を補うために、より高い蒸気生産が可能になります。また、経済的な補助燃料として、蒸気発生器で石炭を燃焼させることもできます。

補助燃焼により、排気温度を 600 °C (GT 排気) から 800 °C または 1000 °C まで上げることができます。補助燃焼では、ほとんどの複合サイクルの効率は上がりません。単一ボイラーの場合、700～750 °C まで燃焼すると効率が上がりますが、複数ボイラーの場合は、プラントの柔軟性が最大の魅力になります。

「最大補助燃焼」とは、ガスタービンの排気ガスに含まれる酸素を利用して、最大限の燃料を燃焼させる状態です。

複合サイクル発電所は通常、天然ガスで稼働しますが、燃料油、合成ガス、またはその他の燃料を使用することもできます。補助燃料は、天然ガス、燃料油、または石炭です。バイオ燃料も使用できます。統合型太陽熱複合サイクル発電所は、太陽放射から得られるエネルギーを別の燃料と組み合わせて、燃料費と環境への影響を削減します ( ISCC セクションを参照)。多くの次世代原子力発電所は、ブレイトントップサイクルのより高い温度範囲と、ランキンボトミングサイクルによる熱効率の向上を活用できます。

ガスパイプラインの延長が現実的でなかったり、経済的に正当化できない場合、遠隔地の電力需要は、再生可能燃料を使用する小規模な複合サイクル発電所で満たすことができます。これらの発電所は、天然ガスの代わりに、農村部で容易に入手できることが多い農業廃棄物や林業廃棄物をガス化して燃焼させます。

ガスタービンは主に天然ガスと軽油を燃焼します。原油、残留油、一部の留出油には腐食性成分が含まれているため、燃料処理装置が必要です。さらに、これらの燃料の灰の堆積により、ガスタービンの出力が最大 15% 低下します。ただし、特に複合サイクル発電所では、経済的に魅力的な燃料である可能性があります。

ナトリウムとカリウムは、水洗浄手順によって残留物、原油、および重質留出物から除去されます。より単純で安価な精製システムで、軽質原油と軽質留出物に対しても同じ効果が得られます。バナジウムが存在する場合は、腐食効果を軽減するためにマグネシウム添加システムも必要になる場合があります。このような処理を必要とする燃料には、ガスタービンの信頼性が高くメンテナンスの少ない動作を保証するために、別の燃料処理プラントと正確な燃料監視システムが必要です。

Xcel Energyは、米国中西部に天然ガスに30%の水素を混合できる天然ガス発電所2基を建設する予定です。 ^[8] インターマウンテン発電所は、同じく30%の水素で稼働できる天然ガス/水素発電所に改造されており、2045年までに純水素で稼働する予定です。^{[9]しかし、低炭素水素は}肥料製造など脱炭素化が難しいものに使用すべきだと考える人もいるため、発電には十分ではないかもしれません。^[10]

複合サイクル システムには、単軸構成と多軸構成があります。また、蒸気システムにもいくつかの構成があります。

最も燃料効率の高い発電サイクルは、モジュール式の事前設計コンポーネントを備えた非燃焼式熱回収蒸気発生器 (HRSG) を使用します。これらの非燃焼式蒸気サイクルは初期コストも最も低く、ユニットとして設置される単一シャフト システムの一部であることが多いです。

補助燃焼および多軸複合サイクル システムは通常、特定の燃料、用途、または状況に合わせて選択されます。たとえば、コジェネレーション複合サイクル システムでは、より多くの熱またはより高い温度が必要になる場合があり、電力はそれほど優先されません。補助燃焼を備えた多軸システムは、より広い範囲の温度または熱を電力に供給できます。褐炭や泥炭などの低品質の燃料を燃焼するシステムでは、従来のガス タービンで必要となるさらに高価な燃料処理およびガス化を回避するために、比較的高価なクローズド サイクル ヘリウム タービンをトッピング サイクルとして使用する場合があります。

一般的な単軸システムには、ガスタービン 1 台、蒸気タービン 1 台、発電機 1 台、および熱回収蒸気発生器 (HRSG) 1 台が含まれます。ガスタービンと蒸気タービンは両方とも、1 つのシャフト上の 1 つの発電機に連動して接続されています。この配置は操作が簡単で、小型で、始動コストが低くなります。

単軸配置は、多軸システムよりも柔軟性と信頼性が低くなる可能性があります。ある程度の費用を支払えば、運用上の柔軟性を追加する方法があります。ほとんどの場合、オペレーターはガスタービンをピークプラントとして運用することを望みます。これらのプラントでは、蒸気タービンのシャフトを同期自動シフト(SSS)クラッチで切り離し、^[11]ガスタービンの起動または単純サイクル操作を行うことができます。もう1つのあまり一般的ではないオプションセットは、信頼性を高めるために蒸気タービンの熱を増やしたりスタンドアロン操作したりできるようにします。ダクト燃焼。ダクトに新鮮な空気送風機とシャフトのガスタービン側にクラッチを配置します。

マルチシャフト システムは通常、最大 3 基のガスタービンに対して 1 つの蒸気システムのみを備えています。大型の蒸気タービンとヒートシンクを 1 つだけ備えているため、規模の経済性が得られ、運用と保守のコストを削減できます。大型の蒸気タービンでは、より高い圧力を使用できるため、蒸気サイクルの効率が向上します。ただし、マルチシャフト システムでは初期コストが約 5% 高くなります。

全体的なプラントの規模とそれに伴う必要なガスタービンの数によって、どのタイプのプラントがより経済的であるかも決まります。単軸複合サイクル発電所の集合体は、機器の数が多いため、運用と保守のコストが高くなる可能性があります。ただし、必要に応じてプラントの容量を追加できるため、金利コストを節約できます。

多重圧力再熱蒸気サイクルは、排気ガス温度が 600 °C 近くのガスタービンを備えた複合サイクル システムに適用されます。単一圧力および多重圧力非再熱蒸気サイクルは、排気ガス温度が 540 °C 以下のガスタービンを備えた複合サイクル システムに適用されます。特定の用途に対する蒸気サイクルの選択は、プラントの設置コスト、燃料コストと品質、デューティ サイクル、および金利、ビジネス リスク、運用と保守のコストを考慮した経済評価によって決定されます。

ガスサイクルと蒸気サイクルの両方を組み合わせることで、高い入力温度と低い出力温度を実現できます。サイクルの効率は、同じ燃料源で駆動されるため、加算されます。したがって、複合サイクルプラントは、ガスタービンの高燃焼温度と蒸気サイクルの凝縮器からの廃熱温度の間で動作する熱力学サイクルを備えています。この広い範囲は、サイクルのカルノー効率が高いことを意味します。実際の効率はカルノー効率より低いですが、それでもどちらかのプラント単独の効率よりも高くなります。^{[12] [13]}

複合サイクル発電所の電気効率は、消費された燃料の低位発熱量に対する生産される電気エネルギーの割合として計算すると、新品、つまり経年劣化していない状態で連続出力で稼働している理想的な条件では 60% を超えることがあります。

シングルサイクル熱ユニットと同様に、複合サイクルユニットも、工業プロセス、地域暖房、その他の用途に低温熱エネルギーを供給することができます。これはコジェネレーションと呼ばれ、このような発電所は熱電併給 (CHP) プラントと呼ばれることがよくあります。

一般に、稼働中の複合サイクル効率は、低位発熱量および総出力ベースで 50% を超えます。ほとんどの複合サイクル ユニット、特に大型ユニットは、LHV ベースで 55 ～ 59% のピーク定常効率を備えています。

複合サイクルの制限は、連続出力で動作していないときに効率が低下することです。起動時に、2 番目のサイクルが起動するまでに時間がかかることがあります。したがって、2 番目のサイクルが実行されるまでは、最初は効率が大幅に低下します。2 番目のサイクルが実行されるには 1 時間以上かかることがあります。

熱機関の効率は、凝縮ボイラー で回収される蒸発潜熱を含む燃料の高位発熱量(HHV) 、またはそれを除いた低位発熱量(LHV) に基づいて決定されます。メタンの HHVは 55.50 MJ/kg (23,860 BTU/lb) で、LHV の 50.00 MJ/kg (21,500 BTU/lb) と比較して 11% 増加しています。

タービンの効率は、燃焼がより高温で行われると向上し、作動流体がより膨張します。したがって、効率は、タービンブレードの第 1 段が高温に耐えられるかどうかによって制限されます。冷却と材料の研究は継続されています。航空機から採用された一般的な技術は、冷却剤で高温段のタービンブレードを加圧することです。これは、タービンブレードの空力効率を改善するために独自の方法で放出されます。さまざまなベンダーがさまざまな冷却剤を試してきました。空気が一般的ですが、蒸気の使用が増えています。一部のベンダーは、軍用航空機エンジンではすでに一般的な技術である単結晶タービンブレードを高温セクションで使用する可能性があります。

CCGT と GT の効率は、燃焼空気を予冷することでも高めることができます。これにより密度が高まり、タービンの膨張比も高まります。これは暑い気候で行われ、出力を増大させる効果もあります。これは、タービンの入口に配置された湿ったマトリックスを使用して水を蒸発冷却するか、氷蓄熱空調を使用することで実現されます。後者は、利用できる温度が低いため、より大きな改善が得られるという利点があります。さらに、氷蓄熱は、電力需要が低い期間に氷を作ることができるため、負荷制御または負荷シフトの手段として使用できます。また、将来的には、特定の期間に再生可能エネルギーなどの他のリソースが大量に利用可能になると予想されます。

燃焼技術は、燃料、ガス化、炭化のすべてが燃料効率に影響するため、独自のものですが、非常に活発な研究分野です。典型的な焦点は、空気力学と化学のコンピューター シミュレーションを組み合わせて、燃料が完全に燃焼し、高温の排気ガスによる汚染と希釈を最小限に抑える燃焼器の設計を見つけることです。一部の燃焼器は、空気や蒸気などの他の物質を注入して、硝酸塩やオゾンの生成を減らし、汚染を減らします。

もう一つの活発な研究分野はランキンサイクルの蒸気発生器です。典型的な発電所ではすでに二段式蒸気タービンが使用されており、二段間で蒸気を再加熱しています。熱交換器の熱伝導率を改善できれば、効率が向上します。原子炉の場合と同様に、チューブをより薄くすることができます（たとえば、より強度の高い、またはより耐腐食性の高い鋼から）。別のアプローチでは、腐食しないシリコンカーバイドサンドイッチを使用するかもしれません。^[14]

改良ランキンサイクルの開発も進められています。有望な分野としては、アンモニアと水の混合物^[15]と超臨界二酸化炭素を利用するタービン^{[16]の2つがあります。}

現代の CCGT プラントには、燃料、機器、温度、湿度、圧力のあらゆる選択に合わせて正確に調整されたソフトウェアも必要です。プラントが改良されると、ソフトウェアは動くターゲットになります。また、新しい CCGT プラントの数百万ドルの試作品では実際の時間が限られているため、CCGT ソフトウェアのテストには費用がかかります。テストでは通常、通常とは異なる燃料や条件をシミュレートしますが、実際の機器で測定された選択されたデータ ポイントを使用してシミュレーションを検証します。

より高い効率を達成するための競争が活発に行われています。タービン入口温度を 1,370 °C (2,500 °F) にすることを目標とした研究により、さらに効率の高い複合サイクルが実現しました。^[要出典]

バグランベイ発電所では、GE HテクノロジーガスタービンとNEM 3圧力再熱ボイラーを使用し、熱回収蒸気発生器（HRSG）からの蒸気を使用してタービンブレードを冷却することで、ほぼ60％のLHV効率（54％のHHV効率）が達成されました。^[要出典]

2011年5月、シーメンスAGはイルシング発電所の578メガワットのSGT5-8000Hガスタービンで60.75%の効率を達成したと発表した。^[17]

中部電力名古屋市西区の発電所（405MW、7HA）は、総複合サイクル効率62％を達成すると予想されている。^[18]

2016年4月28日、ブーシャンにあるフランス電力公社が運営する発電所が、62.22%という世界で最も効率的な複合サイクル発電所としてギネス世界記録に認定された。この発電所はゼネラルエレクトリック9HAを使用しており、単純サイクル効率は41.5%、複合サイクルモードでは61.4%、ガスタービン出力は397MW～470MW、複合出力は592MW～701MWである。燃焼温度は2,600～2,900°F（1,430～1,590°C）で、全体の圧力比は21.8対1である。^[19]

2016年12月、三菱はJシリーズタービンの一部でLHV効率が63%以上であると主張した。^[20]

2017年12月、GEは最新の826MWのHAプラントの発電量が63.7%から64%に増加したと発表した。これは付加製造と燃焼の進歩によるものだと同社は述べた。同社のプレスリリースでは、2020年代初頭までに65%を達成する計画だと述べられている。^[1]

統合ガス化複合発電（ IGCC）は、合成ガス（合成ガス）を使用する発電所です。合成ガスは、石炭やバイオマスなど、さまざまな資源から生成できます。このシステムでは、ガスタービンと蒸気タービンを使用し、蒸気タービンはガスタービンの余熱で稼働します。このプロセスにより、発電効率を約 50% まで高めることができます。

太陽熱複合発電（ISCC ）は、太陽熱フィールドを複合サイクルプラント内に統合したハイブリッド技術です。ISCCプラントでは、太陽エネルギーを補助熱源として使用して蒸気サイクルをサポートし、発電能力の向上や化石燃料の使用量の削減につながります。^[21]

熱力学的な利点としては、毎日の蒸気タービンの起動損失がなくなることである。^[22]

複合サイクル発電所の負荷出力を制限する主な要因は、蒸気タービンの許容圧力および温度過渡現象、および必要な蒸気化学条件を確立するための熱回収蒸気発生器の待機時間、およびプラントの残りの部分とメイン配管システムのウォームアップ時間です。これらの制限は、待機時間を必要とするため、ガスタービンの高速起動機能にも影響します。また、待機中のガスタービンはガスを消費します。太陽熱コンポーネントは、プラントが日光の後に起動する場合、または蓄熱がある場合はその前に起動する場合、蒸気を必要な条件に予熱できます。つまり、プラントは、動作条件に達する前に、より速く、より少ないガス消費で起動します。^[23]経済的な利点は、太陽熱コンポーネントのコストが、同じコレクター表面の太陽エネルギー発電システムプラントの25％から75％であることです。 ^[24]

最初にオンラインになったこうしたシステムは、2010年にイタリアのアルキメデ複合サイクル発電所でした。[ 25 ]^その後、フロリダのマーティン次世代太陽エネルギーセンター、2011年にはエジプトのクライマットISCC発電所、イランのヤズド発電所、^{[26] [27]}アルジェリアのハッシ・ルメル、モロッコのアインベニ・マタールが続きました。オーストラリアでは、CSエナジーのコーガン・クリークとマッコーリー・ジェネレーションのリデル発電所が、ソーラーフレネルブーストセクション（44MWと9MW） の建設を開始しましたが、プロジェクトは実行されませんでした。

最も成功している複合サイクルでは、電力供給の基幹サイクルは従来の蒸気ランキンサイクルです。

寒冷気候の地域（フィンランドなど）では、蒸気発電所の凝縮器の熱を利用してコミュニティ暖房システムを稼働させることがすでに一般的です。このようなコジェネレーションシステムは、理論上 95% を超える効率を実現できます。

蒸気凝縮器の排熱から電気を生成するボトミングサイクルは理論的には可能ですが、従来のタービンは経済的に不利なほど大きくなっています。凝縮蒸気と外気または水との間の温度差が小さいため、タービンを駆動するには非常に大きな質量移動が必要です。

実際には実現されていないものの、空気の渦はボトミング サイクルの質量流を集中させることができます。ボルテックス エンジンの理論的研究によると、大規模に構築された場合、大規模な蒸気ランキン サイクル発電所にとって経済的なボトミング サイクルになります。

複合サイクル水素発電所は、複合サイクル発電所で水素を使用する発電所です。グリーン水素複合サイクル発電所は、電気分解と再燃焼後の効率がわずか40％程度であり、バッテリー貯蔵と比較して長期的なエネルギー貯蔵の実行可能なオプションです。 天然ガス発電所は、最小限の改修で水素発電所に転換するか、天然ガスと水素を混合することができます。^{[29] [30]}

天然ガス発電所は、水素は天然ガスよりも密度が低いため、バーナーへの入口パイプを広くして流量を増やし、水素は水素脆化を引き起こす可能性があるため適切な材料を使用することで、水素への移行を念頭に置いて設計することができます。

現在の電気分解プラントは、大規模発電所に必要な規模の水素を供給する能力がありません。現場での電気分解が必要になる可能性があり、大量の水素を貯蔵するには、それが液体水素ではなく圧縮水素のみである場合、多くのスペースが必要になります。パイプラインで水素脆化が発生する可能性がありますが、316Lステンレス鋼のパイプラインは、圧縮天然ガスが配管される50バール（単位）を超える圧縮水素を処理できます。または、水素用にもっと広いパイプラインを構築することもできます。ポリエチレンまたは繊維強化ポリマーのパイプラインも使用できます。

水素を燃料として燃焼させると二酸化炭素は生成されませんが、水素の炎の温度が高いため亜酸化窒素がより多く生成されます。選択触媒還元プロセスを実施して、 NO₂を窒素と水だけに分解することができます。燃焼中の水素反応から排出されるのは水蒸気であり、亜酸化窒素を生成する高い燃焼温度を下げるための 希釈剤として使用できます。

水素炎から出る水蒸気によるタービンの 腐食により、プラントの寿命が短くなったり、部品をより頻繁に交換する必要が生じる可能性があります。

水素は最も小さく軽い元素であり、接続点や接合部から漏れやすくなります。水素は急速に拡散するため、爆発が緩和されます。また、水素の炎は、通常の炎ほど目に見えません。

風力と太陽光発電は変動性のある再生可能エネルギー源であり、ベースロードエネルギーほど安定していません。水素は、再生可能エネルギーが過剰に生産されたときに電気分解によって余剰エネルギーを捕捉し、生産量が少ないときにそのエネルギーで不足分を補うことにより、再生可能エネルギーを支援できます。

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• 蒸気・ガスタービンおよび発電所工学 ISBN C039000000001、R Yadav.、Sanjay.、Rajay、Central Publishing House、アラハバード
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