有關 燃氣渦輪機之動力廠之設備佈置圖 燃氣渦輪機又有何優缺點

燃氣渦輪機之應用與效能提升

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燃氣渦輪發動機

近年來，較新式的電廠多以氣渦輪機為主要的發電設備，可依需求作為單循環系統（Simple Cycle）使用或與蒸汽渦輪機搭配成為複循環系統。一般氣渦輪機使用低汙染的天然氣為燃料且燃氣渦輪汽電共生系統的單位製程蒸汽所能產生的電力約為背壓式蒸汽渦輪機系統之4~6倍。

燃氣渦輪機汽電共生系統之優點有：
(a)排氣溫度高
(b)廢熱回收率高
(c)每單位發電量的重量輕，造價低及安裝容易
(d)操作保養容易
(e)可靠性高
資料來源

大部分產生電力的設備皆以燃燒石化燃料為主。我們常見的原動力廠藉著燒煤、油或是天然瓦斯所形成的熱，使得鍋爐產生足夠的高壓過熱蒸氣，進而推動蒸氣渦輪機的葉片使之旋轉，再帶動發電機切割磁場產生電力。作完功的低壓水蒸氣離開蒸氣渦輪機並進入凝結器，與冷卻水進行熱交換而凝結為低壓的液態水。由於需要大量的冷卻水，火力發電廠通常建在海邊或河、湖附近。而原本低溫之冷卻水吸熱後變成溫水排入海中造成熱污染，如珊瑚白化、秘雕魚等，近年來已受到廣泛的討論。離開凝結器的凝結水會在幫浦中加壓，成為高壓低溫水，再流回鍋爐，如此循環產生蒸氣動力。 

此外，若配合其他附屬設備，如過熱器、空氣預熱器或省能器將可提升效率。燃燒後之廢氣溫度仍高，若直接由煙囪排出，將形成熱損失。藉由省能器使幫浦加壓之後的低溫水先吸取熱量提高水溫，可將廢熱回收利用。空氣預熱器與省能器有類似的廢熱回收作用，不同之處為空氣預熱器利用廢氣餘熱預熱新鮮冷空氣成為暖空氣。而大型電廠為了降低爐內燃燒溫度以減少氮氧化物排放，一般會採用煙道氣再循環的方法，亦即有一部分煙道氣在進入空氣預熱器之前會被煙道氣再循環的風扇導入爐內。另外，從遠處即可看見矗立於電廠中的高聳煙囪，其作用是將來自燃燒室的燃燒生成物排放至大氣中。煙道氣排放之前需先經靜電集塵器除去粒狀污染物、排煙脫硫除去硫氧化物、排煙脫硝除去氮氧化物等燃燒後處理設備的降污處理後，才可經由煙囪排放至大氣中。 

因此，如何選用潔淨的燃料，研發低污染的燃燒系統，並藉由燃燒技術的改進，善用燃燒調整控制及燃燒後處理技術等，以節約能源，降低污染排放是刻不容緩的重要課題。 

鍋爐猶如火力發電廠的心臟，儲存於燃料中的化學能經燃燒後轉化為大量熱能，鍋爐內的水吸取熱能後轉變為高壓、高溫的過熱蒸氣，經過蒸氣渦輪機的作用將工作流體的熱能變成動能，推動發電機又將機械能轉變為電能，供人類利用。這一連串不同的能量形式轉換，燃燒扮演了舉足輕重的角色。 

除了大型蒸氣火力發電廠外，還有因應尖峰用電或緊急救援用的內燃機動力廠。汽油引擎、柴油引擎或是燒替代燃料的引擎，其基本原理都是將燃料直接在引擎汽缸內燃燒，利用燃燒後產生高壓氣的能量推動活塞，並帶動曲柄軸旋轉運動而輸出動力，該動力之機械能可藉發電機將其轉變成電能而輸出，或驅動輪軸達到傳送的目的。雖然以內燃機驅動的發電機不多，但是在某些方面的應用上卻有實質的優點，例如，汽油引擎由於可在極短的時間內啟動，故可應用於緊急情況，惟通常馬力不大，不會超過數百馬力。而柴油引擎可使用的引擎尺寸就比較大，因此常用於大型工業動力廠，輔助或緊急支援用電。此外，一般大型醫院或大樓的發電機以及夜市或路邊攤常見的照明用小型發電機，亦多屬於此類。 

內燃式燃氣渦輪機之崛起進而快速發展，主要是肇因於噴射推進引擎在航空太空工程上的應用。現今燃氣渦輪機的應用範圍已相當廣泛，除應用於工業用動力廠外，亦可用於驅動壓縮機、幫浦或小型發電機，交通運輸上則可用於火車、船舶及飛機等。 

所有電力系統都有短暫的極高負荷時期，稱之為尖峰負荷。因尖峰負荷的時間較短暫，故燃料費相對較不重要。由於燃氣渦輪機之輸送安裝時間較短且啟動快速，不像蒸汽動力廠之設置、啟動需要較長時間，因此非常適合在尖峰負荷時供應電力。此外，燃氣渦輪機亦極適合用於緊急狀況下的電力支援，例如，電廠電力設備損壞、電力輸送線中斷、或水力發電廠在低水位期間無法操作供電時，可以快速裝置燃氣渦輪機及時供應電力。 
參考資料