본 논문에서는 가스터빈, 폐열회수보일러, 증기터빈으로 구성된 가스터빈 복합발전(Gas turbine combined cycle, GTCC)에 수소 혼소를 적용하였으며, 다양한 운전 범위에서의 시스템 성능 변화를 분석하였다.
첫 번째로 수소 혼소 적용 시, 터빈 입구 온도(Turbine inlet temperature, TIT)가 일정하게 유지되고 압축기 입구의 가변입구안내깃(Variable inlet guide vane, VIGV) 각도가 최대 개방(Fully open)인 조건에서 가스터빈과 GTCC의 성능 변화를 분석하였다. 수소 혼소 적용 시, 연소 가스의 물성치 변화, 가스터빈과 증기터빈의 출력 변화를 분석하였으며, 수소 전소 기준, GTCC의 출력과 효율은 각각 2.64%, 0.656%p 증가하였다.
두 번째로 천연가스 기반 GTCC의 정격출력을 만족하는 세 가지 운전 전략들을 제안하였다. GTCC 정격출력을 만족하기 위해 압축기 입구의 VIGV 각도와 연료 유량을 조작변수로 설정하였다. 각 운전 전략을 GTCC에 적용하였을 때, 가스터빈과 증기터빈의 출력 변화율을 분석하였으며, 수소 혼소율에 따른 GTCC 효율 변화를 분석하였다. 세 가지 운전 전략들을 적용하였을 때, 모두 GTCC 효율이 증가하는 것을 확인하였으며, 수소 전소 기준, 최대 0.73%p까지 증가하는 운전 전략을 도출하였다.
세 번째로 가스터빈 부분부하 운전 시, 수소 혼소율에 따른 GTCC 효율 변화를 분석하였다. 부분부하 운전 시, 하부사이클 성능 향상을 위해 VIGV 제어를 이용하여 TET를 650[℃]까지 증가시켰으며, 해당 온도에 도달한 후, 50% 가스터빈 부하까지 일정하게 유지하였다. 수소 혼소율이 증가할수록 부분부하 운전 시, 가스터빈과 GTCC 효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 해당 운전 조건에서 외기온 변화에 따른 GTCC 효율 변화를 분석하였다. 외기온 변화에 따라 가스터빈과 증기터빈 출력에 영향을 주는 물성치간의 상쇄 효과가 발생하며, ISO 조건인 경우, 다른 외기온보다 높은 GTCC 효율을 가지는 것을 확인하였다.