가스터빈의 부분부하 성능(Part load performance) 예측 시, 구성하는 기기의 설계 및 탈설계 모델링에 따라 예측 정확도에 차이가 발생한다. 실제 운전과 성능 예측치의 오차를 감소시킬 수 있는 정확한 해석 모델링을 통해 가스터빈의 운전 안정성을 제고할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 성능 해석 프로그램을 이용하여 다양한 해석 모델 비교를 통해 실제 가스터빈 성능을 정확하게 예측할 수 있는 모델을 제안하였다.
성능 해석 프로그램을 이용하여 정격회전속도로 운전하는 GE사의 7F.04 가스터빈 기종의 최대부하부터 최소부하까지의 운전 구간에 대하여 4가지 모델들을 대상으로 시뮬레이션을 수행하고, 계산된 성능 파라미터들을 실제 운전데이터와 비교하였다. 설계 모델링 측면에서는 압축기의 끝단에서만 냉각공기를 추기하는 간소화된 압축기 추기 모델과 중간단과 끝단에서 냉각공기를 추기하는 구체화된 압축기 추기 모델을 비교하였다. 탈설계 모델링 측면에서는 전체 팽창과정에 대해 터빈을 초킹(Choking) 상태로 가정하는 간소화된 터빈 해석 모델과 터빈 성능선도(Turbine performance map)를 사용하는 터빈 해석 모델을 비교하였다. 그 후, 예측 정확도가 가장 우수한 모델을 선정하고, 터빈 출구 온도를 제어하는 구간에 대하여 다양한 외기온 범위에 따른 부분부하 운전 시뮬레이션을 통해 예측 정확도를 검증하였다.
비교 결과, 간소화된 압축기 추기 모델 및 초킹을 가정한 터빈 해석 모델은 터빈 출구 온도, 압축기 출구 온도, 압력비, 연료유량에서 평균 절대비 오차가 각각 9.52%, 1.20%, 2.36%, 3.05%로 가장 높게 발생하였다. 반면, 구체화된 압축기 추기 모델 및 터빈 성능선도를 사용하는 경우에는 전체 부하 범위에서 터빈 냉각에 더 효과적이었으며, 부하가 낮아짐에 따라 터빈효율과 무차원유량의 감소를 반영하여 각각 0.71%, 0.59%, 1.84%, 0.76%로 오차가 감소하였다. 또한 해당 모델은 5℃부터 25℃까지의 외기온 범위의 부분부하 운전에서 최대 오차가 2% 내외로서 실제 운전에 대한 우수한 성능 예측 정확도를 보였다.