第 10 章 重型燃氣渦輪與聯合循環發電（CCGT）#
10.2 燃氣-蒸汽聯合循環（CCGT）：將燃氣渦輪排氣廢熱二次利用、突破 60% 熱效率的天花板#
10.2.1 一個簡單的加法：圓溫差補位#
聯合循環（Combined Cycle Gas Turbine）的想法用一條公式即可說明：燃氣渦輪的排氣雖然已做過功，但溫度仍在 550–650°C——拿到廢熱鍋爐（HRSG）情商二次產汽、驅動蒸汽渦輪：
\[ \eta_{CC} = \eta_{GT} + \eta_{ST}(1-\eta_{GT}) \]
以 \(\eta_{GT}\approx 0.42\)、\(\eta_{ST}\approx 0.32\) 計，\(\eta_{CC}\approx 0.61\)——六成效率。今日最有效率 CCGT（如 GE 9HA、Siemens H-class 級）於 2016 時實機突破 62–63%。
10.2.2 CCGT 對電力文明的影響#
發展歷程：
| 年代 | 意義 |
|---|---|
| 1970–80s | 燃汽一體機（BBC、GE）首果 |
| 1990s | 200–500 MW 級 CC 廠普及 |
| 2000s–10s | 天然氣撿底、美國沙漠化煤燃料替換浪潮 |
| 2020s | 燃氣機結合碳捕集（CCUS）普研 |
制度效果：電力結構與能源安全重新分工——美國 1990s 起大量煤電被天然氣聯合循環取代；德國推進 Energiewende；中東與南亞多以燃氣為基載。高效率加上天然氣低碳強度，使 CCGT 比其他化石基載更具優勢。
10.2.3 實屬工程：控制、啟停調峰與數位化工廠#
- 快速啟停（fast cycle）：現代 CCGT 首次啟動至全載約 10 分鐘（其次數百次冲裝壽命），可配合風電、太陽能的波動；
- 雙堆（multi-shaft）與單套軸（single-shaft）選型；
- 數位化監控：動態燃燒監控（如 GE DLN），為快速啟停與寬幅運行制定疆域。
10.2.4 前因後果#
- 前因：10.1 溫度競賽＋蒸汽渦輪工業的成熟＋天然氣供應。
- 事件：1980s–2010s 聯合循環效率的提升及全球普及。
- 後果：CCGT 以效率、速度、彈性三重優勢倒逼新技術；頁岩氣革命（2009–）與煤氣替換（Climate）推動基載大落；11 章的氫、sCO2、聚變——則以碳零與效率的新循環繼承其發展路線。
下一節：10.3 單晶葉片與 CMC