โรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมคือการรวมกันของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานร่วมกันจากแหล่งความร้อนเดียวกัน โดยแปลงความร้อนนั้นเป็นพลังงานกลบนบก เมื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้าประเภทที่พบมากที่สุดเรียกว่า โรงไฟฟ้า กังหันก๊าซแบบวงจรผสม ( CCGT ) ซึ่งเป็น โรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งหลักการเดียวกันนี้ยังใช้ในการขับเคลื่อนทางทะเล ซึ่งเรียกว่า โรงไฟฟ้า ก๊าซและไอน้ำแบบผสม (COGAS) การรวมวงจรทางเทอร์โมไดนามิกสองวงจรขึ้นไปเข้าด้วยกันจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนเชื้อเพลิง

หลักการคือ หลังจากที่สารทำงาน (ไอเสีย) ครบวงจรการทำงานในเครื่องยนต์แรก (โดยปกติคือเครื่องยนต์กังหันแก๊ส) แล้ว สารทำงานนั้นยังคงร้อนพอที่เครื่องยนต์ความร้อนตัวที่สองจะสามารถดึงพลังงานจากไอเสียได้ โดยปกติความร้อนจะผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้เครื่องยนต์ทั้งสองสามารถใช้สารทำงานที่แตกต่างกันได้

ด้วยการสร้างพลังงานจากกระแสการทำงานหลายกระแส ประสิทธิภาพโดยรวมสามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 50–60% กล่าวคือ จากประสิทธิภาพโดยรวมประมาณ 43% สำหรับวงจรแบบง่ายที่มีกังหันทำงานเพียงอย่างเดียว ไปจนถึงประสิทธิภาพสุทธิสูงถึง 64% เมื่อวงจรแบบผสมผสานทำงานเต็มรูปแบบ^{[ 1 ]}

สามารถใช้กังหันหลายขั้นตอนหรือวงจรไอน้ำได้เช่นกัน แต่โรงไฟฟ้า CCGT มีข้อดีทั้งในการผลิตไฟฟ้าและพลังงานสำหรับเรือ วงจรของกังหันก๊าซมักจะเริ่มทำงานได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งให้พลังงานได้ทันที วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้โรงไฟฟ้าเสริม ที่มีราคาแพง หรือช่วยให้เรือสามารถบังคับเลี้ยวได้ เมื่อเวลาผ่านไป วงจรไอน้ำรองจะอุ่นขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ดีขึ้น และให้พลังงานเพิ่มเติม

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2556 สถาบัน Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISEได้ประเมินต้นทุนพลังงานเฉลี่ยสำหรับโรงไฟฟ้าที่สร้างใหม่ในภาคไฟฟ้าของเยอรมนีโดยให้ต้นทุนระหว่าง 78 ถึง 100 ยูโร/MWh สำหรับโรงไฟฟ้า CCGT ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง^{[ 2 ]}นอกจากนี้ ต้นทุนการลงทุนของโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมยังค่อนข้างต่ำ อยู่ที่ประมาณ 1,000 ดอลลาร์สหรัฐ/kW ทำให้เป็นหนึ่งในประเภทการผลิตไฟฟ้าที่ติดตั้งได้ถูกที่สุด^{[ 3 ] [ 4 ]}

ในอดีต โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมแบบผสมผสานที่ประสบความสำเร็จมักใช้กังหันไอปรอทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและเซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลว โดยมีโรงไฟฟ้าไอน้ำสำหรับวงจร ล่างที่อุณหภูมิต่ำอย่างไรก็ตาม วงจรล่างที่อุณหภูมิต่ำมากนั้นมีต้นทุนสูงเกินไป เนื่องจากต้องใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่มากเพื่อรองรับการไหลของมวลสารจำนวนมากและความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย แต่ในสภาพอากาศหนาวเย็น การขายน้ำร้อนจากโรงไฟฟ้าเพื่อใช้เป็นน้ำร้อนและเครื่องทำความร้อนในอาคารเป็นเรื่องปกติ ท่อส่งที่มีฉนวนสุญญากาศสามารถช่วยให้ระบบสาธารณูปโภคนี้ส่งไปได้ไกลถึง 90 กิโลเมตร

ในโรงไฟฟ้าแบบอยู่กับที่และแบบลอยน้ำ โรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจะมีกังหันก๊าซ ขนาดใหญ่ (ทำงานตามวงจรเบรย์ตัน ) ไอเสียร้อนจากกังหันจะส่งพลังงานไปยังโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ (ทำงานตามวงจรแรงไคน์ ) นี่คือ โรงไฟฟ้า กังหันก๊าซแบบวงจรผสม ( CCGT ) โรงไฟฟ้าเหล่านี้มี ประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่แท้จริงที่ดีที่สุด(ดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง) ประมาณ 64% ในการทำงานที่โหลดพื้นฐาน ในทางตรงกันข้าม โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบวงจรเดี่ยวมีประสิทธิภาพจำกัดอยู่ที่ 35 ถึง 42% โรงไฟฟ้าใหม่หลายแห่งใช้ CCGT โรงไฟฟ้า CCGT แบบอยู่กับที่ใช้ก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซสังเคราะห์จากถ่านหิน เป็นเชื้อเพลิง ส่วนเรือใช้เชื้อเพลิง น้ำมัน

วัฏจักรเทอร์โมไดนามิกของวัฏจักรผสมพื้นฐานประกอบด้วยวัฏจักรโรงไฟฟ้าสองวัฏจักร หนึ่งคือวัฏจักรจูลหรือเบรย์ตันซึ่งเป็น วัฏจักร ของกังหันก๊าซและอีกหนึ่งคือวัฏจักรแรงไคน์ซึ่งเป็นวัฏจักรของกังหันไอน้ำ^{[ 5 ]}วัฏจักร1–2–3–4–1ซึ่งเป็น วัฏจักร โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซเป็นวัฏจักรท็อปปิ้งแสดงให้เห็นกระบวนการถ่ายเทความร้อนและงานที่เกิดขึ้นในบริเวณอุณหภูมิสูง

วัฏจักรa–b–c–d–e–f–aซึ่งเป็นวัฏจักรไอน้ำของแรงไคน์ เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า และเรียกว่าวัฏจักรล่าง (bottoming cycle ) การถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากก๊าซไอเสีย อุณหภูมิสูง ไปยังน้ำและไอน้ำเกิดขึ้นใน หม้อไอน้ำสำหรับกู้ คืนความร้อนเหลือทิ้งในวัฏจักรล่าง ในระหว่างกระบวนการความดันคงที่4–1ก๊าซไอเสียจากกังหันก๊าซจะปล่อยความร้อนออกมา น้ำป้อนและไอน้ำเปียกและไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะดูดซับความร้อนบางส่วนนี้ในกระบวนการa–b , b–cและc– d

โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำรับความร้อนจากก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูงจากโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ^{[ 5 ]}ไอน้ำที่เกิดขึ้นสามารถนำไปใช้ขับเคลื่อนกังหันไอน้ำได้ หม้อไอน้ำกู้คืนความร้อนเหลือทิ้ง (WHRB) ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ อีโคโนไมเซอร์ อีวาพอเรเตอร์ และซูเปอร์ฮีตเตอร์

วงจรเฉิงเป็นรูปแบบที่เรียบง่ายของวงจรผสม โดยที่กังหันไอน้ำถูกกำจัดออกไปโดยการฉีดไอน้ำเข้าไปในกังหันเผาไหม้โดยตรง วงจรนี้ถูกนำมาใช้ตั้งแต่กลางทศวรรษ 1970 และช่วยให้สามารถนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ได้โดยมีความซับซ้อนโดยรวมน้อยลง แต่ต้องแลกกับการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติมและความซ้ำซ้อนของระบบวงจรผสมที่แท้จริง วงจรนี้ไม่มีกังหันไอน้ำหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มเติม ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้เป็นพลังงานสำรองหรือพลังงานเสริมได้ วงจรนี้ตั้งชื่อตามศาสตราจารย์ชาวอเมริกัน DY Cheng ผู้จดสิทธิบัตรการออกแบบในปี 1976 ^{[ 6 ]}

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ซึ่งหมายถึงสัดส่วนของพลังงานความร้อนที่ป้อนเข้าไปที่สามารถแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ได้นั้น ถูกจำกัดด้วยความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างความร้อนที่เข้าสู่เครื่องยนต์และความร้อนที่ออกจากเครื่องยนต์

ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนน้ำเป็นตัวกลางในการทำงาน ไอน้ำแรงดันสูงต้องการส่วนประกอบที่แข็งแรงและมีขนาดใหญ่ อุณหภูมิสูงต้องการโลหะผสมราคาแพงที่ทำจากนิกเกลหรือโคบอลต์แทนที่จะใช้เหล็ก ราคาถูก โลหะผสมเหล่านี้จำกัดอุณหภูมิไอน้ำที่ใช้งานได้จริงไว้ที่ 655°C ในขณะที่อุณหภูมิต่ำสุดของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็น ด้วยข้อจำกัดเหล่านี้ โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำจึงมีประสิทธิภาพสูงสุดคงที่ที่ 35–42%

วงจรเทอร์บินก๊าซแบบเปิดประกอบด้วยคอมเพรสเซอร์ห้องเผาไหม้และเทอร์บินสำหรับเทอร์บินก๊าซ ปริมาณโลหะที่ต้องทนต่ออุณหภูมิและความดันสูงนั้นมีน้อย ดังนั้นจึงสามารถใช้วัสดุราคาแพงในปริมาณที่น้อยลงได้ ในวงจรประเภทนี้ อุณหภูมิขาเข้าของเทอร์บิน (อุณหภูมิการเผาไหม้) ค่อนข้างสูง (900 ถึง 1,400°C) อุณหภูมิขาออกของก๊าซไอเสียก็สูงเช่นกัน (450 ถึง 650°C) ดังนั้นจึงสูงพอที่จะให้ความร้อนสำหรับวงจรที่สองซึ่งใช้ไอน้ำเป็นของเสียทำงาน ( วงจรแรงไคน์ )

ในโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสม ความร้อนจากไอเสียของกังหันก๊าซจะถูกนำมาใช้ในการผลิตไอน้ำโดยการส่งผ่านไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับมาใช้ ใหม่ (HRSG) โดยมี อุณหภูมิ ไอน้ำใช้งานอยู่ระหว่าง 420 ถึง 580 องศาเซลเซียส ส่วนคอนเดนเซอร์ของวงจรแรงไคน์มักจะถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำจากทะเลสาบ แม่น้ำ ทะเล หรือหอระบายความร้อนซึ่งอุณหภูมินี้อาจต่ำถึง 15 องศาเซลเซียสได้

ขนาดของโรงงานเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อต้นทุนโดยรวม โรงงานขนาดใหญ่จะได้รับประโยชน์จากeconomies of scale (ต้นทุนเริ่มต้นต่อกำลังการผลิตต่ำกว่า) และประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้น

สำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ ชุดอุปกรณ์ทั่วไปจะประกอบด้วยกังหันก๊าซหลักขนาด 270 เมกะวัตต์ ต่อกับกังหันไอน้ำรองขนาด 130 เมกะวัตต์ ทำให้ได้กำลังการผลิตรวม 400 เมกะวัตต์ โรงไฟฟ้าทั่วไปอาจประกอบด้วยชุดอุปกรณ์ดังกล่าวตั้งแต่หนึ่งถึงหกชุด

กังหันก๊าซสำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ผลิตโดยกลุ่มอย่างน้อยสี่กลุ่ม ได้แก่ General Electric, Siemens, Mitsubishi-Hitachi และ Ansaldo Energia กลุ่มเหล่านี้ยังพัฒนา ทดสอบ หรือทำการตลาดกังหันก๊าซที่มีกำลังการผลิตเกิน 300 MW (สำหรับการใช้งานที่ 60 Hz) และ 400 MW (สำหรับการใช้งานที่ 50 Hz) หน่วยวงจรผสมประกอบด้วยกังหันก๊าซดังกล่าวหนึ่งตัวหรือมากกว่า โดยแต่ละตัวมีเครื่องกำเนิดไอน้ำจากความร้อนเหลือทิ้งที่จัดเรียงไว้เพื่อจ่ายไอน้ำให้กับกังหันไอน้ำหนึ่งตัวหรือหลายตัว จึงก่อให้เกิดบล็อกหรือหน่วยวงจรผสม ขนาดบล็อกวงจรผสมที่นำเสนอโดยผู้ผลิตรายใหญ่สามราย (Alstom, General Electric และ Siemens) มีตั้งแต่ 50 MW ไปจนถึงมากกว่า 1300 MW โดยมีต้นทุนใกล้เคียง 670 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์^{[ 7 ]}

หม้อไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับมาใช้ใหม่คือรายการที่ 5 ในรูป COGAS ที่แสดงด้านบน ไอเสียจากกังหันก๊าซร้อนเข้าสู่ซูเปอร์ฮีตเตอร์จากนั้นผ่านอีวาพอเรเตอร์และสุดท้ายผ่านส่วนอีโคโนไมเซอร์ก่อนไหลออกจากหม้อไอน้ำ น้ำป้อนเข้ามาทางอีโคโนไมเซอร์แล้วจึงไหลออกหลังจากถึงอุณหภูมิอิ่มตัวในวงจรน้ำหรือไอน้ำ สุดท้ายไหลผ่านอีวาพอเรเตอร์และซูเปอร์ฮีตเตอร์ หากอุณหภูมิของก๊าซที่เข้าสู่หม้อไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับมาใช้ใหม่สูงขึ้น อุณหภูมิของก๊าซที่ไหลออกก็จะสูงขึ้นด้วย^{[ 5 ]}

ผังโรงงานกังหันไอน้ำพร้อมหม้อไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับคืนสองระดับความดัน

การแลกเปลี่ยนความร้อนในหม้อไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับมาใช้ใหม่ที่มีความดันสองระดับ

เพื่อกำจัดความร้อนสูงสุดจากก๊าซที่ออกจากวงจรอุณหภูมิสูงมักจะใช้หม้อไอน้ำที่มีถังน้ำ / ไอ น้ำ สองถัง ^{[ 5 ]}ถังแรงดันต่ำเชื่อมต่อกับเครื่องประหยัดพลังงานหรือเครื่องระเหยแรงดันต่ำ ไอน้ำแรงดันต่ำถูกสร้างขึ้นในโซนอุณหภูมิต่ำของก๊าซไอเสียของกังหัน ไอน้ำแรงดันต่ำจะถูกส่งไปยังกังหันอุณหภูมิต่ำ อาจมีเครื่องทำความร้อนยิ่งยวดในวงจรแรงดันต่ำ

น้ำป้อนส่วนหนึ่งจากโซนแรงดันต่ำจะถูกส่งไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแรงดันสูงโดยปั๊ม เสริม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้จะทำให้น้ำร้อนถึงอุณหภูมิอิ่มตัวน้ำอิ่มตัวนี้จะไหลผ่านโซนอุณหภูมิสูงของหม้อไอน้ำ และถูกส่งไปยัง กังหัน แรง ดัน สูง

ระบบHRSGสามารถออกแบบให้เผาไหม้เชื้อเพลิงเสริมหลังจากกังหันก๊าซได้ หัวเผาเสริมเรียกอีกอย่างว่าหัวเผาในท่อการเผาไหม้ในท่อเป็นไปได้เพราะก๊าซไอเสียของกังหัน (ก๊าซไอเสีย) ยังคงมีออกซิเจน อยู่บ้าง ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิที่ทางเข้าของกังหันก๊าซบังคับให้กังหันใช้ปริมาณอากาศส่วนเกิน เกินกว่า อัตราส่วน ทางเคมี ที่เหมาะสม ในการเผาไหม้เชื้อเพลิง บ่อยครั้งในการออกแบบกังหันก๊าซ ส่วนหนึ่งของกระแสอากาศอัดจะไหลผ่านหัวเผาเพื่อระบายความร้อนให้กับใบพัดกังหัน ไอเสียของกังหันมีความร้อนอยู่แล้ว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องอุ่นอากาศแบบหมุนเวียนเหมือนในโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม พัดลมอากาศบริสุทธิ์ที่เป่าเข้าไปในท่อโดยตรงช่วยให้โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบเผาไหม้ในท่อสามารถทำงานได้แม้ในขณะที่กังหันก๊าซไม่สามารถทำงานได้

หากไม่มีการเผาไหม้เสริมประสิทธิภาพเชิงความร้อนของโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมจะสูงขึ้น แต่การทำงานของโรงไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นกว่าจะทำให้โรงไฟฟ้า CCGT ในเรือมีความปลอดภัยมากขึ้น โดยอนุญาตให้เรือสามารถปฏิบัติงานได้แม้ในกรณีที่อุปกรณ์ขัดข้อง โรงไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ที่มีความยืดหยุ่นสามารถสร้างรายได้มากขึ้นการเผาไหม้ในท่อจะเพิ่มอุณหภูมิของปล่องควัน ซึ่งจะเพิ่มปริมาณหรืออุณหภูมิของไอน้ำ (เช่น เป็น 84 บาร์ 525 องศาเซลเซียส) ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรไอน้ำ การเผาไหม้เสริมช่วยให้โรงไฟฟ้าสามารถตอบสนองต่อความผันผวนของโหลดไฟฟ้าได้ เนื่องจากหัวเผาในท่อสามารถมีประสิทธิภาพที่ดีมากแม้ในโหลดบางส่วน นอกจากนี้ยังสามารถผลิตไอน้ำได้มากขึ้นเพื่อชดเชยความล้มเหลวของหน่วยอื่น และยังสามารถเผาถ่านหินในเครื่องกำเนิดไอน้ำเป็นเชื้อเพลิงเสริมที่ประหยัดได้อีกด้วย

การเผาไหม้เสริมสามารถเพิ่มอุณหภูมิไอเสียจาก 600°C (ไอเสียจากกังหันก๊าซ) เป็น 800 หรือแม้กระทั่ง 1000°C การเผาไหม้เสริมไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพของระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานส่วนใหญ่ สำหรับหม้อไอน้ำเดี่ยว การเผาไหม้เสริมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้หากเพิ่มอุณหภูมิเป็น 700–750°C อย่างไรก็ตาม สำหรับหม้อไอน้ำหลายตัว ความยืดหยุ่นของโรงงานควรเป็นจุดดึงดูดหลัก

"การจุดระเบิดเสริมสูงสุด" คือสภาวะที่ใช้เชื้อเพลิงสูงสุดร่วมกับออกซิเจนที่มีอยู่ในไอเสียของกังหันก๊าซ

โรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมมักใช้ก๊าซธรรมชาติ เป็นแหล่งพลังงานหลัก แม้ว่าจะสามารถใช้น้ำมันเชื้อเพลิงก๊าซสังเคราะห์ หรือเชื้อเพลิงอื่นๆ ได้เช่นกัน เชื้อเพลิงเสริมอาจเป็นก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเชื้อเพลิง หรือถ่านหิน นอกจากนี้ยังสามารถใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ ได้ด้วย โรงไฟฟ้าพลังงาน แสงอาทิตย์แบบวงจรผสมที่ผสานรวมพลังงานจากแสงอาทิตย์เข้ากับเชื้อเพลิงอื่นเพื่อลดต้นทุนเชื้อเพลิงและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม (ดู: ส่วน ISCC ) โรงไฟฟ้า นิวเคลียร์รุ่นใหม่ หลายแห่ง สามารถใช้ช่วงอุณหภูมิที่สูงขึ้นของวงจร Brayton ส่วนบน รวมถึงประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เพิ่มขึ้นจากวงจร Rankine ส่วนล่างได้

ในกรณีที่การขยายท่อส่งก๊าซทำได้ยากหรือไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ความต้องการไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลสามารถตอบสนองได้ด้วยโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมขนาดเล็กที่ใช้เชื้อเพลิงหมุนเวียน แทนที่จะใช้ก๊าซธรรมชาติ โรงไฟฟ้าเหล่านี้ จะเปลี่ยนของเสียทางการเกษตรและป่าไม้ ให้เป็นก๊าซและเผาไหม้ ซึ่งมักมีอยู่มากมายในพื้นที่ชนบท

กังหันก๊าซเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติและน้ำมันเบาเป็นหลัก เช่นน้ำมันดีเซลและน้ำมันก๊าด (เช่นน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน ) น้ำมันดิบ น้ำมันเชื้อเพลิงเหลือใช้ ( น้ำมันเชื้อเพลิงหนัก ) และน้ำมันกลั่นเกรดต่ำกว่านั้นมีส่วนประกอบที่กัดกร่อน เช่น กำมะถัน และต้องใช้อุปกรณ์บำบัดเชื้อเพลิง นอกจากนี้ น้ำมันดิบที่ยังไม่ผ่านการกลั่น โดยเฉพาะน้ำมันหนักที่มีกำมะถันสูง จะมีโลหะและสารประกอบโลหะ เช่นวานาเดียมซึ่งจะก่อตัวเป็นเถ้าเมื่อเผาไหม้ การรวมกันของอุณหภูมิสูง การกัดกร่อน และเถ้า สามารถลดกำลังการผลิตของกังหันก๊าซได้มากถึง 15% อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงเหล่านี้อาจยังคงเป็นเชื้อเพลิงที่น่าสนใจทางเศรษฐกิจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโรงไฟฟ้าแบบผสมผสาน

โซเดียมและโพแทสเซียมจะถูกกำจัดออกจากเชื้อเพลิงที่เหลือ น้ำมันดิบ และผลิตภัณฑ์กลั่นหนักโดยกระบวนการล้างด้วยน้ำ ระบบการทำให้บริสุทธิ์ที่ง่ายกว่าและราคาถูกกว่าจะทำหน้าที่เดียวกันสำหรับน้ำมันดิบเบาและผลิตภัณฑ์กลั่นเบา นอกจากนี้ อาจจำเป็นต้องใช้ระบบเติมแมกนีเซียมเพื่อลดผลกระทบจากการกัดกร่อนหากมีวาเนเดียมอยู่ เชื้อเพลิงที่ต้องได้รับการบำบัดดังกล่าวต้องมีโรงงานบำบัดเชื้อเพลิงแยกต่างหากและระบบตรวจสอบเชื้อเพลิงที่แม่นยำเพื่อให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้และการบำรุงรักษาต่ำของกังหันก๊าซ

Xcel Energyจะสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติ 2 แห่งในภาคตะวันตกตอนกลางของสหรัฐอเมริกาซึ่งสามารถผสมไฮโดรเจนได้ 30% กับก๊าซธรรมชาติ^{[ 8 ]}โรงไฟฟ้า Intermountainกำลังได้รับการปรับปรุงใหม่ให้เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติ/ไฮโดรเจนที่สามารถใช้ไฮโดรเจนได้ 30% เช่นกัน และมีกำหนดจะใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ภายในปี 2045 ^{[ 9 ]}อย่างไรก็ตาม บางคนคิดว่าไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำควรนำไปใช้กับสิ่งต่างๆ ที่ยากต่อการลดคาร์บอนเช่น การทำปุ๋ยดังนั้นอาจมีไม่เพียงพอสำหรับการผลิตไฟฟ้า^{[ 10 ]}

ระบบผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วมสามารถมีได้ทั้งแบบเพลาเดี่ยวหรือหลายเพลา นอกจากนี้ ระบบไอน้ำยังมีรูปแบบการใช้งานหลายแบบ

วงจรการผลิตไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพด้านการใช้เชื้อเพลิงสูงสุดคือการใช้เครื่องกำเนิดไอน้ำแบบไม่ใช้เชื้อเพลิง (HRSG) ที่มีส่วนประกอบแบบโมดูลาร์ที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า วงจรไอน้ำแบบไม่ใช้เชื้อเพลิงเหล่านี้ยังมีต้นทุนเริ่มต้นต่ำที่สุด และมักเป็นส่วนหนึ่งของระบบเพลาเดี่ยวที่ติดตั้งเป็นหน่วยเดียว

ระบบผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วมแบบหลายเพลาพร้อมการเผาไหม้เสริม มักถูกเลือกใช้สำหรับเชื้อเพลิง การใช้งาน หรือสถานการณ์เฉพาะ ตัวอย่างเช่น ระบบ ผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วมบางครั้งต้องการความร้อนมากกว่า หรืออุณหภูมิที่สูงกว่า และไฟฟ้าเป็นสิ่งที่มีความสำคัญรองลงมา ระบบหลายเพลาพร้อมการเผาไหม้เสริมสามารถให้ช่วงอุณหภูมิหรือความร้อนต่อพลังงานไฟฟ้าได้กว้างกว่า ระบบที่เผาไหม้เชื้อเพลิงคุณภาพต่ำ เช่น ถ่านหินลิกไนต์หรือพีท อาจใช้กังหันฮีเลียมแบบวงปิดที่มีราคาค่อนข้างสูงเป็นวงจรเสริม เพื่อหลีกเลี่ยงกระบวนการแปรรูปเชื้อเพลิงและการทำให้เป็นแก๊สที่มีราคาแพงกว่า ซึ่งจำเป็นสำหรับกังหันแก๊สแบบดั้งเดิม

ระบบเพลาเดี่ยวทั่วไปประกอบด้วยกังหันก๊าซ 1 ตัว กังหันไอน้ำ 1 ตัว เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 1 ตัว และเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับมาใช้ใหม่ (HRSG) 1 ตัว โดยทั้งกังหันก๊าซและกังหันไอน้ำจะต่ออนุกรมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวเดียวบนเพลาเดียวกัน การจัดเรียงแบบนี้ใช้งานง่ายกว่า ขนาดเล็กกว่า และมีต้นทุนการเริ่มต้นใช้งานต่ำกว่า

การจัดเรียงแบบเพลาเดี่ยวอาจมีความยืดหยุ่นและความน่าเชื่อถือน้อยกว่าระบบแบบหลายเพลา อย่างไรก็ตาม มีวิธีเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งานโดยมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม โดยส่วนใหญ่แล้ว ผู้ปฏิบัติงานต้องการใช้งานกังหันก๊าซเป็นโรงไฟฟ้าเสริม ในโรงไฟฟ้าเหล่านี้ เพลาของกังหันไอน้ำสามารถตัดการเชื่อมต่อได้ด้วยคลัตช์ซิงโคร-เปลี่ยนเกียร์เอง (SSS) ^{[ 11 ]}เพื่อการเริ่มต้นหรือเพื่อการทำงานแบบวงจรอย่างง่ายของกังหันก๊าซ ตัวเลือกอื่นๆ ที่พบได้น้อยกว่า ช่วยให้สามารถผลิตความร้อนได้มากขึ้นหรือใช้งานกังหันไอน้ำแบบแยกอิสระเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ: การเผาไหม้ในท่อ อาจมีเครื่องเป่าลมสดในท่อและคลัตช์ที่ด้านเพลาของกังหันก๊าซ

ระบบเพลาหลายแกนโดยทั่วไปจะมีระบบไอน้ำเพียงระบบเดียวสำหรับกังหันก๊าซไม่เกินสามตัว การมีกังหันไอน้ำขนาดใหญ่และตัวระบายความร้อนเพียงตัวเดียวช่วยประหยัดต้นทุนและอาจทำให้ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาลดลง กังหันไอน้ำขนาดใหญ่ยังสามารถใช้แรงดันสูงกว่าได้ ทำให้วงจรไอน้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ระบบเพลาหลายแกนมีต้นทุนเริ่มต้นสูงกว่าประมาณ 5%

ขนาดโดยรวมของโรงไฟฟ้าและจำนวนกังหันก๊าซที่จำเป็นก็สามารถกำหนดได้ว่าโรงไฟฟ้าประเภทใดประหยัดกว่ากัน โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมแบบเพลาเดี่ยวหลายแห่งอาจมีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่สูงกว่า เนื่องจากมีอุปกรณ์มากกว่า อย่างไรก็ตาม อาจช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายดอกเบี้ยได้โดยการให้ธุรกิจสามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้ตามความต้องการ

วงจรไอน้ำแบบหลายความดันพร้อมการทำความร้อนซ้ำถูกนำมาใช้กับระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานที่มีกังหันก๊าซ โดยมีอุณหภูมิไอเสียใกล้เคียง 600 °C ส่วนวงจรไอน้ำแบบความดันเดียวและหลายความดันโดยไม่ต้องทำความร้อนซ้ำ ถูกนำมาใช้กับระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานที่มีกังหันก๊าซ โดยมีอุณหภูมิไอเสีย 540 °C หรือต่ำกว่า การเลือกใช้วงจรไอน้ำสำหรับงานเฉพาะนั้นจะพิจารณาจากการประเมินทางเศรษฐกิจ ซึ่งคำนึงถึงต้นทุนการติดตั้งของโรงงาน ต้นทุนและคุณภาพของเชื้อเพลิง รอบการทำงาน และต้นทุนดอกเบี้ย ความเสี่ยงทางธุรกิจ และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

ด้วยการรวมวงจรแก๊สและไอน้ำเข้าด้วยกัน จะสามารถบรรลุอุณหภูมิขาเข้าสูงและอุณหภูมิขาออกต่ำได้ ประสิทธิภาพของวงจรจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากใช้แหล่งเชื้อเพลิงเดียวกัน ดังนั้น โรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมจึงมีวงจรเทอร์โมไดนามิกที่ทำงานระหว่างอุณหภูมิการเผาไหม้สูงของกังหันแก๊สและ อุณหภูมิ ความร้อนเหลือทิ้งจากคอนเดนเซอร์ของวงจรไอน้ำ ช่วงกว้างนี้หมายความว่าประสิทธิภาพของคาร์โนต์ของวงจรจะสูง ประสิทธิภาพที่แท้จริง แม้จะต่ำกว่าประสิทธิภาพของคาร์โนต์ แต่ก็ยังสูงกว่าประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าแต่ละแห่งเพียงอย่างเดียว^{[ 12 ] [ 13 ]}

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสม หากคำนวณจากพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของค่าความร้อนต่ำสุดของเชื้อเพลิงที่ใช้ไป จะสูงกว่า 60% เมื่อใช้งานในสภาพใหม่ (เช่น ยังไม่ผ่านการใช้งาน) และทำงานอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุด

เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบวงจรเดี่ยว โรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบวงจรผสมก็สามารถผลิตพลังงานความร้อนอุณหภูมิต่ำสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรม ระบบทำความร้อนส่วนกลางและการใช้งานอื่นๆ ได้เช่นกัน ซึ่งเรียกว่าการผลิตพลังงานร่วมและโรงไฟฟ้าประเภทนี้มักถูกเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและพลังงานร่วม (CHP)

โดยทั่วไป ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม (Combined-cycle) ในการใช้งานจริงจะสูงกว่า 50% เมื่อพิจารณาจากค่าความร้อนต่ำ ( Lower Heating Value: LHV) และกำลังการผลิตรวม (Gross Output) โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมส่วนใหญ่ โดยเฉพาะหน่วยขนาดใหญ่ จะมีประสิทธิภาพสูงสุดในสภาวะคงที่ (steady-state efficiency) เมื่อพิจารณาจากค่า LHV อยู่ที่ 55 ถึง 59%

ข้อจำกัดของระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานคือ ประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อไม่ได้ทำงานที่กำลังส่งออกอย่างต่อเนื่อง ในระหว่างการเริ่มต้นระบบ วงจรที่สองอาจใช้เวลาในการเริ่มต้น ดังนั้นประสิทธิภาพจึงต่ำกว่ามากในตอนแรก จนกว่าวงจรที่สองจะทำงาน ซึ่งอาจใช้เวลาหนึ่งชั่วโมงหรือมากกว่านั้น

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถพิจารณาได้จากค่าความร้อนสูง (HHV) ของเชื้อเพลิง ซึ่งรวมถึงความร้อนแฝงของการระเหย ที่จะถูกนำกลับมาใช้ในหม้อไอน้ำแบบควบแน่นหรือค่าความร้อนต่ำ (LHV) ซึ่งไม่รวมความร้อนแฝงของการระเหย ค่า HHV ของมีเทนคือ 55.50 MJ/kg (23,860 BTU/lb) เมื่อเทียบกับค่า LHV ที่ 50.00 MJ/kg (21,500 BTU/lb) ซึ่งเพิ่มขึ้น 11%

ประสิทธิภาพของกังหันจะเพิ่มขึ้นเมื่อการเผาไหม้มีอุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากของเหลวที่ใช้ในการทำงานจะขยายตัวมากขึ้น ดังนั้น ประสิทธิภาพจึงถูกจำกัดด้วยว่าใบพัดกังหันขั้นแรกจะทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้หรือไม่ การวิจัยด้านการระบายความร้อนและวัสดุยังคงดำเนินต่อไป เทคนิคทั่วไปที่นำมาจากเครื่องบินคือการอัดแรงดันของเหลวหล่อเย็นเข้าไปในใบพัดกังหันขั้นร้อน นอกจากนี้ยังมีการระบายของเหลวหล่อเย็นออกด้วยวิธีการเฉพาะเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ของใบพัดกังหัน ผู้ผลิตหลายรายได้ทดลองใช้ของเหลวหล่อเย็นที่แตกต่างกัน อากาศเป็นสารที่ใช้กันทั่วไป แต่ไอน้ำถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ผู้ผลิตบางรายอาจใช้ใบพัดกังหันแบบผลึกเดี่ยวในส่วนร้อน ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องยนต์เครื่องบินรบแล้ว

ประสิทธิภาพของ CCGT และ GT สามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการลดอุณหภูมิอากาศก่อนการเผาไหม้ ซึ่งจะเพิ่มความหนาแน่นของอากาศและเพิ่มอัตราส่วนการขยายตัวของกังหัน วิธีนี้ใช้ในสภาพอากาศร้อนและมีผลในการเพิ่มกำลังการผลิตด้วย การลดอุณหภูมิทำได้โดยการระบายความร้อนด้วยการระเหยของน้ำโดยใช้เมทริกซ์ความชื้นที่วางไว้ที่ทางเข้าของกังหัน หรือโดยการใช้ระบบปรับอากาศด้วยการเก็บน้ำแข็งวิธีหลังมีข้อดีคือให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า นอกจากนี้ การเก็บน้ำแข็งยังสามารถใช้เป็นวิธีการควบคุมหรือปรับเปลี่ยนภาระการใช้พลังงานได้ เนื่องจากสามารถผลิตน้ำแข็งได้ในช่วงที่มีความต้องการใช้พลังงานต่ำ และในอนาคตอาจมีการใช้ทรัพยากรอื่นๆ เช่น พลังงานหมุนเวียน ในปริมาณมากในช่วงเวลาที่กำหนด

เทคโนโลยีการเผาไหม้เป็นสาขาการวิจัยที่เป็นกรรมสิทธิ์แต่มีความเคลื่อนไหวอย่างมาก เนื่องจากเชื้อเพลิง กระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊ส และการเติมคาร์บอน ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง โดยทั่วไปแล้วจะมุ่งเน้นไปที่การผสมผสานการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทางด้านอากาศพลศาสตร์และเคมี เพื่อค้นหาการออกแบบห้องเผาไหม้ที่รับประกันการเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างสมบูรณ์ ในขณะเดียวกันก็ลดมลพิษและการเจือจางของก๊าซไอเสียร้อนให้น้อยที่สุด ห้องเผาไหม้บางชนิดฉีดวัสดุอื่น ๆ เช่น อากาศหรือไอน้ำ เพื่อลดมลพิษโดยการลดการก่อตัวของไนเตรตและโอโซน

อีกหนึ่งพื้นที่วิจัยที่กำลังดำเนินการอยู่คือเครื่องกำเนิดไอน้ำสำหรับวัฏจักรแรงไคน์ โรงงานทั่วไปใช้กังหันไอน้ำสองขั้นตอนอยู่แล้ว โดยให้ความร้อนแก่ไอน้ำระหว่างสองขั้นตอน เมื่อสามารถปรับปรุงการนำความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้ ประสิทธิภาพก็จะดีขึ้น เช่นเดียวกับในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ท่ออาจทำบางลงได้ (เช่น จากเหล็กที่แข็งแรงกว่าหรือทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า) อีกแนวทางหนึ่งอาจใช้แซนด์วิชซิลิคอนคาร์ไบด์ซึ่งไม่เกิดการกัดกร่อน^{[ 14 ]}

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาวงจร Rankine ที่ได้รับการดัดแปลงอีกด้วย สองด้านที่น่าสนใจคือส่วนผสมของแอมโมเนีย/น้ำ^{[ 15 ]}และกังหันที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวด^{[ 16 ]}

โรงไฟฟ้า CCGT สมัยใหม่ยังต้องการซอฟต์แวร์ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างแม่นยำให้เข้ากับเชื้อเพลิง อุปกรณ์ อุณหภูมิ ความชื้น และความดันทุกชนิด เมื่อมีการปรับปรุงโรงไฟฟ้า ซอฟต์แวร์ก็จะกลายเป็นเป้าหมายที่เปลี่ยนแปลงไป นอกจากนี้ การทดสอบซอฟต์แวร์ CCGT ยังมีค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากเวลาจริงมีจำกัดสำหรับต้นแบบโรงไฟฟ้า CCGT รุ่นใหม่ที่มีมูลค่าหลายล้านดอลลาร์ การทดสอบมักจำลองเชื้อเพลิงและสภาวะที่ผิดปกติ แต่จะตรวจสอบความถูกต้องของการจำลองด้วยจุดข้อมูลที่เลือกไว้ซึ่งวัดได้จากอุปกรณ์จริง

มีการแข่งขันอย่างดุเดือดเพื่อบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้น การวิจัยที่มุ่งเป้าไปที่อุณหภูมิทางเข้ากังหันที่ 1,370 องศาเซลเซียส (2,500 องศาฟาเรนไฮต์) ได้นำไปสู่ระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานที่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

โรงไฟฟ้าบาเกลันเบย์สามารถบรรลุประสิทธิภาพ LHV เกือบ 60% (ประสิทธิภาพ HHV 54%) โดยใช้กังหันก๊าซเทคโนโลยี GE H ร่วมกับหม้อไอน้ำแบบ NEM 3 ที่ใช้ไอน้ำจากเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบดึงความร้อนกลับมาใช้ใหม่ (HRSG) เพื่อระบายความร้อนให้กับใบพัดกังหัน

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 ซีเมนส์ประกาศว่าพวกเขาได้บรรลุประสิทธิภาพ 60.75% ด้วยกังหันก๊าซ SGT5-8000H ขนาด 578 เมกะวัตต์ที่โรงไฟฟ้า Irsching ^{[ 17 ]}

โรงไฟฟ้า Nishi-ku เมืองนาโกย่า ขนาด 405 เมกะวัตต์ 7 เฮกตาร์ ของบริษัทChubu Electricคาดว่าจะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานขั้นต้น 62% ^{[ 18 ]}

เมื่อวันที่ 28 เมษายน 2559 โรงไฟฟ้าที่ดำเนินการโดยÉlectricité de FranceในBouchainได้รับการรับรองจาก Guinness World Records ว่าเป็นโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโลกที่ 62.22% โดยใช้กังหันก๊าซGeneral Electric 9HA ซึ่งอ้างว่ามีประสิทธิภาพแบบวงจรเดี่ยว 41.5% และ 61.4% ในโหมดวงจรผสม โดยมีกำลังการผลิตของกังหันก๊าซ 397 MW ถึง 470 MW และกำลังการผลิตรวม 592 MW ถึง 701 MW อุณหภูมิการเผาไหม้อยู่ระหว่าง 2,600 ถึง 2,900 °F (1,430 ถึง 1,590 °C) และอัตราส่วนความดันโดยรวมคือ 21.8 ต่อ 1 ^{[ 19 ]}

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2559 มิตซูบิชิอ้างว่ากังหัน J Series บางรุ่นมีประสิทธิภาพ LHV มากกว่า 63% ^{[ 20 ]}

ในเดือนธันวาคม 2017 GE อ้างว่าโรงงาน HA ขนาด 826 เมกะวัตต์ล่าสุดมีประสิทธิภาพ 64% เพิ่มขึ้นจาก 63.7% พวกเขากล่าวว่านี่เป็นผลมาจากความก้าวหน้าในการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุและการเผาไหม้ ข่าวประชาสัมพันธ์ของพวกเขาระบุว่าพวกเขาวางแผนที่จะบรรลุ 65% ภายในต้นทศวรรษ 2020 ^{[ 1 ]}

โรงไฟฟ้าระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมผสานโดยใช้ก๊าซสังเคราะห์ ( Integrated Gasification Combined Cycleหรือ IGCC) คือโรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซสังเคราะห์ ( syngas ) ซึ่งสามารถผลิตได้จากแหล่งต่างๆ เช่น ถ่านหินและชีวมวล ระบบนี้ใช้กังหันก๊าซและกังหันไอน้ำ โดยกังหันไอน้ำทำงานโดยใช้ความร้อนที่เหลือจากกังหันก๊าซ กระบวนการนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 50%

วงจรผสมพลังงานแสงอาทิตย์แบบบูรณาการ ( ISCC ) เป็นเทคโนโลยีไฮบริดที่ รวมสนาม ความร้อนจากแสงอาทิตย์เข้ากับโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสม ในโรงไฟฟ้า ISCC พลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้เป็นแหล่งความร้อนเสริมเพื่อสนับสนุนวงจรไอน้ำ ซึ่งส่งผลให้กำลังการผลิตเพิ่มขึ้นหรือลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล^{[ 21 ]}

ข้อดีทางเทอร์โมไดนามิกคือการสูญเสียในการเริ่มต้นกังหันไอน้ำรายวันจะถูกกำจัดออกไป^{[ 22 ]}

ปัจจัยหลักที่จำกัดกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสม ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงความดันและอุณหภูมิที่อนุญาตของกังหันไอน้ำ และระยะเวลารอของเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบกู้คืนความร้อนเพื่อสร้างสภาวะทางเคมีของไอน้ำที่ต้องการ รวมถึงระยะเวลาอุ่นเครื่องสำหรับส่วนที่เหลือของโรงไฟฟ้าและระบบท่อหลัก ข้อจำกัดเหล่านี้ยังส่งผลต่อความสามารถในการสตาร์ทอย่างรวดเร็วของกังหันก๊าซโดยต้องใช้เวลารอ และกังหันก๊าซที่รออยู่นั้นจะใช้ก๊าซ ส่วนประกอบพลังงานแสงอาทิตย์ หากโรงไฟฟ้าเริ่มทำงานหลังจากได้รับแสงแดด หรือก่อนหน้านั้น หากมีการจัดเก็บความร้อน จะช่วยให้สามารถอุ่นไอน้ำล่วงหน้าให้ถึงสภาวะที่ต้องการได้ กล่าวคือ โรงไฟฟ้าจะเริ่มทำงานได้เร็วขึ้นและใช้ก๊าซน้อยลงก่อนที่จะถึงสภาวะการทำงาน^{[ 23 ]}ประโยชน์ทางเศรษฐกิจคือ ต้นทุนของส่วนประกอบพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ที่ 25% ถึง 75% ของ โรงไฟฟ้า ระบบผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีพื้นผิวตัวเก็บรวบรวมเท่ากัน^{[ 24 ]}

ระบบดังกล่าวระบบแรกที่เปิดใช้งานคือโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมอาร์คิมีดีสในอิตาลีในปี 2010 ^{[ 25 ]}ตามมาด้วยศูนย์พลังงานแสงอาทิตย์มาร์ตินเน็กซ์เจเนอเร ชั่น ในฟลอริดาและในปี 2011 โดยโรงไฟฟ้าคุรายมัต ISCC ในอียิปต์โรงไฟฟ้ายาซด์ในอิหร่าน [ ^{26 ] [ 27 ]}ฮัสซี รเมลในแอลจีเรียและไอน์ เบนี มาธาร์ในโมร็อกโก ในออสเตรเลีย โรงไฟฟ้าโคแกน ครีกของ CS Energy และโรงไฟฟ้าลิเดลล์^ของ Macquarie Generation เริ่มก่อสร้าง ส่วนเพิ่มพลังงาน แสงอาทิตย์แบบเฟรสเนล (44 เมกะวัตต์และ 9 เมกะวัตต์) แต่โครงการเหล่านี้ไม่เคยเปิดใช้งาน

ในระบบผลิต ไฟฟ้า แบบผสมผสานที่ประสบความสำเร็จส่วนใหญ่ วงจรล่างสุดสำหรับการผลิตพลังงานคือวงจรแรงไคน์ ไอน้ำแบบดั้งเดิม

ในประเทศที่มีอากาศหนาวเย็น (เช่นฟินแลนด์ ) การใช้ความร้อนจากคอนเดนเซอร์ของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนระบบทำความร้อนส่วนกลาง เป็นเรื่องปกติอยู่แล้ว ระบบ ผลิตความร้อน ร่วมแบบนี้ สามารถให้ประสิทธิภาพทางทฤษฎีได้สูงกว่า 95%

ในทางทฤษฎีแล้ว วงจรผลิตไฟฟ้าจากความร้อนเหลือทิ้งของเครื่องควบแน่นไอน้ำนั้นเป็นไปได้ แต่กังหันไอน้ำแบบดั้งเดิมมีขนาดใหญ่เกินไปจนไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยระหว่างไอน้ำที่ควบแน่นกับอากาศหรือน้ำภายนอก ทำให้ต้องมีการเคลื่อนที่ของมวลจำนวนมากเพื่อขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ

แม้ว่าจะยังไม่ได้นำไปใช้จริง แต่กระแสลมหมุนวนสามารถช่วยรวมมวลการไหลของอากาศสำหรับวัฏจักรเสริมได้ การศึกษาเชิงทฤษฎีของเครื่องยนต์กระแสลมหมุนวนแสดงให้เห็นว่า หากสร้างในระดับขนาดใหญ่ จะเป็นวัฏจักรเสริมที่ประหยัดสำหรับโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำวัฏจักรแรงไคน์ขนาดใหญ่

โรงไฟฟ้าไฮโดรเจนแบบวงจรผสมเป็นโรงไฟฟ้าที่ใช้ไฮโดรเจนในโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมโรงไฟฟ้าไฮโดรเจนสีเขียว แบบวงจรผสมมีประสิทธิภาพเพียงประมาณ 40% หลังจาก การแยกด้วยไฟฟ้าและการเผาไหม้ซ้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า และเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการจัดเก็บพลังงานในระยะยาวเมื่อเทียบกับการจัดเก็บด้วยแบตเตอรี่โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติสามารถแปลงเป็นโรงไฟฟ้าไฮโดรเจนได้โดยมีการปรับปรุงเพียงเล็กน้อยหรือ อาจ ใช้ ก๊าซธรรมชาติและไฮโดรเจนผสมกัน^{[ 29 ] [ 30 ]}

โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติสามารถออกแบบโดยคำนึงถึงการเปลี่ยนไปใช้ไฮโดรเจนได้ โดยการใช้ท่อทางเข้าของหัวเผาที่กว้างขึ้นเพื่อเพิ่มอัตราการไหล เนื่องจากไฮโดรเจนมีความหนาแน่นน้อยกว่าก๊าซธรรมชาติ และใช้วัสดุที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการ เปราะแตกของไฮโดรเจน

โรงงานผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการ อิเล็กโทรไลซิสในปัจจุบันยังไม่สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ในปริมาณที่เพียงพอสำหรับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ อาจจำเป็นต้องมีการผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสในสถานที่ ซึ่งการจัดเก็บไฮโดรเจนในปริมาณมากอาจใช้พื้นที่มากหากเป็นเพียงไฮโดรเจนอัดไม่ใช่ไฮโดรเจนเหลว อาจเกิด การเปราะแตกของท่อส่งไฮโดรเจนได้ แต่ ท่อ สแตนเลส 316Lสามารถรองรับไฮโดรเจนอัดที่ความดันสูงกว่า 50 บาร์ (หน่วย)ซึ่งเป็นความดันเดียวกับที่ ใช้กับ ก๊าซธรรมชาติอัดหรืออาจสร้างท่อส่งไฮโดรเจนให้กว้างขึ้นก็ได้นอกจากนี้ยังสามารถใช้ ท่อ โพลีเอทิลีนหรือ ท่อ โพลีเมอร์เสริมใย ได้อีกด้วย

แม้ว่าไฮโดรเจนจะไม่ก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อเผาไหม้ แต่ _{เนื่องจาก}อุณหภูมิเปลวไฟที่สูงกว่า จึงทำให้เกิดไนตรัสออกไซด์ มากขึ้น จึง สามารถนำกระบวนการลดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกสรร มาใช้เพื่อสลาย NO₂ให้เหลือเพียงไนโตรเจนและน้ำได้ ไอน้ำที่เกิดจากการเผาไหม้ไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นสารเจือจางเพื่อลดอุณหภูมิการเผาไหม้ที่สูงซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดไนตรัสออกไซด์

การกัดกร่อนของกังหันจากไอน้ำที่เกิดจากเปลวไฟไฮโดรเจนอาจลดอายุการใช้งานของโรงงาน หรืออาจทำให้ต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนบ่อยขึ้น

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เล็กที่สุดและเบาที่สุด จึงสามารถรั่วไหลได้ง่ายกว่าบริเวณจุดเชื่อมต่อและรอยต่อ ไฮโดรเจนแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว ช่วยลดโอกาสการระเบิด นอกจากนี้ เปลวไฟ จากไฮโดรเจน ยังมองเห็นได้ยากกว่าเปลวไฟทั่วไป

พลังงาน ลมและพลังงานแสงอาทิตย์เป็น แหล่ง พลังงานหมุนเวียนที่ไม่แน่นอนและไม่สม่ำเสมอเท่ากับ พลังงาน พื้นฐานไฮโดรเจนสามารถช่วยเสริมพลังงานหมุนเวียนได้โดยการดักจับพลังงานส่วนเกินด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสเมื่อมีการผลิตมากเกินไป และนำพลังงานนั้นมาเติมเต็มช่องว่างเมื่อมีการผลิตน้อยกว่าที่ต้องการ

• วงจรพลังงานอัลลัม
• วงจรเฉิง
• ก๊าซและไอน้ำผสมกัน
• หัวรถจักรไอน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแบบผสมผสาน
• ต้นทุนค่าไฟฟ้าแยกตามแหล่งที่มา
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน
• เครื่องจักรไอน้ำแบบผสม

• กังหันไอน้ำและก๊าซ และวิศวกรรมโรงไฟฟ้า ISBN C039000000001, R Yadav., Sanjay., Rajay, สำนักพิมพ์กลาง, อัลลาฮาบาด
• อุณหพลศาสตร์ประยุกต์ISBN 9788185444031, R Yadav., Sanjay., Rajay, สำนักพิมพ์กลาง, อัลลาฮาบาด.
• Sanjay; Singh, Onkar; Prasad, BN (2003). "การประเมินทางเทอร์โมไดนามิกของวัฏจักรผสมขั้นสูงโดยใช้กังหันก๊าซรุ่นล่าสุด" เล่ม ที่3: Turbo Expo 2003หน้า  95–101 . doi : 10.1115/GT2003-38096 ISBN 0-7918-3686-X.
• Sanjay, Y; Singh, Onkar; Prasad, BN (ธันวาคม 2550). "การวิเคราะห์พลังงานและเอ็กเซอร์จีของวงจรผสมก๊าซ-ไอน้ำระบายความร้อนด้วยไอน้ำ". วิศวกรรมความร้อนประยุกต์ . 27 ( 17– 18): 2779– 2790. Bibcode : 2007AppTE..27.2779S . doi : 10.1016/j.applthermaleng.2007.03.011 .

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบวงจรผสม