ТН – топливный насос, К – компрессор, КС – камера сгорания, ГТ – газовая турбина, ЭГ - электрогенератор

ГТУ работают по следующему циклу. Многоступенчатый компрессор (К) сжимает атмосферный воздух, и подает его под высоким давлением в камеру сгорания (КС). Одновременно в камеру сгорания подается определенное количество топлива. При смешивании на высокой скорости топливо и воздух воспламеняются, и топливо сгорает, выделяя большое количество энергии в виде тепла. Далее высокотемпературные и высокоскоростные газообразные продукты сгорания направляются в газовую турбину (ГТ). Там они оказывают огромное давление на её лопатки и заставляют турбину вращаться с заданной скоростью. Обычно на одном валу с турбиной смонтирован ротор электрогенератора (ЭГ), который за счет вращения в магнитном поле статора и вырабатывает электрический ток. Так в ГТУ энергия высокотемпературных газов преобразуется в электричество.

При этом некоторая часть полученной энергии расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. А отработавшие газы направляются в утилизатор для получения тепловой энергии.

В качестве топлива в ГТУ могут использоваться любое горючее: керосин, дизельное топливо, газ.

ГТУ целесообразно использовать в таких областях промышленного производства, как:

- выработка электрической и тепловой энергии;

- транспортные двигатели (самолетов, судов, железнодорожных локомотивов, танков и т.п.):

- для привода мощных нагнетателей воздуха (компрессоры, воздуходувки, насосы, на газоперекачке и т.п.), т.н. «приводные ГТС» );

- в технологических схемах крупных предприятий для приводов компрессоров, обеспечивающих рабочий процесс и работающих за счет расширения газов, которые образуются в самом технологическом процессе (т.н. «энерготехнологические ГТУ».

На сегодняшний день ГТС целесообразно использовать:

- для снятия пиковых нагрузок (КПД низкий):

- для обеспечения предприятий собственными энергоресурсами благодаря низкой стоимости на газ:

- в паре с атомными реакторами, в которых для охлаждения           использующих гелий, по замкнутой схеме контуру.

Обычно ГТС работают по следующему термодинамическому циклу:

1- сжатие воздуха в компрессоре (адиабатное);

2- изобарный подвод теплоты в камере сгорания;

3- адиабатное расширение продуктов сгорания в ГТ;

4- изобарное охлаждение продуктов сгорания в атмосфере.

Учитывая это, можно показать, что КПД ГТС определяется по формуле:

                     где

- это степень повышения давления в компрессоре, а

Р₁ - давление окружающей среды только для разомкнутых схем.

Отсюда - чем π выше, тем выше η_{t .} .

Температура, при которой может работать турбина ограничена пределом  жаростойкости её металла (1400°С – для авиационной турбины, или 900°С – в среднем).

Использование замкнутой схемы ГТС имеет следующий главный недостаток - большое количество элементов, работающих при высокой температуре, что повышает стоимость установки (дорогие материалы).

Использование же открытой схемы ГТС имеет следующий главный недостаток - выбрасываемые газы имеют высокий тепловой потенциал. Из-за таких больших потерь тепла при определенной степени сжатия π работа компрессора может забирать энергии больше, чем работа газовой турбины.

В реальной установке наибольшая эффективность достигается при определенной (оптимальной) степени повышенного давления в компрессоре π _опт. Значение π _опт  определяется температурой рабочего тела на выходе из камеры сгорания и относительными внутренними КПД компрессора и турбины. Отпуск теплоты от газотурбинной ТЭЦ имеют такие особенности:

1.Температура газов на выходе из ГТС составляют t=400-500°С, что достаточно для нагрева теплоносителей, в т.ч. пара для отпуска тепловой энергии внешним потребителям.

2.Выработка тепловой энергии в виде пара или горячей воды производится за счет теплоты полностью отработавших в газовой турбине (ГТ) продуктов сгорания, поэтому:

- температурный уровень отпускаемой теплоты не влияет на тепловую экономичность ГТ.

- мощность газотурбинного двигателя ГТС при любой величине отпуска тепловой энергии остается постоянным, так как электрическая и тепловая нагрузка в нём не связаны.

3.Высокая температура продуктов сгорания может быть использована на ГТС небольшой мощности, т.е. технико-экономические показатели ГТС не зависят от единичной мощности.

4.Удельные капитальные затраты на газотурбинной ТЭЦ на 20-30% ниже, чем на паротурбинной ТЭЦ.

5.Так как температура отпускаемой теплоты не влияет на экономию топлива, то экономически оптимальная температура прямой воды в теплосети, работающей от газотурбинной ТЭЦ может быть значительно выше, чем от паротурбинной ТЭЦ и может составлять 200-300°С.

6.Так как вырабатываемый пар для отпуска внешним потребителям имеет не высокое давление (15÷20 атм), то ХВО значительно проще и дешевле, что очень важно для промышленной ТЭЦ, когда возврат конденсата менее 50%.

7.Пиковые тепловые нагрузки могут покрываться за счет форсирования подтопки сетевого подогревателя.

8.ГТС работает только на очень хорошем топливе: газ, хорошее жидкое топливо (дизельное топливо).