본 연구는 Titan-250 가스 터빈 배기가스에서 다중 등급의 열을 효율적으로 회수하기 위해, 초임계 CO2 브레이튼 사이클(SCBC), 초횡임계 유기 랭킨 사이클(TRC), 흡착식 칠러(ADC)를 연계하는 3단계 폐열 트리제너레이션 시스템을 제안하고 최적화한다. 대부분의 폐열회수(WHR) 연구는 이중 사이클 또는 동력 중심 구성에 초점을 맞추며, 특히 저온 영역에서 전체 배기가스 온도 범위에 걸친 단계적 회수를 충분히 고려하지 않는 경우가 많다. 제안된 SCBC–TRC–ADC 캐스케이드 구성은 전력 생산, 냉방 생산, 그리고 온수 저장을 동시에 가능하게 하며, 고온·중온·저온 열 수준을 모두 완전하게 활용한다. 실제 배기 데이터가 적용되어 실용성을 확보하였고, 구성요소 수준의 열역학 및 엑서지 모델을 기존에 발표된 벤치마크와 비교하여 검증하였다. 순차 이차계획법(SQP) 최적화를 핀치 포인트, 압력강하, 과냉각 한계 등 현실적인 공정 제약 조건 하에서 수행하였다. 후보 TRC 작동유체 5종 가운데 R1234ze(E)는 최고 수준의 엑서지 효율과 환경 적합성을 보였다. 최적 조건에서 통합 시스템은 순전력 7.14 MW를 생산했으며, 이는 단독 SCBC 대비 931 kW 더 높은 값이다. 또한 9.08 °C에서 216 kW의 냉방을 제공하고, 900 s마다 73.8 °C 온수 15,115 L를 저장하였다. 전체 플랜트 및 엑서지 효율은 각각 35.11 %, 63.26 %에 도달했으며, 단일 사이클 기준 대비 총 유용 에너지 이용률이 70 % 이상 향상된 것을 나타낸다. 민감도 분석 결과, 리큐퍼레이터 유효도와 TRC 터빈 입구 압력이 지배적인 성능 파라미터로 확인되었다. 본 결과는 가스 터빈 폐열로부터 다중생산(multi-generation)을 구현함에 있어 열역학적으로 최적화된 검증된 캐스케이드 프레임워크를 제시하며, 에너지 서비스의 유연성을 입증함으로써 차세대 산업 탈탄소화 시스템을 위한 벤치마크를 제공한다.

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