蒸気タービン
蒸気の利用方法による分類としては復水式と背圧式の2つに大別できる。
これは、セカンダリ軸の回転速度をプライマリ軸の半分とすることで低圧最終段動翼の遠心力を緩和し、40インチ以上の長い動翼を採用して低圧タービンの最終段の排気損失を低減することが可能なためである。また、この構成であれば復水器もセカンダリ側のみで良く、前者の構成に比べ設備コストの面でも有利となる。
従来、大型火力ユニットはベースロード運用が多く熱効率が重視されていたことや、高速回転に伴う低圧タービン最終段動翼の遠心力の制約などにより、500MW - 700MW以下はタンデム・コンパウンド機、それより大型のユニットはクロス・コンパウンド機とされていた。しかし、近年では原子力比率の拡大やピーク負荷の尖鋭化に伴い大型火力ユニットでも建設コストの低減や運用性向上が重視されるようになったため、軽量のチタン動翼による遠心力の緩和や材料強度の改善などにより中部電力碧南火力4号機(2001年)において国内の1000MW級火力ユニットでは初めてタンデム・コンパウンド機が採用された。
高・中・低圧タービンを1つの軸に配置するものをタンデム・コンパウンドと呼ぶ。一方、高・中・低圧タービンをプライマリとセカンダリの2軸に振り分けて配置するものをクロス・コンパウンドと呼ぶ。タンデム・コンパウンドに比べクロス・コンパウンドは、大出力化が容易であり熱効率も高くできるが、設備コストが高い、建屋の占有面積が大きい、各軸の単独運転が不可能、運用・点検・保守が複雑などの欠点がある。
クロス・コンパウンドでは、高圧と低圧の半分をプライマリ軸とし、中圧と低圧の残り半分をセカンダリ軸とする方式と、高圧と中圧をプライマリ軸とし、低圧をセカンダリ軸とする方式がある。前者は低圧タービン及び発電機を2つの軸で同一設計にできる利点があるが、最近の大型火力ユニットのクロス・コンパウンド機では、後者が採用されることが多い。
部分負荷時に給水圧力を下げてボイラーの圧力を低下させ、加減弁は全開としたままで蒸気の流量を変化させるものである。
変圧運転の効率は、定圧運転と比較して向上する。
加減弁の絞り損失がなく、部分負荷時の蒸気温度の低下がない。
高圧タービンの調速機が不要となり、内部効率が向上する。
部分負荷時に給水ポンプの必要動力が少なくなる。
圧力低下によるサイクル効率の低下がある。(但し、他の効率向上により発電所全体としての効率は向上することが多い)
また、次の特徴もある。
高圧タービンの部分負荷時の温度低下がないため、負荷変動への追随に対する制約が少ない。
低負荷時の蒸気温度低下が無いため、停止時のケーシング温度を高くでき、再起動の時間を短くできる。また、温度変化に伴う熱応力による寿命消費も軽減できる。
部分負荷時に圧力を下げるため、機器の寿命を長くできる。
低圧タービンに供給される蒸気の湿り度が低下するため、低圧タービン翼のエロージョンが緩和される。
サイクルの途中から抽気した蒸気で復水を加熱して、燃料消費量を抑えるもの。
産業用ではこういった大型発電用途の他にも、石油・化学プラントなどに代表される大規模な生産施設内でのポンプや、攪拌機、破砕機、ファンといった電動モーターでも代替可能な程度の駆動力として蒸気タービンが使われている。21世紀となった今では、保守の手間や制御性から徐々に電動モーターが主流となっているが、プラント内で蒸気が生じる施設ではエネルギーの有効利用の点でも蒸気タービンが新たに採用され続けている。またガスタービンを用いる発電施設においては、ガスタービンの排熱を利用して発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動する、いわゆるコンバインドサイクル発電によりエネルギー利用効率の改善を図るといった使い方もされている。
原子力に関しては、地上での発電や船舶などの大規模な動力用としては、核分裂反応を熱源とし、蒸気タービン機関を駆動するものが、現在もほぼ唯一の現実的な選択肢となっている。1960年代後半には空気など気体を利用するものも試みられたが、成功したとは言い難く、原子炉自体は二酸化炭素によって冷却されるマグノックス炉でも、最終的には水を加熱して蒸気機関によって動力を取り出すものとしている。比較的小規模のものに限っては、核分裂反応による熱を熱電素子で電力に変換するものやα崩壊の際に出る放射線そのものを電位に変換して取り出す原子力電池などが存在している。