DE10205972A1

DE10205972A1 - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe

Info

Publication number: DE10205972A1
Application number: DE2002105972
Authority: DE
Inventors: Jost Braun; Juergen Hoffmann; Uwe Moeller
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2003-10-09

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit wenigstens einem Arbeitsmittel (10) komprimierenden Verdichter (1, 2), mit wenigstens einem das vom Verdichter (1, 2) komprimierte Arbeitsmittel (12) erhitzenden Bauteil zur Wärmezufuhr (8), mit wenigstens einer das heiße Arbeitsmittel (13) aus dem Bauteil zur Wärmezufuhr (8) unter Abgabe einer Nutzleistung entspannenden Gasturbine (3) und mit wenigstens einem an der Gasturbine (3) gekoppelten Energieverbraucher (5) wird eine einfache und schonende Nutzleistungssteigerung ohne Störung des Verbrennungsprozesses in einem großen Bereich dadurch erreicht, dass zur Erhöhung der Nutzleistung Dampf (40) und/oder Wasser auf die erste Leitschaufel (35) in den Verbrennungsluftpfad hinter dem Bauteil zur Wärmezufuhr (8) eingeleitet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit wenigstens einem, Arbeitsmittel komprimierenden Verdichter, mit wenigstens einem, das vom Verdichter komprimierte Arbeitsmittel erhitzenden Bauteil zur Wärmezufuhr, mit wenigstens einer, das heisse Arbeitsmittel aus dem Bauteil zur Wärmezufuhr unter Abgabe einer Nutzleistung entspannenden Gasturbine, und mit wenigstens einem, an die Gasturbine gekoppelten Energieverbraucher, bevorzugt in Form eines Generators oder eines Antriebs für Kompressoren oder andere Anlagen. Ausserdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbogruppe zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

Die US 4 928 478 beschreibt einen Prozess, bei dem in einem Abhitzekessel Prozessdampf erzeugt wird. Ein Teil des Dampfes, der beispielsweise nicht als Prozessdampf benötigt wird, kann der Brennkammer einer Gasturbine zugeführt werden. Selbstverständlich fallen Wirkungsgradeinbussen geringer aus, wenn zur Leitungserhöhung Dampf aus einem Abhitzekessel benutzt wird. Andererseits ist auch festzustellen, dass der dort erzeugte Dampf in der Dampfturbine eines Kombikraftwerkes wesentlich effizienter eingesetzt werden kann. Zur spontanen Bereitstellung einer zusätzlichen Leistung sind solche Verfahren dennoch sehr gut geeignet.
Grenzen findet die Einbringung von Wasser oder Dampf in das Heissgas einer Gasturbine einerseits, wenn das Druckverhältnis aufgrund des zusätzlichen Massenstroms über die Masse ansteigt. Weiterhin resultiert aus der Einbringung von Wasser oder Dampf in die Brennkammer - häufig auch unmittelbar im Bereich der Flamme - in einer Störung der Verbrennung. Gerade in Verbindung mit mager betriebenen Vormischbrennern, wie sie beispielsweise in der EP 0 321 809 beschrieben sind, kann dies zu unerwünschten negativen Auswirkungen auf die Flammenstabilität führen.
Verschiedentlich wurde daher vorgeschlagen, die Kühlsysteme von Gasturbinen ganz oder teilweise mit Dampf zu betreiben. Die EP 0 795 685 offenbart eine Möglichkeit, dem Arbeitsfluid einer Gasturbine Dampf zuzuführen, ohne negative Auswirkungen auf die Verbrennung zu induzieren. Dampf, der in einem Abhitzekessel erzeugt wird, wird hierbei zur Kühlung der thermisch hochbelasteten Komponenten verwendet und nach erfolgter Komponentenkühlung dem Arbeitsfluid zugeführt. Neben der Erhöhung des Massenstroms durch die Turbine wird eine Leistungssteigerung auch dadurch erzielt, dass der bei konventioneller Kühlung der thermisch hochbelasteten Bauelemente in der Brennkammer und der Turbine notwendige Kühlluftmassenstrom in diesem Falle unmittelbar dem thermischen Leistungsumsatz zur Verfügung steht. Es sei weiterhin angemerkt, dass die in EP 0 795 685 offenbarte Dampfkühlung zwar eine überlegene Kühleffektivität bietet. Kritisch zu beurteilen ist jedoch die Sicherheit der Kühlung. Eine konventionell gekühlte Gasturbine, bei der ein Teil der verdichteten Luft abgezweigt und durch ein Kühlsystem den thermisch hochbelasteten Komponenten zugeführt wird, bietet insofern eine inhärente Sicherheit, als solange die Maschine sich dreht, auch zumindest eine Mindestmenge an Kühlluft zur Verfügung steht, insbesondere auch nach einer Schnellabschaltung der Maschine. Bei der in EP 0 795 685 vorgeschlagenen Dampfkühlung hingegen können eine Reihe von Komponenten zum sofortigen Zusammenbruch der Kühlung während des Betriebes der Gasturbine führen, mit den Folgen einer Grosshavarie.
Insofern schlägt beispielsweise die GB 2 236 145 vor, eine Möglichkeit vorzusehen, bei einer Gasturbine mit dampfgekühlten Komponenten fallweise auch Verdichterluft zur Kühlung verwenden zu können. Die EP 0 684 369 schliesslich schlägt vor, das Kühlsystem ohne irgendwelche zwischengeschalteten Absperrorgane mit einer Anzapfstelle geeigneten Druckes am Verdichter zu verbinden. In diesem Kühlluftsystem sind Mittel vorgesehen, um Dampf in das Kühlsystem einzubringen, der Luft aus dem Kühlsystem verdrängt, was durch einen geringen Kühlluftbedarf zu einer höheren Leistung der Gasturbine führt. Gemäss der Lehre der EP 0 684 369 ist die Dampfzuleitung mit einem Stellventil versehen, und eine Messstelle für die Luftmenge ist im Kühlluftsystem integriert. Die zur Kühlung verwendete Dampfmenge wird gemäss diesem Dokument in einem definierten Verhältnis zur Luftmenge geregelt. Es ist gemäss diesen Verfahren aber nicht möglich, die Dampfmenge beliebig und unabhängig von der Kühlung zu variieren.
EP 995 891 schlägt vor, in Abhängigkeit von der angeforderten Leistung temporär eine Dampfmenge in das Kühlsystem einer Gasturbine einzubringen. Dabei wird jedoch das gesamte Kühlsystem mit Dampf oder einer Dampf-Luft-Mischung beaufschlagt, was ebenfalls zu Problemen führen kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe zur Verfügung zu stellen, welches eine auf operative und lebensdauerkritische Betriebszustände optimierte Betriebsweise erlaubt. Das Verfahren soll dabei bei einer Gasturbogruppe mit wenigstens einem, Arbeitsmittel komprimierenden Verdichter, mit wenigstens einem, das vom Verdichter komprimierte Arbeitsmittel erhitzenden Bauteil zur Wärmezufuhr, mit wenigstens einer, das heisse Arbeitsmittel aus dem Bauteil zur Wärmezufuhr unter Abgabe einer Nutzleistung entspannenden Gasturbine, und mit wenigstens einem, an die Gasturbine gekoppelten Energieverbraucher, Anwendung finden.
Erfindungsgemäss wird die vorliegende Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches gelöst. Die Lösung beruht darauf, dass zur Erhöhung der Nutzleistung Dampf unter/oder Wasser auf die erste Leitschaufel in den Verbrennungsluftpfad hinter dem Bauteil zur Wärmezufuhr eingeleitet wird.
Der Kern der Erfindung liegt mit anderen Worten darin, dass durch die Eindüsung nicht nur der Massenstrom beim Turbineneintritt erhöht wird, sondern auch zusätzlich eine vorteilhafte Kühlwirkung auftritt. Grössere Mengen von Dampf sind schwer in die Brennkammer einzudüsen. Wird nämlich Dampf direkt in die Brennkammer eingedüst, so beeinflusst dieser Dampf üblicherweise die Verbrennung und stört bei nicht optimal gleichmässiger Vermischung die Verbrennung, was in erhöhten Emissionen oder instabiler Verbrennung resultiert. Die Verwendung von Dampf zur Einspritzung auf die erste Leitschaufel respektive die erste Laufschaufel weist ausserdem den Vorteil auf, wenn, wie weiterhin bevorzugt, die Einleitung von Dampf und/oder Wasser über die Kühlluftversorgung für die erste Leitschaufel in den Verbrennungsluftpfad erfolgt, dass durch die zusätzliche Verwendung von Dampf im normalen Kühlluftpfad diese Schaufeln infolge der höheren Wärmekapazität von Wasser eigentlich zu gut gekühlt sind (die Schaufeln werden auf eine Kühlung durch Kühlluft optimiert). Infolgedessen wird es möglich, die Feuerungstemperatur weiter zu erhöhen, wodurch der Leistungsregelungsbereich weiter vergrössert wird.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Dampf und/oder das Wasser über eine mit einem Dampfregelventil regelbare, in einen Ringraum für Kühlluft mündende Dampfleitung zugeführt wird, wobei der Dampf anschliessend über eine Kühlluftöffnung durch den Hitzeschild auf die erste Leitschaufel geleitet wird. Da, wie bereits oben erwähnt, bei den meisten Anlagen bereits eine Kühlungsführung für die erste Leitschaufelreihe vorhanden ist, kann so in einfacher Weise durch Nachrüsten eines Dampfanschlusses mit Regelventil das vorliegende Verfahren angewendet werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in einem Betriebszustand der Gasturbogruppe wenigstens ein Prozessparameter auf einen Sollwert eingeregelt, wobei die Regelung des auf die erste Leitschaufel geleiteten Dampfes und/oder Wassers in Abhängigkeit von einer Regelabweichung der Nutzleistung geschieht. Dies weist den Vorteil auf, dass die geregelte Eindüsung von Dampf respektive Wasser in besonders einfacher und schonender Weise eingesetzt werden kann.
Der Vorteil dieser Regelung liegt u. a. im Folgenden begründet: Bis Basislast (Base Load) kann die Regelung einer Gasturbogruppe gemäss Standard-Fahrkonzept gefahren werden. Dies bedeutet, dass normalerweise zunächst die Leistung auf an sich bekannte Weise durch Variation der Heissgastemperatur am Turbineneintritt und der angesaugten Verdichtungsmenge geregelt wird. Dies bedeutet, dass bei nominaler Volllast die Vorleitreihe voll geöffnet ist (die angesaugte Frischgasmenge ist dann maximal) und maximal gefeuert ist, d. h. so stark gefeuert ist, dass die Heissgastemperatur einen oberen Grenzwert erreicht. Der Grenzwert wird dabei üblicherweise durch bauteilspezifische Maximalwerte vorgegeben. Zur weiteren Leistungssteigerung wird nun ein Leistungsregler aktiviert, der abhängig von einer Regelabweichung der Nutzleistung die Eindüsung von Dampf auf die erste Vorleitreihe über eine Regel Ventil aktiviert. Es wird m. a. W. wird die Feuerungstemperatur und die Kompressorvorleitschaufelposition unverändert belassen und die Leistung nur über die Kühlleistung des eingedüsten Dampfes geregelt. Bei einem plötzlichen Ein/Aus derartiger Dampfeinspritzung wird mit Feuerungstemperatur und Kompressorvorleitschaufelposition nachgeregelt um einen Lastpunkt zwischen Base Load und maximaler Last mit Kühlung zu erreichen. Dies hat zur Folge, dass die Gasturbine nicht mehr im optimalen Betriebspunkt (offene Variable Inlet Guide Vanes, VIGV; Base Load Feuerungstemperatur) betrieben wird. Bei einer An/Aus Regelung wird sofort mit dem maximalen Kühlmittelverbrauch gefahren, was die Kosten erhöht (Lebensdauerfaktor und Kühlmittelverbrauch, d. h. meist demineralisiertes Wasser). Regelung direkt auf die Nutzleistung vereinfacht somit die Nachregelung von u. a. Feuerungstemperatur und Kompressorvorleitschaufelposition, wie sie bei einem Ein/Aus oder direktem Hochfahren auf Designleistung erforderlich ist.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Prozessparameter um eine Temperatur des Arbeitsmittels. Üblicherweise ist die kritische Grösse, d. h. der kritische Prozessparameter, auf dessen Kontanthaltung geregelt wird, durch wenigstens eine Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels beim Eintritt in die Turbine gegeben (Turbineneintrittstemperatur). Diese Temperatur kann dabei bevorzugt als stöchiometrische Mischtemperatur bestimmt werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine Anlage mit sequentieller Verbrennung, d. h. bei welcher dem teilentspannten Arbeitsmittel wenigstens einmal zwischen zwei Turbinen oder Turbinenstufen zusätzlich Wärme zugeführt wird.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet gleichzeitig eine Einspritzung von Wasser und/oder Dampf und/oder eines anderen geeigneten Mediums zur Erhöhung des Massenstromes (theoretisch könnte es auch CO₂ oder ein anderes Gas sein, das evtl. bei chemischen Prozessen abfällt) vor und/oder in das Bauteil zur Wärmezufuhr in wenigstens einen Teil der komprimierten Ansaugluft respektive der heissen Verbrennungsluft. Diese Einspritzung kann dabei sequentiell zugeschaltet werden, d. h. z. B. indem zunächst nur die Einspritzung des Dampfes auf die erste Vorleitreihe, und dann anderen hier genannten Kühlmittel eingesetzt werden. Der Kern dieser Ausführungsform liegt darin, eine Kombination aus geregelter Kühlung der Ansaugluft und/oder der teilkomprimierten Ansaugluft sowie aus Wasser- oder Dampfeinspritzung in, vor, oder unmittelbar hinter der Brennkammer einzusetzen. Die Dampfeinspritzung in die Brennkammer führt üblicherweise zu einer Erhöhung der Kompressoraustrittstemperatur. Durch die zusätzliche Kühlung der Ansaugluft respektive die zusätzliche Zwischenkühlung wird die Kompressoraustrittstemperatur reduziert und damit der Betriebsbereich, in dem Dampfeinspritzung zur Leistungserhöhung eingesetzt werden kann, erweitert. Ohne diese Kombination mit Kühlung/Zwischenkühlung sind Beschränkungen bei der Wasser/Dampfeinspritzung in die oder nach der Brennkammer bei hohen ambienten Temperaturen möglich, wenn die Leistung des Gasturbinenkraftwerkes kleiner wird und der Bedarf für Leistung für die meisten Anwendungen am höchsten ist.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Ansteuerung der Kühlungsmittel und der Einspritzung von Dampf und/oder Wasser direkt auf die Leistung der Gasturbogruppe geregelt, oder auf eine andere geeignete Prozessgrösse oder Kombination von geeigneten Prozessgrössen, welche wenigstens indirekt ein Mass für die Leistung der Gasturbogruppe ist. Durch diese Regelung kann zu jedem Zeitpunkt das Verfahren optimal gefahren werden, d. h. der Einsatz von leistungssteigernden Massnahmen kann auf den gesamten Prozess optimiert werden und damit der Verschleiss minimal gehalten und der Verbrauch an Brennstoff sowie an Kühlmittel und/oder Dampf/Wassereinspritzung ebenfalls auf das gerade notwendige Minimum reduziert werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der Einspritzung von Wasser oder Dampf ist nämlich darauf hinzuweisen, dass diese Einspritzung problematisch ist in Bezug auf Korrosion sowie gegebenenfalls insbesondere bei abrupter Einspritzung auf thermische Deformation von Bauteilen, welche zu Gehäuseverzug mit Spielreduktion führen kann (beides kann die Lebensdauer der Bauteile insbesondere der Kompressorschaufeln und/oder der Rotorschaufeln respektive Leitschaufeln stark reduzieren). Ausserdem muss für die meisten Anwendungen teures demineralisiertes Wasser eingesetzt werden, damit Ablagerungen im Luftpfad weitgehend vermieden werden können.
Die Regelung kann dabei auf unterschiedliche Prozessgrössen stattfinden, als geeignet erweisen sich dabei gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Abgastemperatur, die Heissgastemperatur, die ambiente Temperatur, der Kompressorendruck, ein Kompressorzwischendruck, die Temperatur spezifischer Bauteile, die Abgaswärmeleistung, und/oder die Einstellung der Kompressorvorleitreihen und/oder eine Kombination der genannten Parameter.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Gasturbogruppe um eine Cogeneration-Anlage mit nachgeschaltetem Abhitzekessel, wobei in diesem Fall insbesondere als geeignete Prozessgrösse die Abgaswärmeleistung, entweder allein oder in Kombination mit einer anderen geeigneten Prozessgrösse zur Regelung der Kühlungsmittel und/oder der Dampf/Wassereinspritzung verwendet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung mit den Kühlungsmitteln über die Einspritzung von Wasser oder einem anderen Kühlmedium erfolgt, oder durch Entzug von Wärme in einem Kühler oder Zwischenkühler.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es sich beim Bauteil zur Wärmezufuhr um eine Brennkammer, einen Katalysator oder einen Wärmetauscher handeln. Ausserdem kann wenigstens ein Teil der komprimierten oder teilkomprimierten Ansaugluft abgezweigt wird und von den Kühlungsmitteln gekühlt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Niederdruckverdichter und ein Hochdruckverdichter vorhanden sind, und dass insbesondere wenigstens ein Teil der aus dem Niederdruckverdichter austretenden, teilkomprimierten Ansaugluft von den Kühlungsmitteln gekühlt wird. Die Kühlungsmittel können dabei vorzugsweise die gesamte teilkomprimierte Ansaugluft kühlen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ausserdem wenigstens ein Abhitzekessel zur Wärmeauskopplung angeordnet ist. Ausserdem kann wenigstens eine Dampfturbine angeordnet sein, wobei der Abhitzekessel mit den aus der Gasturbine austretenden Abgasen Dampf zum Betrieb der Dampfturbine erzeugt, und wobei insbesondere bevorzugt Gasturbine, Generator und Dampfturbine auf einer gemeinsamen Welle gelagert sind (Single-Shaft-Anlage).
Als wenigstens ein Kühlungsmittel kann ein von einem gekühlten Medium durchströmter Wärmetauscher vorgesehen werden, und dabei kann die Temperatur des Kühlmediums in oder am Wärmetauscher und/oder die Menge des Kühlmediums durch den Wärmetauscher zur Regelung der Leistung genutzt werden. Als wenigstens ein Kühlungsmittel eignet sich dabei ein an der Oberfläche benetzter Verdunstungskühler, wobei die über die Oberfläche des Kühlers geleitete Wassermenge zur Regelung der Leistung genutzt wird. Alternativ oder gleichzeitig kann als wenigstens ein Kühlungsmittel wenigstens eine Düse vorgesehen werden, mit welcher Wasser oder eine andere geeignete Flüssigkeit, oder ein Flüssigkeitsgemisch, fein verteilt eingedüst werden kann, und damit die Leistung direkt oder indirekt geregelt wird. In diesem Fall kann vorteilhafterweise zusätzlich zur Kühlungswirkung durch Verdunstung zusätzlich regelmässig oder sogar andauernd die auf Grund der Wirkungsgradsteigerung temperaturabsenkende Wirkung einer Nassreinigung der Verdichterschaufeln während des Betriebes eingesetzt werden, indem man regelmässig oder dauerhaft bewusst mehr Wasser eindüst, als es der Sättigungsgrenze der Luft entspricht (wet-fogging oder overfogging).
Grundsätzlich eignet sich als Prozessgrösse zur Regelung die Temperatur, welche über Temperaturmessvorrichtungen alternativ oder gleichzeitig an einer oder mehreren der folgenden Stellen gemessen wird: am Verdichterende, im Verdichterdiffusor, im Plenum vor Eintritt in die erste Brennkammer, an einer Stelle innerhalb des Verdichters, an einer Luftentnahmestelle des Verdichters, im Kühlsystem zur Turbinenkühlung, am Metall des Rotors, am Metall des Gehäuses der Gasturbine, am Metall der Beschaufelung des Verdichters, am Metall an Bauteilen der Brennkammer, am Metall der Beschaufelung oder im Heissgaskanal mindestens einer Turbine.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ausserdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbogruppe zur Durchführung des Verfahrens, wie es oben beschrieben ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass Mittel vorgesehen sind, welche die Einleitung von Dampf unter/oder Wasser auf die erste Leitschaufel in den Verbrennungsluftpfad hinter dem Bauteil zur Wärmezufuhr erlauben.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbogruppe mit Abhitzekessel und Dampfturbine unter Berücksichtigung der erfindungsgemässen Kühlungsorte bzw. Einspritzorte; und
Fig. 2 einen axialen, schematischen Schnitt durch einen Teil einer Gasturbine im Bereich der Brennkammer und der Turbine.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine Gasturbogruppe, bei welcher in einem Niederdruckverdichter 1 über die Luftansaugung 10 angesaugte atmosphärische Luft in einer ersten Stufe komprimiert wird, und anschliessend in einem Hochdruckverdichter 2 weiter verdichtet wird. Die komprimierte Ansaugluft 12 wird anschliessend der Brennkammer 8 zugeführt. In der Brennkammer 8 wird die Ansaugluft mit über die Brennstoffzuführung 9 zugeführtem Brennstoff vermischt, und das Gemisch verbrannt. Dabei kann es sich um die Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe auf eine Arbeitstemperatur von typischerweise über 1000 Grad Celsius handeln. Anstelle der Brennkammer 8 ist es auch möglich einen Katalysator oder einen Wärmetauscher vorzusehen, ganz allgemein betrachtet muss es sich einfach um ein Bauteil zur Wärmezufuhr handeln. Die heisse Verbrennungsluft 13 wird dann der Gasturbine 3 zugeführt und dort entspannt. Meist wird die von der Gasturbine 3 ausgestossene Abgasluft 14 einen Abhitzekessel 15 zugeführt, bevor sie über einen Auslass 16 an die Atmosphäre abgegeben wird (Kombikraftwerk). Im Abhitzekessel 15 wird die in der Abgasluft 14 enthaltene Restwärme zur Erzeugung von Dampf für eine Dampfturbine 4 verwendet. Dies geschieht so, dass Wasser in einer Leitung 17 zum Abhitzekessel 15 geführt wird, das Wasser in Abhitzekessel 15 verdampft, und über eine Leitung 18 der Dampfturbine 4 zugeführt wird. Die Verwendung einer zusätzlichen Dampfturbine führt zu einer signifikanten Erhöhung des gesamten Wirkungsgrades der Anlage. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage handelt es sich um eine sogenannte Einwellenanlage (single-shaft Anlage), das heisst Verdichter 1 und 2, Gasturbine 3, Dampfturbine 4, und Generator 5 sind alle auf einer gemeinsamen Welle 6 gelagert. Eine Kupplung 7 erlaubt dabei das Abkoppeln der Dampfturbine 4 von den anderen Komponenten.
Bei einer derartigen Gasturbogruppe arbeitet die Gasturbine 3 heute normalerweise aus Gründen eines optimierten Prozesswirkungsgrades mit einem Druckverhältnis (höchster auftretender Druck zum Umgebungsdruck) am Auslegungspunkt über dem Wert 13, bei verschiedenen Gasturbinentypen sogar oberhalb von 30. Dies kann am Ende des Verdichters 2, aber auch an anderen kritischen Stellen der gesamten Anlage, Lufttemperaturen hervorrufen, die in Kombination mit dem hohen Druck an die Grenze der verwendeten Materialien (Rotorbestandteile, Gehäuse, etc.) gehen. Die thermische Belastung der an den kritischen Stellen vorhandenen Bauteile führt dazu, dass sich die Lebensdauer derartiger Bauteile erniedrigt. Dieser Fall tritt vor allem dann auf, wenn die Temperatur der Ansaugluft höher ist als am Auslegungspunkt der Gasturbine, also allgemein bei warmen Wetter und insbesondere in Klimazonen mit hoher mittlerer Jahrestemperatur. Der Effekt kann ausserdem verstärkt werden durch andere Massnahmen, wie etwa die bei der Verbrennung flüssiger Brennstoffe zur Emissionskontrolle übliche Wassereinspritzung in die Brennkammer oder die Wasser- oder Dampfeindüsung zur Leistungssteigerung. Um den ansonsten durch solche maximal zulässige Temperaturen limitierten Betriebsbereich der Gasturbine zu erweitern, wird hier ein Verfahren vorgeschlagen, welches es erlaubt, ohne Beschränkung der Leistungswerte der Gasturbine, die Leistung der Gasturbogruppe durch die kombinierte Kühlung respektive Wassereinspritzung sowohl vor respektive in der Kompressorstufe als auch im Bereich der Brennkammer in geregelter und möglichst ökonomischer sowie materialschonender Weise zu erhöhen.
Fig. 1 zeigt ausserdem, wie zur Kühlung der Ansaugluft unterschiedlich eingegriffen werden kann. Auf der einen Seite ist es möglich, eine Kühlung 20 der vom Niederdruckverdichter 1 angesaugten atmosphärischen Luft vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den Luftpfad zwischen Niederdruckverdichter 1 und Hochdruckverdichter 2 mit einer Kühlung 21 auf eine niedrigere Temperatur zu bringen. Bereits heute sind hierzu verschiedene Bauarten von Kühlungen bekannt. Es kann sich um einen von einem gekühlten Medium durchströmten Wärmetauscher handeln, oder um einen Verdunstungskühler, bei dem die Luft ein befeuchtetes Material grosser Oberfläche durchströmt, und durch die Verdunstungswirkung abgekühlt wird. Oder aber es kann sich auch um die direkte Einspritzung von Wasser oder einem anderen Medium mit Verdunstungswirkung in den angesaugten Luftstrom handeln. Denkbar sind aber ausserdem auch Kühlverfahren auf elektromagnetischer Basis, auf chemischer Basis, oder anderer Art.
Zusätzlich ist erfindungsgemäss weiterhin eine Einspritzung von Dampf und/oder Wasser oder einem anderen geeigneten Medium im Bereich der Brennkammer vorzusehen. Die Einspritzung kann dabei entweder unmittelbar vor der Brennkammer 8 entsprechend 22 erfolgen, direkt in die Brennkammer 8 gemäss 23, oder, und dies besonders bevorzugt, unmittelbar hinter der Brennkammer 8 gemäss 24, mit anderen Worten insbesondere im Bereich der ersten Leitschaufel 35 oder ersten Laufschaufel 34.
Erst zeigt sich nämlich, dass die Einspritzung von Dampf oder Wasser im Bereich der Brennkammer 8 direkt zur Folge hat, dass sich die Kompressoraustrittstemperatur erhöht. Dies beschränkt grundsätzlich die Möglichkeiten einer Leistungserhöhung ausschliesslich auf Basis der Einspritzung von Wasser im Bereich der Brennkammer 8. Wird nun aber, wie erfindungsgemäss vorgeschlagen, zusätzlich eine Kühlung im Kompressorbereich vorgesehen, welche ihrerseits zu einer Erniedrigung der Kompressoraustrittstemperatur führt, so kann der Betriebsbereich, in welchem die Leistung über Dampf- oder Wassereinspritzung erhöht werden kann, signifikant vergrössert werden. Dies insbesondere dann, wenn die mit einer Wasser- oder Dampfeinspritzung im Bereich der Brennkammer 8 verbundene Erhöhung der Kompressoraustrittstemperatur an die obere Limite gelangt. Ohne diese Kombination sind insbesondere bei hohen ambienten Temperaturen Beschränkungen des Betriebsbereichs zu erwarten, wenn die Leistung des Gasturbinenkraftwerkes kleiner wird und der Bedarf für die Leistung für die meisten Anwendungen am höchsten ist.
Natürlicherweise hat die Kombination ausserdem den grossen Vorteil, dass die unter Verwendung der einzelnen Kühlungen/Einspritzungen (im Kompressorbereich oder im Brennkammerbereich) ggf. notwendigen Fahrweisen im Grenzbereich (z. B. bei Einspritzung im Brennkammerbereich bei maximal zulässiger Kompressoraustrittstemperatur), welche üblicherweise zu einer sehr starken Belastung von Bauteilen und damit zur Verkürzung von deren Lebensdauer führt, grundsätzlich vermieden werden, indem bereits vor Erreichen eines derartigen Grenzbereiches die Kühlung zugeschaltet wird.
Dabei wird so vorgegangen, dass die Ansteuerung der beiden kombiniert verwendeten Kühlung und der Einspritzung, nämlich der Kühlung im Kompressorbereich 20 und 21 sowie der Einspritzung im Brennkammerbereich 22-24, in geregelter Weise geschieht. Als Parameter zur Regelung wird dabei in erster Linie auf die Leistung der Gasturbogruppe abgestützt.
Das Verfahren sei in der Folge detaillierter dargestellt: Im Nominalbetrieb der Turbomaschine sind die Regel- und Absperrorgane der Kühlungsmittel geschlossen. Zur Leistungserhöhung der Turbomaschine kann in diesem Betrieb einerseits die angesaugte Luftmenge 10 auf ein Maximum gesteigert werden, das der Verdichter 1/2 zu fördern vermag, andererseits können die der Brennkammer 8 (oder in den beiden Brennkammern bei sequentieller Verbrennung) zugeführten Brennstoffmenge 9 durch Öffnen von Brennstoff-Regelorganen erhöht werden. Die in Folge steigenden Temperaturen des Heissgases 13 am Eintritt die Turbine 3 (respektive des Heissgases am Eintritt einer zweiten Turbine 5 bei sequentieller Verbrennung) sind nach oben begrenzt. Dabei können diese Temperaturen nicht ohne weiteres unmittelbar gemessen werden; vielmehr erfasst ein Temperaturregler unterschiedliche Drücke (z. B. beim Kompressoraustritt und bei Turbinenaustritt) innerhalb der Maschine und ermittelt hieraus die geforderten Heissgastemperaturen. Wenn Maximalleistung gefordert ist, regelt der Temperaturregler mittels der Steuergrössen die Brennstoffmenge 9 über Regelorgane so, dass die Temperaturen beim Turbineneintritt bei maximaler Luftmenge 10 stets an der zulässigen Obergrenze liegen. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass nicht der gesamte Ansaugluftstrom 10 für den thermischen Leistungsumsatz im Wärmeerzeuger 8 zur Verfügung steht, da bei modernen Gasturbinen mit hohen Prozesstemperaturen ein nicht unerheblicher Teilstrom an verdichteter oder teilverdichteter Luft über Leitungen als Kühlmittel zunächst dem Prozess entzogen und diesem dann unter Umgehung der Verbrennung wieder zugeführt wird.
Zur Leistungserhöhung kann nun über die Kühlungsmittel 20, 21, 22, 23, 24 Wasser und/oder Dampf dem Arbeitsmittel beigemischt werden. Im Fall von Dampf kann dieser in einem der Turbomaschine nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger oder auch als Abzapfdampf einer Dampfturbine in einer Kombinalage entnommen werden.
Bei der Forderung nach Spitzenlast tritt ein Leistungsregler in Aktion. Dieser vergleicht eine am Generator gemessene Leistungsabgabe - dies kann ohne weiteres auch die Leistungsabgabe eines Kombiblockes sein - mit einer geforderten Leistung und reagiert auf Abweichungen durch eine Veränderung der Steuergrössen, die ihrerseits auf die Regelorgane für die Kühlungsmittel 20-24 wirken. Wenn also die tatsächliche Leistung kleiner als die geforderte Leistung ist, werden die Regelorgane geöffnet, und es strömt Wasser oder Dampf ein. Hierbei können die Wasser- oder Dampfmengen, die den einzelnen Strängen 21 bis 24 zugemischt werden, in Abhängigkeit von einem Betriebskonzept unabhängig voneinander geregelt werden.
Einerseits steigt die Leistungsabgabe der Turbomaschine aufgrund des zusätzlich die Turbinen durchströmenden Massenstroms. Wesentlich ist jedoch, dass durch zugeführte Wasser/Dampf zu einem Sinken der Temperatur am Turbineneintritt führt, und der Temperaturregler erhöht die Brennstoffmengen erhöhen kann. Durch dieses Zusammenspiel von Temperaturregler und Leistungsregler werden die Mengen an eingespritztem Wasser/Dampf und Brennstoff sukzessive soweit erhöht, bis entweder die Leistungsabgabe der geforderten Leistung entspricht, oder im maximale Wasser/Dampfmengen beigegeben werden.
Im Gegensatz zu den üblichen Fahrweisen nach dem Stand der Technik geht es hier also nicht darum, diese Kühlungsmittel im Sinne einer Ein-/Aus-Schaltung einzusetzen, sondern die Kühlung sowohl im kombinierter Art und Weise, als auch in geregelter, das heisst immer nur in minimal notwendiger Weise zu fahren. Damit wird eine optimale Nutzung des Kraftwerks bei einer Minimierung der negativen Effekte auf Lebensdauer und/oder Betriebskosten, die herkömmliche leistungssteigernde Massnahmen zur Folge haben, ermöglicht. Unter anderem kann nämlich so der Verschleiss minimiert werden, und ein minimaler Verbrauch sowohl von Brennstoff als auch von Kühlmittel und Einspritzmittel erreicht werden. Letzteres ist insbesondere bei der Verwendung von Wasser respektive Dampf äusserst positiv, da bei der Dampfeinspritzung respektive Wassereinspritzung üblicherweise teures demineralisiertes Wasser zwecks Verhinderung von Ablagerungen eingesetzt werden muss. Die Minimierung des Wasserverbrauchs reduziert ausserdem die Gefahr von Korrosion (sowohl an den Bauteilen des Kompressors als auch an jenen der Turbine) und die Gefahr von Gehäuseverzug mit Spielreduktion.
Am Beispiel einer 50 MW-Klasse Gasturbine konnte so demonstriert werden, dass die Leistung bezogen auf den ISO-Designpunkt (15 Grad Celsius, 1013 mbar, keine Eintritts- und Austrittstemperaturverluste) durch normales "Fogging " (das heisst entsprechend 20 respektive 21 unter Verwendung von Wasser) in Kombination mit Wassereinspritzung im Bereich vor dem Kompressor über hundert Prozent relative Luftfeuchtigkeit die Leistung unabhängig von der ambienten Temperatur bis etwa 30 Grad Celsius konstant gehalten werden kann. Möglich ist sogar eine konstante Leistung der Gasturbogruppe bis zur Maximaltemperatur des normalen Designbereichs, nämlich 40 Grad Celsius.
Bei niedrigen ambienten Temperaturen, genauer bei einer niedrigen Feuchtkugeltemperatur (unterhalb von typischerweise 10°C, durch Einspritzung von Wasser in die Ansaugluft wird die Feuchtkugeltemperatur erreicht, sie kann abhängig von der ambienten Luftfeuchtigkeit erheblich unter der ambienten Temperatur liegen) sollte wegen Vereisungsgefahr am Kompressoreintritt nur Dampf zugeschaltet werden. Oberhalb von 10°C zunächst zuschalten der Wassereinspritzung vor dem Kompressor bis typischerweise 1% Wasser- oder Kühlmitteleinspritzung (Gewichtsprozent bezogen auf den Ansaugmassenstrom des Kompressors). Die 1%-Grenze ist gasturbinenspezifisch verschieden: Bei höheren Mengen und grösserer Zwischenkühlerleistung wird der Druckaufbau im Kompressor verschoben, was weitere Massnahmen zur Regelung des Kühllufthaushaltes erfordert. Bei weiterem Leistungsbedarf wird die Dampfeinspritzung oder Wassereinspritzung in die Brennkammer (je nach Gasturbinentyp liegt das Verhältnis von eingespritzter Wasser oder Dampfmenge zum Brennstoffmassenstrom in Bereich 1 bis 2.5) zugeschaltet. Im weiteren kann dann die Wassereinspritzung vor dem Kompressor oder Zwischenkühlung weiter gesteigert werden.
Zur Optimierung der Leistungsabgabe der Gasturbine und eines eventuell angeschlossenen Dampfkreislaufes wird so eine Regelung vorgeschlagen, welche über weite Bereiche des ansonsten durch die maximale Temperatur an den kritischen Stellen limitierten Bereiches hinausgeht, ohne dass dabei zur Begrenzung die Vorleitreihe der Gasturbine geschlossen werden muss, und/oder die Brennstoffzufuhr allein auf Grund kritischer Temperaturwerte verringert werden muss. Sinngemäss kann das Regelverfahren natürlich auch auf andere Prozessgrössen als die Temperatur angewendet werden. Diese Prozessgrössen sollten dabei aber einen direkten Bezug zur Leistung der Gasturbine und/oder der Abgaswärmeleistung der Gasturbogruppe haben, das heisst ein Mass dieser beiden Parameter darstellen.
Wie bereits weiter oben erwähnt, erfolgt die Einspritzung von Dampf im Brennkammerbereich bevorzugt unmittelbar hinter der Brennkammer 8. Dies ist schematisch in Fig. 2, einem axialen Teilausschnitt einer Gasturbine im Bereich der Brennkammer respektive ersten Turbine dargestellt. Der Brennraum 30 (bei sequentieller Verbrennung ist die hier beschriebene Form der Dampfeinspritzung nach beiden Brennkammern möglich), meist in Form einer Ringbrennkammer, wird dabei mit über den Umfang der Ringbrennkammer verteilten Brennern, z. B. Doppelkegelbrennern 31, betrieben, wobei der im wesentlichen axial verlaufende Heissluftstrom 39 erzeugt wird. Der Heissluftstrom 39 strömt zunächst die erste Reihe von Leitschaufeln 35 an, und entspannt dann in der ersten Turbine 33 über den Wechsel von Leitschaufeln 35 und Laufschaufeln 34, um anschliessend entweder direkt dem Abhitzekessel 15 zugeführt zu werden, oder aber um in einer zweiten Brennkammer zur weiteren Leistungserzeugung benutzt zu werden.
Üblicherweise weisen derartige Turbinen einen Kühlluftkanal 32 auf, welcher radial umlaufend und ausserhalb der Ringbrennkammer angeordnet ist. Dieser Kühlluftkanal, üblicherweise als Ringraum 32 bezeichnet, wird mit Kühlluft 38 beaufschlagt, welche üblicherweise einer der Kompressorstufen entnommen wird (bei sequentieller Verbrennung wird für die erste Brennkammer wird die Luft typischerweise vom Kompressorende entnommen. Für die zweite Brennkammer wird die Luft aus einer Zwischenstufe entnommen). Unter anderem wird die Kühlluft dafür verwendet, die erste Leitschaufelreihe 35 über Kühlluftöffnungen 41 zu beaufschlagen, wobei die Kühlluftöffnungen 41 ebenfalls umlaufend auf den Umfang der Gasturbogruppe verteilt sind.
Es lässt sich nun in einfacher Weise Dampf in geregelter Form unmittelbar hinter der Brennkammer 30 in den Verbrennungsluftstrom einschleusen, indem Dampf über eine Dampfleitung 36, welche über ein Ventil 37 geregelt werden kann, zunächst in den Ringraum 32 eingedüst wird. Der Dampf 40 vermischt sich dort mit der Kühlluft 38, und strömt zusammen mit dieser durch die Kühlluftöffnungen 41 auf die erste Leitschaufelreihe 35.
Diese Führung des Dampfes 40 weist den grossen Vorteil auf, dass zunächst z. B. im Falle einer Nachrüstung keine weiteren mechanischen Teile oder Ventile in der Gasturbine selber erforderlich sind, sondern nur ein Dampfregelventil 37 in der Dampfleitung 36 notwendig ist. Ausserdem ergibt sich der Vorteil, dass der Dampf nicht in die Brennkammer 30 eingespritzt wird. Grössere Mengen von Dampf sind nämlich schwer in die Brennkammer 30 einzudüsen. Falls Dampf direkt in die Brennkammer eingespritzt wird, beeinflusst der Dampf die Verbrennung und stört bei nicht optimal gleichmässiger Vermischung die Verbrennung und führt zu erhöhten Emissionen oder instabiler Verbrennung. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass der Dampf die Wärmeübertragung erhöht (Dampf weist eine höhere Wärmekapazität auf als Luft), und damit auch die Kühlung durch die Kühlluftöffnungen 41 wesentlich effizienter macht. Die für Luftkühlung ausgelegten Leitschaufeln 35 sind damit in diesem Betriebszustand primär zu gut gekühlt und dies erlaubt damit eine gleichzeitige Erhöhung der Feuerungstemperatur, wodurch der Leistungsregelungsbereich weiter vergrössert wird. Diese Art der Eindüsung von Wasser hinter der Brennkammer findet vorteilhafterweise und erfindungsgemäss in Kombination mit der Kühlung im Kompressorbereich gem. 20 und 21 statt.
Alternativ oder gleichzeitig kann, wie in Fig. 2 ebenfalls dargestellt, auch Dampf im bereits vorhandenen Kühlluftkanal für die Laufschaufeln, insbesondere für die erste, das heisst am meisten stromauf gelegene Laufschaufel des Turbinenrotors, eingesetzt werden. Der Dampf 42 wird dabei in ggf. über ein in Fig. 2 nicht dargestelltes Ventil geregelter Weise über die bereits vorhandenen Leitungen für die Kühlluft der Laufschaufeln 34 des Turbinenrotors 33 geleitet, und strömt dann gemäss Pfeil 43 auf die erste Laufschaufel 34. Die Kühlluft für die Laufschaufeln wird dabei üblicherweise beim Kompressor abgezweigt (unmittelbar hinter oder in einer Zwischenstufe), und wird ggf. sogar noch zwischengekühlt.
Auch hier wird durch die zusätzliche Verwendung von Dampf bei der Kühlung der Laufschaufel 34 diese Laufschaufel besser gekühlt als bei der alleinigen Verwendung von Kühlluft. So kann auch bei diesem Einsatz von Dampf die Feuerungstemperatur infolge der besseren Kühlung der Laufschaufel zusätzlich erhöht werden und damit der Leistungsregelungsbereich auf Grund von Dampfeinspritzung zusätzlich erweitert werden. Kombiniert man die Dampfeinleitung in den Kühlluftpfad für die erste Leitschaufel 35 gemäss Pfeil 40 mit der zusätzlichen Einleitung von Dampf in den Kühlluftpfad für die Laufschaufeln 34 des Rotors 33, so lässt sich die Feuerungstemperatur z. B. über die zusätzliche Erhöhung der Brennstoffzufuhr signifikant erhöhen und damit die Leistung der Gasturbogruppe weiter steigern.
Durch die Dampfeinspritzung wird typischerweise 10% Leistung gewonnen. Diese muss bei hohen ambienten Temperaturen je nach Gasturbine durch Erreichen von lebensdauerbegrenzenden Limiten (z. B. Temperaturen) ganz gestoppt werden. In Kombination mit High Fogging oder einer anderen Kühlung/Zwischenkühlung im oder vor dem Kompressor kann die Dampfeinspritzung 100% weiter betrieben werden. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Niederdruckverdichter
2 Hochdruckverdichter
3 Gasturbine
4 Dampfturbine
5 Generator
6 gemeinsame Welle
7 Kupplung
8 Brennkammer
9 Brennstoffzuführung
10 Luftansaugung
11 teilkomprimierte Ansaugluft
12 komprimierte Ansaugluft
13 heisse Verbrennungsluft
14 Abgasluft
15 Abhitzekessel
16 Auslass
17 Leitung zum Abhitzekessel
18 Leitung vom Abhitzekessel
19 Auslass der Dampfturbine
20 Kühlung bei Luftansaugung (Wasser oder Kühlaggregat)
21 Kühlung bei teilkomprimierter Ansaugluft (Wasser oder Kühlaggregat)
22 Wasser-/Dampfeinspritzung vor Brennkammer
23 Wasser-/Dampfeinspritzung in Brennkammer
24 Wasser-/Dampfeinspritzung unmittelbar hinter Brennkammer
30 Brennraum der ersten Brennkammer
31 Doppelkegelbrenner
32 Ringraum
33 Turbinenrotor
34 Laufschaufel
35 Leitschaufel
36 Dampfleitung
37 Dampfventil
38 Kühlluft
39 Heissluftstrom
40 Dampf
41 Kühlluftöffnung
42 Dampf zur Einleitung auf erste Laufschaufel
43 über die erste Laufschaufel strömender Dampf
44 zweite und folgende Leitschaufel

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit wenigstens einem, Arbeitsmittel (10) komprimierenden Verdichter (1, 2), mit wenigstens einem, das vom Verdichter (1, 2) komprimierte Arbeitsmittel (12) erhitzenden Bauteil zur Wärmezufuhr (8), mit wenigstens einer, das heisse Arbeitsmittel (13) aus dem Bauteil zur Wärmezufuhr (8) unter Abgabe einer Nutzleistung entspannenden Gasturbine (3), und mit wenigstens einem, an die Gasturbine (3) gekoppelten Energieverbraucher (5), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Nutzleistung Dampf (40) unter/oder Wasser auf die erste Leitschaufel (35) in den Verbrennungsluftpfad hinter dem Bauteil zur Wärmezufuhr (8) eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung von Dampf (40) und/oder Wasser über die Kühlluftversorgung für die erste Leitschaufel (35) in den Verbrennungsluftpfad erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf (40) und/oder Wasser über eine mit einem Dampfregelventil (37) regelbare, in einen Ringraum (32) für Kühlluft mündende Dampfleitung (36) zugeführt wird, wobei der Dampf (40) anschliessend über eine Kühlluftöffnung (41) durch den Hitzeschild auf die erste Leitschaufel (35) geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebszustand der Gasturbogruppe wenigstens ein Prozessparameter auf einen Sollwert eingeregelt wird, und dass die Regelung des auf die erste Leitschaufel (35) geleiteten Dampfes (40) und/oder Wassers in Abhängigkeit von einer Regelabweichung der Nutzleistung geschieht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter eine Temperatur des Arbeitsmittels ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter wenigstens eine Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels beim Eintritt in die Turbine ist, wobei insbesondere bevorzugt die Eintrittstemperatur als stöchiometrische Mischtemperatur bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbogruppe zwei sequentielle Brennkammern sowie zwei stromab davon angeordnete Turbinen aufweist, und dass vorzugsweise Dampf (40) und/oder Wasser auf die ersten Leitschaufelreihen (35) beider Turbinen geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Energieverbraucher um einen Generator (5) oder um einen mechanischen Antrieb handelt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig, ggf. in sequentieller Zuschaltung, wenigstens ein Teil des Arbeitsmittels (10) vor und/oder während der Verdichtung über Kühlungsmittel (20, 21) gekühlt wird und/oder Wasser und/oder Dampf vor (22) und/oder im (23) Bauteil zur Wärmezufuhr (8) in wenigstens einen Teil des komprimierten Arbeitsmittels (12) eingedüst wird, wobei bevorzugt die Kühlung mit den Kühlungsmitteln (20, 21) über die Einspritzung von Wasser oder einem anderen Kühlmedium erfolgt, oder durch Entzug von Wärme in einem Kühler oder Zwischenkühler.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Eindüsung des Dampfes (40) und/oder des Wassers auf die erste Vorleitreihe (35) respektive der Kühlungsmittel (20, 21) direkt auf die Nutzleistung der Gasturbogruppe geregelt wird, oder auf eine andere geeignete Prozessgrösse oder Kombination von geeigneten Prozessgrössen, welche wenigstens indirekt ein Mass für die Nutzleistung der Gasturbogruppe ist, wobei es sich bei der geeigneten Prozessgrösse um die Abgastemperatur, die Heissgastemperatur, die ambiente Temperatur, den Kompressorendruck, einen Kompressorzwischendruck, die Temperatur spezifischer Bauteile, die Abgaswärmeleistung, die Turbineneintrittstemperatur und/oder die Einstellung der Kompressorvorleitreihen und/oder um eine Kombination der genannten Parameter handelt.

11. Verfahren nach einem der Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gasturbogruppe um eine Cogeneration-Anlage mit nachgeschaltetem Abhitzekessel (15) handelt, und dass insbesondere als geeignete Prozessgrösse die Abgaswärmeleistung, entweder allein oder in Kombination mit einer anderen geeigneten Prozessgrösse zur Regelung der Kühlungsmittel (20, 21) und oder der Einspritzung (22-24) verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Bauteil zur Wärmezufuhr um eine Brennkammer (8), einen Katalysator oder einen Wärmetauscher handelt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederdruckverdichter (1) und ein Hochdruckverdichter (2) vorhanden sind, und dass insbesondere wenigstens ein Teil des aus dem Niederdruckverdichter (1) austretenden, teilkomprimierten Arbeitsmittels (11) von Kühlungsmitteln (21) gekühlt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausserdem wenigstens ein Abhitzekessel (15) zur Wärmeauskopplung angeordnet ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausserdem wenigstens eine Dampfturbine (4) angeordnet ist, wobei der Abhitzekessel (15) mit den aus der Gasturbine (3) austretenden Abgasen (14) Dampf (18) zum Betrieb der Dampfturbine (4) erzeugt, und wobei insbesondere bevorzugt Gasturbine (3), Generator (5) und Dampfturbine (4) auf einer gemeinsamen Welle (6) gelagert sind.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlungsmittel (20, 21) zur Kühlung der komprimierten und/oder teilkomprimierten Ansaugluft angeordnet sind, und dass als wenigstens ein Kühlungsmittel (20, 21) ein von einem gekühlten Medium durchströmter Wärmetauscher, oder wenigstens eine Düse vorgesehen ist, mit welcher Wasser oder eine andere geeignete Flüssigkeit, oder ein Flüssigkeitsgemisch, fein verteilt eingedüst werden kann, und damit die Nutzleistung direkt oder indirekt geregelt wird, und die Temperatur des Kühlmediums in oder am Wärmetauscher und/oder die Menge des Kühlmediums und/oder die Menge des eingedüsten Wassers durch den Wärmetauscher zur Regelung der Nutzleistung genutzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Kühlungswirkung durch Verdunstung zusätzlich regelmässig oder sogar andauernd die auf Grund der Wirkungsgradsteigerung temperaturabsenkende Wirkung einer Nassreinigung der Verdichterschaufeln während des Betriebes eingesetzt wird, indem man regelmässig oder dauerhaft bewusst mehr Wasser eindüst, als es der Sättigungsgrenze der Luft entspricht.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgrösse zur Regelung die Temperatur, welche über Temperaturmessvorrichtungen alternativ oder gleichzeitig an einer oder mehreren der folgenden Stellen gemessen wird: am Verdichterende (30, 31), im Verdichterdiffusor (33), im Plenum vor Eintritt in die erste Brennkammer (32), an einer Stelle innerhalb des Verdichters (33), an einer Luftentnahmestelle des Verdichters, im Kühlsystem zur Turbinenkühlung (34), am Metall des Rotors (36), am Metall des Gehäuses der Gasturbine (37), am Metall der Beschaufelung des Verdichters (33), am Metall an Bauteilen der Brennkammer (38), am Metall der Beschaufelung oder im Heissgaskanal mindestens einer Turbine.

19. Gasturbogruppe zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche die Einleitung von Dampf (40) unter/oder Wasser auf die erste Leitschaufel (35) in den Verbrennungsluftpfad hinter dem Bauteil zur Wärmezufuhr (8) erlauben.