JP2002519580A - 補助圧縮空気によるガスタービンの運転 - Google Patents

補助圧縮空気によるガスタービンの運転

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Abstract

(57)【要約】 燃焼タービン１２が高い周囲温度及び／又は低い空気密度にて最大出力で運転し得る方法を提供する。この方法は、空気が燃焼タービンコンプレッサから排他的に供給される燃焼タービンモードと、追加の空気が空気ストレージ２８から供給される圧縮空気増大モードと、充填コンプレッサ３２からの空気が空気ストレージ２８へと供給される空気ストレージ充填モードと、を有する。別法として、空気ストレージ２８は除去することができ、そして充填コンプレッサ３２は全補助空気流量に適した大きさとされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、燃焼タービン発電プラントに関するものであり、特に、燃焼タービ
ン組立体が高い周囲温度或いは低い空気密度にて作動する時に発生する出力損失
を回復するために、及び／又は通常の燃焼タービン組立体の出力を超える出力を
発生するように燃焼タービン発電プラントを運転する方法に関するものである。
【０００２】 発明の背景 燃焼タービン発電プラントは、ピーク出力を供給するための優れた発電プラン
トである。米国及びその他の国において、大多数の電力需要者にとって、電力消
費は、夏季にピークに達する。この時、周囲温度が高くなることにより、燃焼タ
ービンの出力は最低となる。出力がが減少することについて簡単に説明すると、
入口空気密度が低下することに関連する高周囲温度は、燃焼タービン組立体を流
れる質量流量を減少させ、発生する出力を対応して減少させる。図１ａ、１ｂ、
１ｃは、三つの周囲温度、即ち、５９°Ｆ（図１ａ）、０°Ｆ（図１ｂ）、９０
°Ｆ（図１ｃ）、にて作動する通常のゼネラル エレクトリック フレーム ７
ＥＡ燃焼タービン組立体１２の簡単化された熱−質量バランスを表す。燃焼ター
ビン１２は、コンプレッサ１４、膨張タービン１６、膨張タービン１６に加熱さ
れた燃焼生成物ガスを供給する燃焼器８を有する。膨張タービン１６は、コンプ
レッサ１４及び発電機２０を駆動するべく接続されており、発電機２０は電気グ
リッド１７に接続されている。
【０００３】 図１ａ〜１ｃは、５９°Ｆ、相対湿度６０％のＩＳＯ条件にて定格８４．５Ｍ
Ｗの、通常のゼネラル エレクトリック 燃焼タービン組立体が、周囲温度０°
Ｆの時、略１０２．５ＭＷの最大出力を発生し、周囲温度９０°Ｆの時、略７６
．４ＭＷにまで出力が低下することを示している。燃焼タービンにおける高周囲
温度時の著しい出力損失は、公益事業体に夏季ピーク需要に合致する追加のピー
ク容量を買い入れることを要求する。高周囲温度で作動するコンバインドサイク
ル発電プラントにおける出力損失も燃焼タービン組立体のものと同様である。
【０００４】 従来、高周囲温度時の燃焼タービン／コンバインドサイクルプラントの損失出
力を一部回復するための方法、即ち、蒸発冷却及び種々の燃焼タービン入口空気
冷却器（チラー）（機械的或いは吸収タイプ）がある。これらの方法は、燃焼タ
ービンの回復を一部もたらすに過ぎず、同時に、資本コストを著しく増大する。
これは、運転を高周囲温度時期に限定するためには必ずしも正当化されるもので
はない。
【０００５】 従って、周囲温度に関わらず燃焼タービン組立体を最大出力で運転させ得る方
法の開発が必要とされる。
【０００６】 同様の出力損失の問題は、燃焼タービン組立体が高い海抜高度に設置された場
合にも存在する。これらの用途における問題は、低空気密度及び対応した消費タ
ービン出力損失に関連している。現在、高高度用途に関連した出力損失を回復す
る方法はない。
【０００７】 従って、高硬度域にて作動する時においても燃焼タービン組立体が最大出力を
維持し得る方法の開発が要望されている。
【０００８】 発明の要約 本発明の目的は、上記要望を満足させることである。本発明の原理によれば、
これら諸目的は、燃焼タービン発電システムが、高い周囲温度及び／又は低い空
気密度で最大許容出力で作動し得る、及び／又は、空気ストレージから補助空気
を提供することによって通常の燃焼タービン組立体の出力を上回る出力で作動し
得ることを保証する方法によって達成される。この方法は、コンプレッサ、コン
プレッサと作動的に関連した膨張タービン、膨張タービンに接続された発電機、
を含む、少なくとも一つの燃焼タービン組立体；膨張タービンに燃焼生成ガスを
供給する燃焼器；コンプレッサの出口を燃焼器の入口に流体的に接続するフロー
パス構造体；圧縮空気ストレージ；圧縮空気ストレージを充填する充填コンプレ
ッサ；充填コンプレッサの出口を圧縮空気ストレージへの入口と流体的に連結す
るチャージング構造体；圧縮空気ストレージの出口を燃焼器の入口に流体的に連
結するコネクション構造体；及びコネクション構造体及びチャージング構造体を
通る流量を制御するためにそれぞれコネクション構造体とチャージング構造体と
に関連したバルブ構造体；を提供すること、を含む。
【０００９】 バルブ構造体は、次の運転モードを選択的に可能とするべく制御される。（１
）コンプレッサから圧縮された空気がフローパス構造体を介して、膨張タービン
に燃焼生成ガスを供給する燃焼器へと流動し、膨張タービンが発電機を駆動する
燃焼タービン運転モード、（２）フローパス構造体を介して燃焼器へと流れる圧
縮空気に加えて、圧縮空気ストレージからの圧縮空気がコネクション構造体を介
して燃焼器へと供給され、これによって、膨張タービンへの圧縮空気とガスの質
量流量を増大させ、従って、発電機は、膨張タービンへと供給される追加の圧縮
空気に起因して出力が増大する圧縮空気増大運転モード、そして（３）充填コン
プレッサからの圧縮空気がチャージング構造体を介して流動し、圧縮空気ストレ
ージを充填する空気ストレージ充填運転モード。
【００１０】 本発明の一実施の形態によると、圧縮空気ストレージからの圧縮空気は、飽和
器へと差し向けられ、飽和器にて圧縮空気は加熱水と混合される。飽和され且つ
予加熱された圧縮空気は、復熱装置へと送給され、燃焼器の上流に噴射される前
に更に加熱される。
【００１１】 本発明の他の実施の形態によると、圧縮空気ストレージは除去され、そして、
補助空気構造体は、空気ストレージの大きさによって制限されることなく連続的
に作動し、増分出力を発生するように、その大きさが燃焼器への全補助空気流量
に対するものとされる。
【００１２】 本発明の上記及び他の目的は、以下の詳細な記載及び請求の範囲の記載により
明らかとなるであろう。
【００１３】 本発明は、本発明の実施例を示す添付図面を参照することによりより良く理解
されるであろう。図面にて同じ部材には同じ参照番号が付されている。
【００１４】 発明の詳細な説明 図２を参照すると、本発明の原理に従って提供される燃焼タービン発電システ
ムが示され、総括して参照番号１０が付されている。本発明に係るシステム１０
の物理学的及び機械学的なことは、周囲温度が高い場合と、高度が高い場合とに
おける運転において同じであると理解される。従って、本明細書における説明は
全て、周囲温度が高い場合の用途における方法及びその有効性についてのみ説明
する。更に、本発明は、燃焼タービンが主要構成要素とされるコンバインドサイ
クルプラントに対しても等しく適用されることを理解されたい。
【００１５】 図２を参照すると、燃焼タービン発電システム１０の一実施例が概略示される
。このシステム１０は、例えば、ＧＥ７ＥＡ燃焼タービン組立体とすることがで
きる通常の燃焼タービン組立体１２を有する。燃焼タービン組立体１２は、コン
プレッサ１４、膨張タービン１６、及び加熱燃焼生成ガスを膨張タービン１６へ
と供給する燃焼器１８を備えた軸組立体を有する。膨張タービン１６は、コンプ
レッサ１４を駆動するために接続され、又、発電機２０に接続されている。発電
機２０は、電気グリッド１７に接続される。燃焼タービン運転モードにおいては
、空気はコンプレッサ１４にて圧縮され、圧縮された空気は、フローパス（流路
）構造体２１を介して燃焼器１８へと送給され、その後、加熱燃焼生成ガスは膨
張タービン１６にて膨張され、動力を発生する。
【００１６】 本発明によれば、燃焼タービン組立体１２は、膨張タービン１６に加熱燃焼生
成ガスを供給する燃焼器１８の入口に、予め貯蔵された圧縮空気を噴射するよう
に構成される。もし、燃焼タービン組立体１２により発生する出力以上の出力が
提供される場合には、発電機の容量をアップグレードすることができる。これら
の機能に付いては後でより詳しく説明する。
【００１７】 追加の圧縮空気圧縮貯蔵、回収システム（compressed air compression stora
ge and retrieval system:ＣＡＣＳＲＳ）が設けられる。このシステムは、図２
に示す実施例では、コンプレッサトレイン３２を有し、圧縮空気を、配管形態と
されるチャージング（充填）構造体３４を介して圧縮空気ストレージ２８に供給
する。例示する実施例では、コンプレッサトレイン３２は、第１コンプレッサ３
６及び第２コンプレッサ３８を備え、それぞれ電動モータ４０にて駆動される。
インタークーラ４２を第１コンプレッサ３６と第２コンプレッサ３８との間に設
けることができる。更に、アフタークーラ４４を第２コンプレッサ３８の出口と
圧縮空気ストレージ２８への入口との間に設けることができる。バルブ４６が第
２コンプレッサ３８とアフタークーラ４４への入口との間に設けられる。バルブ
４８がアフタークーラの出口と圧縮空気ストレージ２８への入口との間に設けら
れる。バルブ４６、４８は第１のバルブシステムを画定する。
【００１８】 圧縮空気ストレージ２８の出口は、コネクション（連結）構造体５０を介して
燃焼器１８の入口に流体的に接続される。例示する実施例において、復熱装置５
２が圧縮空気ストレージ２８の出口と燃焼器１８への入口との間に設けられる。
バルブ５４が復熱装置５２の出口と燃焼器１８の入口との間に設けられ、バルブ
５５が圧縮空気ストレージ２８の出口と復熱装置５２への入口との間のコネクシ
ョン構造体５０に設けられる。バルブ５４と５５は、第２のバルブシステムを画
定する。加えるに、チャージング構造体３４と、圧縮空気ストレージ２８に至る
コネクション構造体５０との間の接続部の下流にバルブ５６を任意に設けること
ができる。もし復熱装置５２が設けられないのであれば、バルブ５４は必要でな
いことが理解されるであろう。同様に、もしアフタークーラ４４が設けられない
のであれば、バルブ４６は必要ではない。
【００１９】 電動モータ４０が電気グリッド１７に接続されている。従って、オフピーク時
間に電動モータ４０によりコンプレッサトレイン３２を駆動し、圧縮空気ストレ
ージ２８を給気充填することができる。
【００２０】 圧縮空気ストレージは、例えば、岩塩ドーム、岩塩沈積層、耐水層などのよう
な地下の地質構造体とすることができ、或いは、硬岩にて形成することもできる
。別法として、圧縮空気ストレージ２８は、地上に設けることのできる人口の圧
力容器であってもよい。
【００２１】 本発明の方法は、燃焼タービン組立体１２と、追加の圧縮空気充填貯蔵、回収
システムとを統合一体化し、次の三つの運転モードを提供することを含む。 （１）圧縮空気ストレージシステム充填運転モード：コンプレッサ３２、アフタ
ークーラ４４、圧縮空気ストレージ２８へのチャージング構造体３４を経由する
流通路が設けられる。ここで、チャージング構造体３４におけるバルブ４６及び
４８は開とされ、コネクション構造体５０におけるバルブ５４及び５５は閉とさ
れる。そして、モータにて駆動されるコンプレッサトレイン３２は、グリッド１
７からのオフピークエネルギを用いて周囲空気を圧縮空気ストレージ２８の特定
の圧力にまで圧縮する。 （２）空気増大運転モード：ここで、通常の燃焼タービン組立体１２の作動は、
圧縮空気ストレージ２８からの圧縮空気流と一体とされる。圧縮空気ストレージ
２８からの空気は復熱装置５２にて予加熱され、燃焼器１８の上流に噴射される
。そして、ここで、圧縮空気ストレージ２８からの圧縮空気はコネクション構造
体５０を介し、復熱装置５２を通って燃焼器１８の上流位置へと流動する。この
運転時に、チャージング構造体３４の作動バルブ４６及び４８閉とされ、コネク
ション構造体５０のバルブ５４及び５５は開とされ、圧縮空気ストレージからの
追加の流れを制御する。この運転モードは、燃焼タービン組立体１２の出力発生
よりも著しく大きな出力を発生させる。それは、膨張タービン１６により生じる
動力が、コンプレッサ１４によって圧縮された流量と圧縮空気ストレージ１８か
らの追加の流量との合計である全流量の膨張により生じるからである。コンプレ
ッサ１４の入口ガイド翼は閉鎖してコンプレッサ１４による電力消費を減少し、
発電機２０から電気グリッド１７への電力を増大させることができる。そして、 （３）通常の燃焼タービン運転モード：ここで、ＣＡＣＳＲＳは、燃焼タービン
組立体１２から分離され、そしてチャージング構造体３４のバルブ４６及び４８
、並びにコネクション構造体５０のバルブ５４及び５５は閉鎖され、圧縮空気が
、コンプレッサ１４からフローパス構造体２１を通り、膨張タービン１６に加熱
燃焼生成ガスを供給する燃焼器１８へと流動される。
【００２２】 本明細書の実施例では一つの燃焼タービン組立体１２が示されているが、多数
の燃焼タービン組立体を設け、共通の空気ストレージに連結して、所望の増大し
た空気流を、従って、所望の出力を提供し得ることが理解される。
【００２３】 本発明の第２の実施例の概略構成が図３に示される。第２の実施例は、燃焼タ
ービン組立体１２を有する。上述のように、燃焼器１８の上流に予め圧縮された
空気を送給するための構成、及び、コンプレッサ１４の下流にて圧縮空気を抜き
取り、インタークーラ５８にて中間冷却し、且つ、ブーストコンプレッサ６０に
て圧縮するするための構成、が設けられる。又、発電機２０の容量は、必要に応
じて、アップグレードしてもよい。
【００２４】 本方法も又、電動モータ４０を備えたＣＡＣＳＲＳを提供し、電動モータ４０
は、インタークーラ５８によって給気される充填ブーストコンプレッサ６０を駆
動する。アフタークーラ４４は、ブーストコンプレッサ６０の下流に設けられ、
バルブ４６及び４８がそれぞれアフタークーラの前後に、且つチャージング構造
体３４中に設けられる。従って、コンプレッサ１４の出口から、インテグレイテ
ィング（一体化）構造体６２に配置されたインタークーラ５８を通り、ブースト
コンプレッサ６０の入口に至り、アフタークーラ４４を通って圧縮空気ストレー
ジ２８へと至る流路が提供される。加えるに、圧縮空気は、コンプレッサ１４の
出口からフローパス構造体２１を経由して燃焼器１８の入口へと流れる。圧縮空
気ストレージは、コネクション構造体５０を介して燃焼器１８の上流位置に流体
的に連通する。インテグレイティング構造体６２のバルブ６４は、フローパス構
造体２１のバルブ６６、チャージング構造体３４のバルブ４６及び４８、並びに
、コネクション構造体５０のバルブ５４及び５５と共に、フローパス構造体２１
、コネクション構造体５０、チャージング構造体３４及びインテグレイティング
構造体６２を流動する流れを選択的に制御する。
【００２５】 第１の実施例の場合と同じく、燃焼タービン組立体１２及びＣＡＣＳＲＳは、
統合されて三つの運転モードを提供する。 （１）圧縮空気ストレージシステム充填運転モード：コンプレッサ１４から、イ
ンタークーラ５８を含むインテグレイティング構造体６２を介して、ブーストコ
ンプレッサ６０へと至り、アフタークーラ４４を含むチャージング構造体３４を
通り、圧縮空気ストレージ２８へと至る流路が存在する。公称流量の概略５〜１
０％の膨張タービン冷却流が圧縮空気ストレージ２８からコネクション構造体５
０を介し、復熱装置５２へと、又、非点火燃焼器１８を介して膨張タービン１６
へと、そして排気筒へと流動する。チャージング構造体３４のバルブ４６及び４
８は開とされ、コネクション構造体５０のバルブ５４及び５５は一部開とされ冷
却流れを非点火燃焼器１８から膨張タービンへと提供する。インテグレイティン
グ構造体６２のバルブ６４は開とされ、そしてバルブ６６は閉とされる。グリッ
ド１７からのオフピーク電力によって付勢される燃焼タービン発電機２０が燃焼
タービン軸を駆動し、そしてブーストコンプレッサ６０は、これもまたグリッド
１７からオフピークエネルギによって付勢される電動モータ４０によって駆動さ
れる。 （２）空気増大運転モード：ここで、通常の燃焼タービン組立体１２の作動は、
圧縮空気ストレージ２８からの追加の圧縮空気流と一体とされる。圧縮空気スト
レージ２８からの空気は復熱装置５２にて予加熱され、燃焼器１８の上流に送給
される。従って、ここで、圧縮空気ストレージ２８からの圧縮空気はコネクショ
ン構造体５０を介し、復熱装置５２を通って燃焼器１８の上流位置へと流動する
。チャージング構造体３４のバルブ４６及び４８は閉とされ、コネクション構造
体５０のバルブ５４及び５５は開とされ、圧縮空気ストレージ２８からの追加の
流れを制御する。インテグレイティング構造体６２のバルブ６４は閉とされそし
てバルブ６６は開とされる。この運転モードは、燃焼タービン組立体１２の動力
発生よりも著しく大きな動力を発生させる。それは、膨張タービン１６により発
生する動力が、コンプレッサ１４によって圧縮された流量と圧縮空気ストレージ
２８からの追加の流量との合計である全流量の膨張により生じるからである。コ
ンプレッサ１４の入口ガイド翼は閉鎖してコンプレッサ１４による電力消費を減
少し、発電機２０による電気グリッド１７への電力を増大させることができる。 （３）通常の燃焼タービン運転モード：ここで、ＣＡＣＳＲＳは、燃焼タービン
組立体１２から分離され、そしてチャージング構造体３４のバルブ４６及び４８
、並びにコネクション構造体５０のバルブ５５及び５４は閉鎖され、インテグレ
イティング構造体のバルブ６４は閉鎖され、そのとき、フローパス構造体のバル
ブ６６は開とされて圧縮空気が、コンプレッサ１４からフローパス構造体を通り
、膨張タービン１６に加熱燃焼生成ガスを供給する燃焼器１８に供給される。
【００２６】 本発明の第３の実施例の概略構成が図４に示される。第３の実施例は、燃焼タ
ービン組立体１２を備えたコンバイドサイクルプラントを有する。燃焼タービン
組立体１２は通常のボトミング蒸気サイクル構成要素、即ち、熱回収蒸気発生器
６８、蒸気タービン７０、タービン７０に接続された発電機７１、凝縮器７２、
空気分離器７４及びポンプ７６を備えている。燃焼タービン組立体は、燃焼器１
８の上流にあらかじめ貯蔵した圧縮空気を送給する構成、そして、コンプレッサ
１４の下流にて圧縮空気を抜き出して更にブーストコンプレッサ６０にて中間冷
却し且つ圧縮するための構成を設置することを必要とする。又、発電機２０の容
量は、所望によりアップグレードしてもよい。
【００２７】 本発明もまた、追加のＣＡＣＳＲＳを提供する。このＣＡＣＳＲＳは、インタ
ークーラ５８によって給気される電動モータ駆動式ブーストコンプレッサ６０、
アフタークーラ４４、及びインテグレイティング構造体６２を有する。インテグ
レイティング構造体６２は、コンプレッサ１４の出口からインタークーラ５８を
介して、ブーストコンプレッサの入口へと連通し、そして、フローパス構造体２
１を通って燃焼器１８の入口へと至る。チャージング構造体３４は、ブーストコ
ンプレッサ６０の出口と圧縮空気ストレージ２８への入口との間を連通する。コ
ネクション構造体５０は、圧縮空気ストレージ２８と燃焼器１８の上流の位置と
を連通する。バルブ４６及び４８がチャージング構造体３４に設けられ、バルブ
５５がコネクション構造体に設けられ、そしてバルブ６４がインテグレイティン
グ構造体６２に設けられる。同時に、バルブ６６がフローパス構造体２１に設け
られ、チャージング構造体３４、コネクション構造体５０及びインテグレイティ
ング構造体６２と、フローパス構造体２１とを通る流れを選択的に制御する。
【００２８】 燃焼タービン組立体１２は、総括して参照番号７８で示される蒸気ボトミング
サイクル及び追加のＣＡＣＳＲＳと統合されて三つの運転モードを提供する。 （１）圧縮空気ストレージ充填運転モード：ここで、流れは、コンプレッサ１４
から、インタークーラ５８を有するインテグレイティング構造体６２を介して、
ブーストコンプレッサ６０へと至り、アフタークーラ４４を有するチャージング
構造体３４を通り、圧縮空気ストレージ２８へと流れる。公称流量の概略５〜１
０％の膨張タービン冷却流が圧縮空気ストレージ２８からコネクション構造体５
０を介し、非点火燃焼器１８を介して膨張タービン１６へと、そして排気筒へと
流動する。チャージング構造体３４のバルブ４６及び４８は開とされ、コネクシ
ョン構造体５０のバルブ５５は一部開とされ冷却流れを非点火燃焼器１８から膨
張タービンへと提供する。そして、インテグレイティング構造体６２のバルブ６
４は開とされ、そしてバルブ６６は閉とされる。グリッド１７からオフピーク動
力によって付勢される燃焼タービン発電機２０が燃焼タービン軸を駆動し、そし
てブーストコンプレッサ６０は、これもまたグリッド１７からオフピークエネル
ギによって付勢される電動モータ４０によって駆動される。 （２）空気増大運転モード：ここで、通常の燃焼タービンの作動は、燃焼器１８
の上流に送給される圧縮空気ストレージ２８からの追加の圧縮空気流と統合一体
化される。ここで、圧縮空気ストレージ２８からの圧縮空気はコネクション構造
体５０を介し、燃焼器１８の上流位置へと流動する。チャージング構造体３４の
バルブ４６及び４８は閉とされ、コネクション構造体５０のバルブ５５は開とさ
れ、圧縮空気ストレージ２８からの追加の流れを制御する。インテグレイティン
グ構造体６２のバルブ６４は閉とされそしてバルブ６６は開とされる。加えるに
、通常の閉ループ蒸気／凝縮物流路が設けられる。ここで、熱回収蒸気発生器６
８にて発生した蒸気は、蒸気タービン７０にて膨張し、グリッド１７への電力を
発生する。次いで、蒸気は、凝縮器７２、空気分離器７４、給水ポンプ７６を介
して流動し、熱回収蒸気発生器６８へと還流する。この運転モードは、追加の空
気流のない通常の燃焼タービン組立体１２の出力発生よりも著しく大きな燃焼タ
ービン組立体１２による出力を発生させる。それは、膨張タービン１６により発
生した動力が、コンプレッサ１４によって圧縮された流量と圧縮空気ストレージ
２８からの追加の流量との合計である全流量の膨張により生じるからである。又
、膨張タービン１６の排気からの熱を回収する熱回収蒸気発生器６８による追加
の蒸気流のために、ボトミングサイクル７８の蒸気タービンによって追加の出力
が発生する。コンプレッサ１４の入口ガイド翼は閉鎖することができ、これによ
ってコンプレッサ１４による電力消費を減少し、発電機２０による電気グリッド
１７への電力を増大させることができる。そして、 （３）通常の燃焼タービン運転モード：ここで、ＣＡＣＳＲＳは、燃焼タービン
組立体１２から分離され、そしてチャージング構造体３４のバルブ４６及び４８
、並びにコネクション構造体５０のバルブ５５及び５４は閉鎖され、そしてフロ
ーパス構造体のバルブ６６は開とされて圧縮空気が、コンプレッサ１４からフロ
ーパス構造体を通り、膨張タービン１６に加熱燃焼生成ガスを供給する燃焼器１
８に供給される。
【００２９】 本発明の方法を実際に適用した態様が図５に例示される。図５は、概略線図で
あって、本発明の第１及び第２の実施例に適用可能な作動パラメータが示される
。ここで、ＧＥフレーム７ＥＡ燃焼タービン組立体１２は、空気増大モードで、
且つ、周囲温度９０°Ｆにて作動する。図５は、周囲温度が９０°Ｆにまで上昇
した空気増大時に、追加の圧縮空気流量１６８ｌｂｓ／ｓｅｃが圧縮空気ストレ
ージから取出されて燃焼器１８の上流に噴射され、燃焼タービン出力を、同じ９
０°Ｆ周囲温度での通常の燃焼タービン組立体の作動による７６．４ＭＷから１
２９．２ＭＷにまで増大させる（図１ｃ参照）。取出される空気量は、多数の設
計上の制限事項により制約を受ける。ＧＥフレーム７ＥＡ燃焼タービン組立体に
対しては、この制限事項は、最大膨張タービン出力２２８ＭＷであり、燃焼ター
ビン組立体が０°Ｆで作動する時に達成される（図１ｂ参照）。
【００３０】 表１ａは、本発明の第１及び第２実施例に適用し得る、空気増大構成を備えた
通常の燃焼タービン組立体として作動するＧＥフレーム７ＥＡの性能特性を示す
。表１aは、０°Ｆ以上の全範囲の周囲温度にわたって、空気増大構成により周
囲温度９０°Ｆでは５２．８ＭＷの出力増大があり、５９°Ｆでは３２．８ＭＷ
の出力増大があることを示している。空気増大概念に対する性能パラメータは、
燃料消費を特徴付ける熱消費率ＢＴＵ／発生ｋＷｈ及び圧縮空気ストレージ再充
填のための消費量ｋＷｈである。発生する電気のコスト（ＣＯＥ）は、次のよう
に計算される。 ＣＯＥ＝（熱消費率、ＢＴＵ／ｋＷｈ）×（燃料コスト、＄／ＢＴＵ）＋（圧縮
空気ストレージ再充填のためのオフピークエネルギー、ｋＷｈ）×（オフピーク
エネルギーコスト、＄／ｋＷｈ）／空気増大運転モードにて発生する総ｋＷｈ
【００３１】
【表１】
【００３２】 表１ｂは、本発明の第３の実施例の性能特性を示す。即ち、ＧＥフレーム７Ｅ
Ａに基づく通常のコンバインドサイクルプラント及び空気増大モードによるプラ
ント運転である。結果は、第１及び第２実施例と同様である。
【００３３】
【表２】
【００３４】 空気増大にて提供される燃焼タービンシステムの変換コストは、次のとおりで
ある。 ・圧縮空気ストレージコスト ・ストレージ再充填のためのコンプレッサトレインコスト ・全体システムを一体化するための相互連結のための配管、バルブ及び制御装置
のコスト 圧縮空気ストレージは、高い周囲温度で、特定の時間最大動力出力にて空気増
大運転を支持するに十分の質量の空気を貯蔵できる大きさとされる。貯蔵された
圧縮空気の圧力は、燃焼器の上流に追加質量の空気を噴射するに十分なものでな
ければならない。図５、並びに表１ａ及び１ｂに示す実施例では、圧縮空気スト
レージが最大出力１２９．２ＭＷで、９０°Ｆ、連続６時間運転を行うために準
備される場合には、岩塩ドームにて適当な大きさとされる圧縮空気ストレージは
、５．４百万立方フィート（概略１０００フィートの深さ、最大と最小の圧力差
１５０ｐ．ｓ．ｉ．）、コストが概略＄５百万が必要とされる。エンジニアリン
グ及びコスト見積もりは、上記諸条件において、空気増大構成を含むＧＥフレー
ム７ＥＡ燃焼タービン組立体を提供するための総コストは、９０°Ｆ周囲温度で
５２．８ＭＷの追加の出力を有して、概略＄８．８百万である。即ち、改良のた
めの比コストは、概略＄１６０／ｋＷである。これは、同様の、即ち、５０ＭＷ
の容量を有する燃焼タービン組立体に対する概略＄３００／ｋＷといった比コス
トと比較しても好ましいものである。コンバインドサイクルプラントに対する同
様の改良を行った場合（表１ｂを参照）には、そのコストは概略＄１５０／ｋＷ
となり、コンバインドサイクル発電プラントに対する概略＄５００／ｋＷと比較
して更に魅力的なものである。
【００３５】 本発明の他の実施の形態によれば、図２の実施例は、更に変更され、この変更
されたシステムが図６に示される。図２及び図６にて同じ番号は同じ部材を示す
。例えば、図６の実施例は、商業的に入手可能なサチュレータ（飽和器）８０を
有する。飽和器８０は、コネクション構造体５０を介して飽和器８０に流入する
圧縮空気の混合を改良するための内部パッキンを備えたタワーとされる。温水器
８２が入口管路８５及び出口管路８７を介して飽和器８０に接続される。温水器
８２は、好ましくは、典型的なシェル−チューブ設計とされる。ウォータポンプ
８３は、管路８４を介して補給水を飽和器８０に提供し、又、ウォータポンプ８
１は、水を温水器８２を介して循環するために入口管路８５に設けられる。
【００３６】 圧縮空気ストレージ２８からの圧縮空気は、コネクション構造体５０を経由し
て飽和器８０へと差し向けられ、そこで温水器８２にて加熱された加熱水と混合
される。圧縮空気は飽和器８０にて飽和され且つ予加熱され、次いで、復熱装置
５２へと送給されて更に加熱され、そして燃焼器１８の上流に噴射される。ター
ビン１６の同じ最大出力及び体積流量に対して、所要補給圧縮空気流量が所定周
囲温度に対して確立される。
【００３７】 図６の実施例にて、補給空気流の給湿は、コンプレッサトレイン３２によって
圧縮され圧縮空気ストレージ２８に貯蔵される圧縮空気の量を著しく減少させる
。図７は、図６の実施例に対する熱と質量流量のバランスを表しており、又、周
囲温度９０°Ｆ、飽和器８０を出る湿度６０％の流れに対して、圧縮空気ストレ
ージ２８を出る補給圧縮空気流が３５ｌｂｓ／ｓｅｃであることを示している。
同じ正味出力に対してこれは、給湿をしない図２の実施例での１００ｌｂｓ／ｓ
ｅｃからは略７０％の減少である。（注：図５は、総出力が１２９．２ＭＷであ
った図２の実施例に対する熱及び質量流量のバランスを示す。）このように、圧
縮空気ストレージのコストは略７０％だけ低減され、又、コンプレッサトレイン
３２及び復熱装置５２のコストもまた著しく減少される。飽和器８０、水加熱器
８２及びポンプ８１、８３のための追加のコストは、ストレージ体積が減少され
ることと関連したコスト節減の小部分である。図７は、９０１２Ｂｔｕ／ｋＷｈ
の熱消費率を示す。この熱消費率は、給湿を行っていない図５の実施例のものと
同様である。図７の実施例対図２の実施例における追加の空気流が図７の実施例
にて７０％だけ減少するといった事実のために、ストレージ再充填のためのエネ
ルギー所要量も又、７０％だけ減少する。これはシステムの電気コスト（燃料と
オフピークエネルギーコスト）を減少させる。エンジニアリング及びコスト評価
の努力により、図６のシステム（略＄１７０／ｋＷ）に対する比資本コスト（＄
／増分ｋＷ）が図２のシステムに比較して略４０％だけ減少されることが確立さ
れた。
【００３８】 本発明の更に他の実施例が図８に示される。この実施例は、図６の実施例と同
様であり、同じ参照番号は同じ部分を示す。図８の実施例は図６の実施例とは、
図８の実施例においては圧縮空気ストレージが除去され、そしてコンプレッサト
レイン３２の形態とされた追加のコンプレッサ構造体は、全ての補給空気流（例
えば、約３５ｌｂｓ／ｓｅｃ）を提供する大きさのものとされる点において異な
る。図２及び図６のコンプレッサトレインは、そのサイズは全補給空気流量より
少ない空気流量のサイズとすることができ、又、ピーク出力発生時間と、圧縮空
気ストレージを充填するために利用できるオフピーク時間との割合に依存するこ
とが分る。
【００３９】 図８のシステムの熱及び質量バランスは、図９に示される。発生される増分ピ
ーク出力に対して、補給空気流がコンプレッサトレイン３２によって連続的に提
供される。コンプレッサトレイン３２の吐出流は、飽和器８０において、温水器
８２にて生成される熱水にて飽和される。飽和され且つ予加熱された空気は、燃
焼器１８の上流に噴射される前に、更に復熱装置５２にて加熱される。
【００４０】 図８のシステムの大きな利点は、動力が増分出力を提供するべく発生されてい
る時に、このシステムは連続的に作動可能であるということである。特定のピー
ク時間のための大きさを有する圧縮空気ストレージによっれ付与される制限はな
い。圧縮空気ストレージの寸法は、過度の資本コスト又は用地の制約によって制
限されることがある。又、図８のシステムは運転及び保守が簡単である。
【００４１】 図９に示されるように、図８のシステムの性能特性は、図７に示されるものと
同様である。例えば、両実施例は燃料とオフピークエネルギーとに関連した同じ
運転コストを有している。図８のシステムは圧縮空気ストレージがないことによ
りより低い運転及び保守コストを有することが期待される。エンジニアリング及
びコスト評価努力が、図８のシステムは、比資本コストが図６のシステムと略同
じであることを示した（大流量コンプレッサトレインのためのコスト増大は、圧
縮空気ストレージ除去によるコスト節約に等しい）。
【００４２】 このように、本発明の諸目的は、完全に且つ有効に達成されたことが理解され
るであろう。しかしながら、上記実施例は、本発明の構造及び機能の原理、並び
に実施例を利用した方法を図示し説明するためのものであって、このような原理
を離脱することなく改変することも可能であることを理解されたい。従って、本
発明は、特許請求の範囲に記載した範囲内での改良態様をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 ５９°Ｆで作動する通常のＧＥ７ＥＡ燃焼タービンの概略構成線図である。
【図１ｂ】 ０°Ｆで作動する通常のＧＥ７ＥＡ燃焼タービンの概略構成線図である。
【図１ｃ】 ９０°Ｆで作動する通常のＧＥ７ＥＡ燃焼タービンの概略構成線図である。
【図２】 本発明の原理に従って提供される燃焼タービン発電システムの一実施例である
。
【図３】 本発明の燃焼タービン発電システムの他の実施例である。
【図４】 ボトム蒸気サイクルを備えた本発明の燃焼タービン発電システムの更に他の実
施例である。
【図５】 燃焼タービン組立体が９０°Ｆ周囲温度、空気増大運転モードで作動する、図
２及び図３に例示した実施例に適用し得る作動パラメータの概略構成線図である
。
【図６】 補助空気流の給湿を行う本発明の燃焼タービン発電システムの他の実施例であ
る。
【図７】 燃焼タービン組立体が９０°Ｆ周囲温度、空気増大運転モードで作動する、図
６に例示した実施例に適用し得る作動パラメータの概略構成線図である。
【図８】 圧縮空気ストレージを除去し、補助空気流の給湿を行う本発明の燃焼タービン
発電システムの他の実施例である。
【図９】 燃焼タービン組立体が９０°Ｆ周囲温度、空気増大運転モードで作動する、図
８に例示した実施例に適用し得る作動パラメータの概略構成線図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (51)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼タービン発電システム及びその改良システムの運転方法
    であって、 コンプレッサ、前記コンプレッサと作動的に関連した膨張タービン、前記膨張
    タービンに接続された発電機を含む、少なくとも一つの燃焼タービン組立体；前
    記膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する燃焼器；前記コンプレッサの出口を前
    記燃焼器の入口に流体的に接続するフローパス構造体；圧縮空気ストレージ；前
    記圧縮空気ストレージを充填する充填コンプレッサ；前記充填コンプレッサの出
    口を前記圧縮空気ストレージへの入口と流体的に連結するチャージング構造体；
    前記圧縮空気ストレージの出口を前記燃焼器の入口に流体的に連結するコネクシ
    ョン構造体；及び前記コネクション構造体及び前記チャージング構造体を通って
    流れる流量を制御するためにそれぞれ前記コネクション構造体と前記チャージン
    グ構造体とに関連したバルブ構造体；を提供すること、 次の運転モードの一つを選択的に可能とするように前記バルブ構造体を制御す
    ること、 前記コンプレッサからの圧縮された空気が前記フローパス構造体を介して前記
    膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記燃焼器へと流動し、それによって前
    記膨張タービンが前記発電機を駆動する燃焼タービン運転モード、 前記フローパス構造体を介して前記燃焼器へと流れる圧縮空気に加えて、前記
    圧縮空気ストレージからの圧縮空気が前記コネクション構造体を介して前記燃焼
    器へと供給され、それによって前記膨張タービンへの圧縮空気とガスの質量流量
    を増大させる圧縮空気増大運転モード、及び 前記充填コンプレッサからの圧縮空気が前記チャージング構造体を介して流動
    し、前記圧縮空気ストレージを充填する空気ストレージ充填運転モード、 を有することを特徴とする燃焼タービン発電システム及びその改良システムの運
    転方法。
  2. 【請求項２】 前記圧縮空気増大運転モードは、前記膨張タービンが最大許
    容出力で作動し得ないレベルにまで前記膨張タービンへの圧縮空気及びガスの質
    量流量が減少した運転条件時に行われることを特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記追加の圧縮空気は、周囲温度が上昇した時に供給される
    ことを特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 前記追加の圧縮空気は、空気密度が低下し、前記膨張タービ
    ンが最大許容出力で作動し得ない時に供給されることを特徴とする請求項２の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記充填コンプレッサは、前記燃焼タービン組立体の前記コ
    ンプレッサの出口と連結された入口を備えたブーストコンプレッサを有し、電動
    モータが前記ブーストコンプレッサを駆動することを特徴とする請求項１の方法
    。
  6. 【請求項６】 更に、前記燃焼タービン組立体の前記コンプレッサの出口と
    、前記ブーストコンプレッサへの入口との間にインタークーラを有することを特
    徴とする請求項５の方法。
  7. 【請求項７】 前記充填コンプレッサは、少なくとも第１及び第２コンプレ
    ッサと、前記第１コンプレッサの出口と前記第２コンプレッサへの入口との間に
    設けられたインタークーラと、周囲空気を受容する前記第１コンプレッサの入口
    と、前記チャージング構造体を介して前記圧縮空気ストレージと接続された前記
    第２コンプレッサの出口と、前記第２コンプレッサの出口と前記圧縮空気ストレ
    ージへの入口との間に設けられたアフタークーラとを有し、そして、電動モータ
    が前記第１及び第２コンプレッサを駆動することを特徴とする請求項１の方法。
  8. 【請求項８】 更に、蒸気タービンと、前記蒸気タービンと接続された発電
    機と、熱回収蒸気発生器とを有し、前記熱回収蒸気発生器の入口は、前記膨張タ
    ービンの出口と連通しており、前記熱回収蒸気発生器の出口は、前記蒸気タービ
    ンへの入口と連通していることを特徴とする請求項１の方法。
  9. 【請求項９】 前記圧縮空気ストレージは、地下の地質構造体又は人口の圧
    力容器であることを特徴とする請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】 前記燃焼タービンシステムの前記発電機は、前記燃焼ター
    ビン運転モードで作動している時に前記燃焼タービンシステムによって発生され
    る出力を超える出力を提供する能力を有しており、それによって、前記空気増大
    運転モード時に、前記発電機は、追加の圧縮空気が前記燃焼タービン組立体の前
    記膨張タービンへと供給されることにより前記過剰の出力を提供することができ
    ることを特徴とする請求項１の方法。
  11. 【請求項１１】 圧縮空気ストレージを一体に備えた燃焼タービン改良発電
    プラントを提供する方法であって、 前記発電プラントは、少なくとも一つのコンプレッサと、前記少なくとも一つ
    のコンプレッサに作動的に関連した少なくとも一つの膨張タービンと、前記少な
    くとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する少なくとも一つの燃焼器と
    、前記少なくとも一つの膨張タービンに接続された少なくとも一つの発電機と、
    を備え、前記少なくとも一つのコンプレッサは、フローパス構造体を介して前記
    少なくとも一つの燃焼器への入口と連通している燃焼タービン組立体を有してお
    り、 前記方法は、 前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記少なくとも
    一つの燃焼器の上流に圧縮空気を導入すること； 前記少なくとも一つのコンプレッサの吐出しから圧縮空気を引き出すこと； 前記発電機の容量をアップグレードすること； 少なくとも一つのブーストコンプレッサ、 前記ブーストコンプレッサを駆動するための少なくとも一つの電動モータ、 前記ブーストコンプレッサに給気する少なくとも一つのインタークーラ、 前記ブーストコンプレッサの下流のアフタークーラ、及び 前記アフタークーラの下流の圧縮空気ストレージ、 を有する圧縮空気圧縮貯蔵、取出しシステムを提供すること； インタークーラを介して前記燃焼タービン組立体コンプレッサの出口と、前記
    ブーストコンプレッサの入口との間の連通を可能とするインテグレイティング構
    造体、 前記ブーストコンプレッサの出口を前記アフタークーラの入口に接続し、そし
    て前記アフタークーラの出口を前記圧縮空気ストレージに接続するチャージング
    構造体、 前記圧縮空気ストレージの出口と前記燃焼器への入口との間の連通を可能とす
    るコネクション構造体、及び 前記チャージング構造体、前記コネクション構造体、前記インテグレイティン
    グ構造体及び前記フローパス構造体を流れる流量を選択的に制御するためのバル
    ブ装置、 を提供することによって、前記発電プラントを通る種々の流路を提供するために
    前記燃焼タービン組立体と前記貯蔵、取り出しシステムとを一体とすること； 上記一体化によって、次の三つの運転モードを選択的に提供すること； ａ．燃焼タービン運転モード、 ｂ．前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記少なくと
    も一つの燃焼器へと前記圧縮空気ストレージからの補助空気流を差し向けること
    によって前記燃焼タービン運転モードにより提供される出力よりも高い出力を提
    供する空気増大運転モード、及び ｃ．前記圧縮空気ストレージには前記少なくとも一つのコンプレッサ及び前記少
    なくとも一つのブーストコンプレッサによって圧縮空気が充填される空気ストレ
    ージ充填運転モード、 を有することを特徴とする圧縮空気ストレージを一体に備えた燃焼タービン改良
    発電プラントを提供する方法。
  12. 【請求項１２】 前記バルブ装置は、前記チャージング構造体を通る空気流
    を制御するための第１バルブシステムと、前記圧縮空気ストレージと前記燃焼器
    との間の前記コネクション構造体の空気流を制御するための第２バルブシステム
    と、前記インテグレイティング構造体内のバルブと、前記少なくとも一つのコン
    プレッサの出口からの圧縮空気を差し向けるための前記フローパス構造体内のバ
    ルブと、を有することを特徴とする請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 更に、前記圧縮空気ストレージと前記燃焼器との間の前記
    コネクション構造体に配置された復熱装置を含むことを特徴とする請求項１２の
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記燃焼タービン運転モード時に、前記第１及び第２バル
    ブシステムは閉鎖され、前記インテグレイティング構造体の前記バルブは閉鎖さ
    れ、そして前記フローパス構造体の前記バルブは開とされ、それによって前記少
    なくとも一つのコンプレッサから前記フローパス構造体を介して、前記膨張ター
    ビンへ燃焼生成ガスを供給する前記少なくとも一つの燃焼器の入口への流路を画
    定することを特徴とする請求項１３の方法。
  15. 【請求項１５】 前記空気増大運転モード時に、前記第１バルブシステムは
    閉鎖され、前記第２バルブシステムは開とされ、前記インテグレイティング構造
    体のバルブは閉鎖され、そして前記フローパス構造体の前記バルブは開とされ、
    それによってガス及び空気流路を画定し、前記圧縮空気ストレージに貯蔵された
    圧縮空気は、前記復熱装置を通って流動し、前記少なくとも一つの燃焼器の出口
    からの空気と混合し、そして前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼性生物を
    供給する前記少なくとも一つの燃焼器へと流動し、それによって、前記少なくと
    も一つの膨張タービンは最大許容出力を発生し、従って、前記少なくとも一つの
    発電機によって電気グリッドへと発生する電力を増大させることを特徴とする請
    求項１３の方法。
  16. 【請求項１６】 前記少なくとも一つのコンプレッサの入口ガイド翼は閉鎖
    され、それによって前記少なくとも一つのコンプレッサによる電力消費を減少し
    、前記少なくとも一つの発電機による電気グリッドへの電力を増大することを特
    徴とする請求項１５の方法。
  17. 【請求項１７】 前記圧縮空気ストレージ充填運転モード時に、前記第１バ
    ルブシステムが開となり、前記第２バルブシステムが一部開となり、前記インテ
    グレイティング構造体のバルブが開となり、そして前記フローパス構造体の前記
    バルブは閉鎖され、それによって前記少なくとも一つのコンプレッサからの圧縮
    空気が前記インテグレイティング構造体に沿って前記インタークーラを通って流
    動しそして更に前記ブーストコンプレッサにて圧縮される空気及びガス流路を画
    定し、次いで圧縮空気は前記アフタークーラへ、そして前記圧縮空気ストレージ
    へと流動し、前記方法では、更に、冷却空気の少量部分が、前記圧縮空気ストレ
    ージから前記コネクション構造体を介し、前記第２バルブシステムの一部開とさ
    れるバルブを通り、前記復熱装置を通り、前記少なくとも一つの膨張タービンに
    燃焼生成ガスを供給する前記少なくとも一つの燃焼器へと流動し、それによって
    十分な冷却空気を前記少なくとも一つの膨張タービンに供給することが行われ、
    そして、前記少なくとも一つの発電機は電気グリッドに連結され、そして給電さ
    れ、前記発電機は、前記少なくとも一つのコンプレッサ及び少なくとも一つの膨
    張タービンを駆動し、前記ブーストコンプレッサは、電気グリッドにより給電さ
    れる前記電動モータによって駆動されることを特徴とする請求項１３の方法。
  18. 【請求項１８】 更に、前記少なくとも一つの膨張タービンの排気と作動的
    に関連した熱回収蒸気発電機を含むボトミング蒸気システムを有することを特徴
    とする請求項１２の方法。
  19. 【請求項１９】 少なくとも一つのコンプレッサと、前記少なくとも一つの
    コンプレッサに作動的に関連し、少なくとも一つの燃焼器が燃焼生成ガスを供給
    するようにした少なくとも一つの膨張タービンと、前記少なくとも一つの膨張タ
    ービンに接続された発電機と、を備えた燃焼タービン組立体を有する燃焼タービ
    ン改良発電プラントを提供する方法であって、 前記方法は、 前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記少なくとも
    一つの燃焼器の上流位置に圧縮空気を導入すること； 前記発電機の容量をアップグレードすること； コンプレッサ構造体、前記コンプレッサ構造体を駆動するための電動モータ、
    前記コンプレッサ構造体の下流のアフタークーラ、前記アフタークーラの下流の
    圧縮空気ストレージ、を有する追加の圧縮及び圧縮空気貯蔵システムを提供する
    こと； 前記燃焼タービン組立体及び前記圧縮及び圧縮空気貯蔵システムを一体化し、
    前記コンプレッサ構造体の出口と前記アフタークーラへの入口との間及び前記ア
    フタークーラの出口から前記圧縮空気ストレージまでの連通を可能とするチャー
    ジング構造体、前記圧縮空気ストレージの出口と前記少なくとも一つの燃焼器へ
    の入口との間の連通を可能とするコネクション構造体、前記チャージング構造体
    及び前記コネクション構造体を通る流れを選択的に制御するバルブ装置、によっ
    て前記システムを通る種々の流路を提供すること； 前記一体化によって次の三つの運転モードを選択的に提供することが確保され
    ること； ａ．燃焼タービン運転モード、 ｂ．前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記少なくと
    も一つの燃焼器へと前記圧縮空気ストレージからの補助圧縮空気流を差し向ける
    ことによって前記燃焼タービン運転モードにより提供される出力よりも高い出力
    を提供する空気増大運転モード、及び ｃ．前記圧縮空気ストレージには前記コンプレッサ構造体によって圧縮空気が充
    填される空気ストレージ充填運転モード、 を有することを特徴とする燃焼タービン組立体を有する燃焼タービン改良発電プ
    ラントを提供する方法。
  20. 【請求項２０】 前記バルブ装置は、前記チャージング構造体を通る空気流
    を制御するための第１バルブシステムと、前記圧縮空気ストレージと前記燃焼器
    との間の前記コネクション構造体の空気流を制御するための第２バルブシステム
    と、を有することを特徴とする請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 更に、前記圧縮空気ストレージと前記燃焼器との間の前記
    コネクション構造体に配置された復熱装置を含むことを特徴とする請求項２０の
    方法。
  22. 【請求項２２】 前記燃焼タービン運転モード時に、前記第１及び第２バル
    ブシステムは閉鎖され、それによって前記少なくとも一つのコンプレッサから前
    記フローパス構造体を介し前記燃焼器へと至る流路を画定することを特徴とする
    請求項２１の方法。
  23. 【請求項２３】 前記空気増大運転モード時に、前記第１バルブシステムは
    閉鎖され、前記第２バルブシステムは開とされ、それによって前記圧縮空気スト
    レージに貯蔵された圧縮空気が前記コネクション構造体を通り前記復熱装置へと
    流動し、そして前記少なくとも一つのコンプレッサの出口からの空気と混合し、
    そして前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成物を供給する前記燃焼器へ
    と流動するガス及び空気流路を画定し、それによって、前記少なくとも一つの膨
    張タービンは最大許容出力を発生し、従って前記発電機による電気グリッドへの
    電力を増大させることを特徴とする請求項２１の方法。
  24. 【請求項２４】 前記少なくとも一つのコンプレッサの入口ガイド翼は閉鎖
    され、それによって前記少なくとも一つのコンプレッサによる電力消費を減少し
    、前記発電機による電気グリッドへの電力を増大することを特徴とする請求項２
    ３の方法。
  25. 【請求項２５】 前記圧縮空気ストレージ充填運転モード時に、前記第１バ
    ルブシステムが開となり、前記第２バルブシステムが閉鎖され、そして、前記電
    動モータ駆動式のコンプレッサ構造体が電気グリッドに接続されて給電され、そ
    れによって前記コンプレッサ構造体が、前記チャージング構造体に沿って前記ア
    フタークーラを通り、前記圧縮空気ストレージへと流動する大気空気を圧縮する
    流路を画定することを特徴とする請求項２１の方法。
  26. 【請求項２６】 燃焼タービン発電システム及びその改良システムの運転方
    法であって、 コンプレッサ、前記コンプレッサと作動的に関連した膨張タービン、前記膨張
    タービン及び前記コンプレッサの一つに接続された発電機、を含む少なくとも一
    つの燃焼タービン組立体；前記膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する燃焼器；
    前記コンプレッサの出口を前記燃焼器の入口に流体的に接続するフローパス構造
    体；圧縮空気ストレージ；前記圧縮空気ストレージを充填する充填コンプレッサ
    構造体；前記充填コンプレッサ構造体の出口を前記圧縮空気ストレージへの入口
    と流体的に連結するチャージング構造体；前記圧縮空気ストレージの出口を飽和
    器の入口に流体的に連結するコネクション構造体、前記飽和器に差し向けられる
    水を加熱する温水器、予加熱され飽和された圧縮空気を受容し、その出口は前記
    燃焼器に流体連通している復熱装置；及び前記コネクション構造体及び前記チャ
    ージング構造体を通って流れる流量を制御するためにそれぞれ前記コネクション
    構造体と前記チャージング構造体とに関連したバルブ構造体；を提供すること、 次の運転モードの一つを選択的に可能とするように前記バルブ構造体を制御す
    ること、 前記コンプレッサからの圧縮された空気が前記フローパス構造体を介して、前
    記膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記燃焼器へと流動し、それによって
    前記膨張タービンが前記発電機を駆動する燃焼タービン運転モード、 前記フローパス構造体を介して前記燃焼器へと流れる圧縮空気に加えて、前記
    圧縮空気ストレージからの補助の圧縮空気が前記コネクション構造体を介して前
    記飽和器へと供給され、そして前記飽和器にて飽和され且つ予加熱され、そして
    、前記復熱装置にて更に加熱されて前記燃焼器へと差し向けられ、それによって
    前記膨張タービンへの圧縮空気とガスの質量流量を増大させる圧縮空気増大運転
    モード、及び 前記充填コンプレッサ構造体からの圧縮空気が前記チャージング構造体を介し
    て流動し、前記圧縮空気ストレージを充填する空気ストレージ充填運転モード、
    を有することを特徴とする燃焼タービン発電システム及びその改良システムの運
    転方法。
  27. 【請求項２７】 前記圧縮空気増大運転モードは、前記膨張タービンが最大
    許容出力で作動し得ないレベルにまで前記膨張タービンへの圧縮空気及びガスの
    質量流量が減少した運転条件時に行われることを特徴とする請求項２６の方法。
  28. 【請求項２８】 前記補助圧縮空気は、周囲温度が上昇した時に供給される
    ことを特徴とする請求項２７の方法。
  29. 【請求項２９】 前記補助圧縮空気は、空気密度が低下し、前記膨張タービ
    ンが最大許容出力で作動し得ない時に供給されることを特徴とする請求項２７の
    方法。
  30. 【請求項３０】 前記充填コンプレッサ構造体は、コンプレッサトレインを
    有し、電動モータが前記コンプレッサトレインを駆動することを特徴とする請求
    項２６の方法。
  31. 【請求項３１】 前記コンプレッサトレインは、少なくとも第１及び第２コ
    ンプレッサを備え、インタークーラが前記第１コンプレッサの出口と前記第２コ
    ンプレッサへの入口との間に設けられ、前記第１コンプレッサの入口が周囲空気
    を受容し、前記第２コンプレッサの出口が前記チャージング構造体を介して前記
    圧縮空気ストレージと接続され、アフタークーラが前記第２コンプレッサの出口
    と前記圧縮空気ストレージへの入口との間に設けられ、そして、電動モータが前
    記第１及び第２コンプレッサを駆動することを特徴とする請求項３０の方法。
  32. 【請求項３２】 前記圧縮空気ストレージは、地下の地質構造体又は人口の
    圧力容器であることを特徴とする請求項２６の方法。
  33. 【請求項３３】 前記燃焼タービンシステムの前記発電機は、前記燃焼ター
    ビン運転モードで作動している時に前記燃焼タービンシステムによって発生され
    る出力を超える出力を提供する能力を有しており、従って、前記空気増大運転モ
    ード時に、前記発電機は、追加の圧縮空気が前記燃焼タービン組立体の前記膨張
    タービンへと供給されることにより前記過剰の出力を提供することができること
    を特徴とする請求項２６の方法。
  34. 【請求項３４】 第１のウォータポンプが前記飽和器に水を供給するために
    設けられ、そして、第２のウォータポンプが前記温水器と前記飽和器の間にて水
    を循環するために設けられることを特徴とする請求項２６の方法。
  35. 【請求項３５】 圧縮空気ストレージを一体に備えた燃焼タービン改良発電
    プラントを提供する方法であって、 前記発電プラントは、少なくとも一つのコンプレッサと、前記少なくとも一つ
    のコンプレッサに作動的に関連した少なくとも一つの膨張タービンと、少なくと
    も一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する少なくとも一つの燃焼器と、前
    記少なくとも一つの膨張タービンと前記少なくとも一つのコンプレッサの一つに
    接続された少なくとも一つの発電機と、を備え、前記少なくとも一つのコンプレ
    ッサは、フローパス構造体を介して前記少なくとも一つの燃焼器への入口と連通
    しており、 前記方法は、 前記発電機の容量をアップグレードすること； コンプレッサ構造体、 前記コンプレッサ構造体を駆動するための少なくとも一つの電動モータ、 前記コンプレッサ構造体に関連した少なくとも一つのインタークーラ、 前記コンプレッサ構造体の下流のアフタークーラ、 前記アフタークーラの下流の圧縮空気ストレージ、 前記圧縮空気ストレージの出口と連通する飽和器、 前記飽和器と連通し、前記飽和器に加熱水を提供し、前記飽和器に差し向けられ
    た圧縮空気を給湿し且つ予加熱する温水器、及び 前記飽和器の出口に連通し、前記飽和器から流出する予加熱され、給湿された圧
    縮空気を更に加熱する復熱装置、 を有する圧縮空気圧縮貯蔵、取出しシステムを提供すること； 前記コンプレッサ構造体の出口と前記アフタークーラの入口との間及び前記ア
    フタークーラの出口から前記圧縮空気ストレージへの連通を可能とするチャージ
    ング構造体、 前記圧縮空気ストレージの出口と前記飽和器への入り口との間を連通可能とし
    、そして、前記復熱装置の出口と前記少なくとも一つの燃焼器への入口との間を
    連通可能とするコネクション構造体、 前記チャージング構造体及び前記コネクション構造体を流れる流量を選択的に
    制御するためのバルブ装置、 を提供することによって、前記発電プラントを通る種々の流路を提供するために
    前記燃焼タービン組立体と前記貯蔵、取り出しシステムとを一体とすること； 上記一体化によって、次の三つの運転モードを選択的に提供すること； 燃焼タービン運転モード、 前記圧縮空気ストレージからの補助空気流を、前記飽和器、前記復熱装置、次
    いで前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記少なくと
    も一つの燃焼器へと差し向けることによって前記燃焼タービン運転モードにより
    提供される出力よりも高い出力を提供する空気増大運転モード、及び 前記圧縮空気ストレージに前記コンプレッサ構造体によって圧縮空気が充填さ
    れる空気ストレージ充填運転モード、 を有することを特徴とする圧縮空気ストレージを一体に備えた燃焼タービン改良
    発電プラントを提供する方法。
  36. 【請求項３６】 前記バルブ装置は、前記チャージング構造体を通る空気流
    を制御するための第１バルブシステムと、前記圧縮空気ストレージと前記飽和器
    との間の前記コネクション構造体の空気流を制御するための第２バルブシステム
    ととを有することを特徴とする請求項３５の方法。
  37. 【請求項３７】 前記燃焼タービン運転モード時に、前記第１及び第２バル
    ブシステムは閉鎖され、それによって前記少なくとも一つのコンプレッサから前
    記フローパス構造体を通り、前記膨張タービンへ燃焼生成ガスを供給する前記少
    なくとも一つの燃焼器への流路を画定することを特徴とする請求項３６の方法。
  38. 【請求項３８】 前記空気増大運転モード時に、前記第１バルブシステムは
    閉鎖され、前記第２バルブシステムは開とされ、それによって、前記圧縮空気ス
    トレージに貯蔵された圧縮空気は、前記コネクション構造体を通り、前記飽和器
    、次いで前記復熱装置へと流動し、そして前記少なくとも一つのコンプレッサの
    出口からの空気と混合し、そして前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成
    物を供給する少なくとも一つの燃焼器に流動するガス及び空気流路を画定し、そ
    れによって、前記少なくとも一つの膨張タービンが最大許容出力を発生し、従っ
    て前記発電機による電気グリッドへの電力を増大させることを特徴とする請求項
    ３６の方法。
  39. 【請求項３９】 前記圧縮空気充填運転モード時に、前記第１バルブシステ
    ムが開となり、前記第２バルブシステムが閉鎖され、そして前記電動モータ駆動
    コンプレッサトレインは電気グリッドに接続されて給電され、それによって、前
    記コンプレッサ構造体は、前記チャージング構造体に沿って、前記アフタークー
    ラを通り、前記圧縮空気ストレージへと流動する周囲空気を圧縮する空気流路を
    画定することを特徴とする請求項３６の方法。
  40. 【請求項４０】 燃焼タービン発電システム及びその改良システムの運転方
    法であって、 コンプレッサ、前記コンプレッサと作動的に関連した膨張タービン、前記膨張
    タービンに接続された発電機、を含む少なくとも一つの燃焼タービン組立体；前
    記膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する燃焼器；前記コンプレッサの出口を前
    記燃焼器の入口に流体的に接続するフローパス構造体；補助コンプレッサ構造体
    ；前記補助コンプレッサ構造体の出口を飽和器の入口に流体的に接続するコネク
    ション構造体、前記飽和器に差し向けられた水を加熱するための温水器、予加熱
    され飽和された圧縮空気を受容するための復熱装置、前記燃焼器に連通する前記
    復熱装置の出口；及び前記コネクション構造体を通る流れを制御するために前記
    コネクション構造体に関連したバルブ構造体；を提供すること、 次の運転モードの一つを選択的に可能とするように前記バルブ構造体を制御す
    ること、 前記コンプレッサからの圧縮された空気が前記フローパス構造体を介して前記
    膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する前記燃焼器へと流動し、これによって前
    記膨張タービンが前記発電機を駆動する燃焼タービン運転モード、及び 前記フローパス構造体を介して前記燃焼器へと流れる圧縮空気に加えて、前記
    補助コンプレッサ構造体からの補助の圧縮空気が前記コネクション構造体を介し
    て前記飽和器へと供給され、そして前記飽和器にて飽和され且つ予加熱され、そ
    して、前記復熱装置にて更に加熱されて前記燃焼器へと差し向けられ、それによ
    って前記膨張タービンへの圧縮空気とガスの質量流量を増大させる圧縮空気増大
    運転モード、 を有することを特徴とする燃焼タービン発電システム及びその改良システムの運
    転方法。
  41. 【請求項４１】 前記圧縮空気増大運転モードは、前記膨張タービンが最大
    許容出力で作動し得ないレベルにまで前記膨張タービンへの圧縮空気及びガスの
    質量流量が減少した運転条件時に行われることを特徴とする請求項４０の方法。
  42. 【請求項４２】 前記補助圧縮空気は、周囲温度が上昇した時に供給される
    ことを特徴とする請求項４１の方法。
  43. 【請求項４３】 前記補助圧縮空気は、空気密度が低下し、前記膨張タービ
    ンが最大許容出力で作動し得ない時に供給されることを特徴とする請求項４１の
    方法。
  44. 【請求項４４】 前記補助コンプレッサ構造体は、コンプレッサトレインを
    備え、電動モータが前記コンプレッサトレインを駆動することを特徴とする請求
    項４０の方法。
  45. 【請求項４５】 前記コンプレッサトレインは、少なくとも第１及び第２コ
    ンプレッサを有し、インタークーラが前記第１コンプレッサの出口と前記第２コ
    ンプレッサへの入口との間に設けられ、前記第１コンプレッサの入口が周囲空気
    を受容し、前記第２コンプレッサの出口は前記コネクション構造体を介して前記
    飽和器と接続され、アフタークーラが前記第２コンプレッサの出口と前記飽和器
    への入口との間の前記コネクション構造体に設けられることを特徴とする請求項
    ４４の方法。
  46. 【請求項４６】 前記燃焼タービンシステムの前記発電機は、前記燃焼ター
    ビン運転モードで作動している時に前記燃焼タービンシステムによって発生され
    る出力を超える出力を提供する能力を有しており、それによって、前記空気増大
    運転モード時に、前記発電機は、補助圧縮空気が前記燃焼タービン組立体の前記
    膨張タービンへと供給されることにより前記過剰の出力を提供することができる
    ことを特徴とする請求項４０の方法。
  47. 【請求項４７】 第１のウォータポンプが前記飽和器に水を供給するために
    設けられ、そして、第２のウォータポンプが前記温水器と前記飽和器の間にて水
    を循環するために設けられることを特徴とする請求項４０の方法。
  48. 【請求項４８】 補助圧縮空気システムを一体に備えた燃焼タービン改良発
    電プラントを提供する方法であって、 前記発電プラントは、少なくとも一つのコンプレッサと、前記少なくとも一つ
    のコンプレッサに作動的に関連した少なくとも一つの膨張タービンと、前記少な
    くとも一つの膨張タービンに燃焼生成ガスを供給する少なくとも一つの燃焼器と
    、前記少なくとも一つの膨張タービンと前記少なくとも一つのコンプレッサの一
    つに接続された少なくとも一つの発電機と、を備え、前記少なくとも一つのコン
    プレッサは、フローパス構造体を介して前記少なくとも一つの燃焼器への入口と
    連通した燃焼タービン組立体を有しており、 前記方法は、 前記発電機の容量をアップグレードすること； 或る補助空気流量を提供する大きさとされたコンプレッサ構造体、 前記コンプレッサ構造体を駆動するための少なくとも一つの電動モータ、 前記コンプレッサ構造体に関連した少なくとも一つのインタークーラ、 前記コンプレッサ構造体の下流のアフタークーラ、 前記アフタークーラの下流の飽和器、 前記飽和器に加熱水を提供し、前記飽和器へと差し向けられた圧縮空気を予加熱
    するために前記飽和器と連通した温水器、及び 前記飽和器の出口と連通し、前記飽和器から流出する予加熱され飽和された圧縮
    空気を更に加熱するための復熱装置、 を有する補助圧縮空気システムを提供すること、 前記アフタークーラの出口と前記飽和器への入口との間の連通を可能とし、そ
    して前記復熱装置の出口と前記少なくとも一つの燃焼器への入口との間の連通を
    可能とするコネクション構造体、及び 前記コネクション構造体を流れる流量を制御するためのバルブ装置、 を提供することによって、前記燃焼タービン組立体と前記補助圧縮空気システム
    とを一体とすること； 上記一体化によって、次の二つの運転モードを選択的に提供すること； ａ．燃焼タービン運転モード、及び ｂ．前記補助コンプレッサ構造体からの補助圧縮空気流を、前記飽和器へと、そ
    して前記復熱装置へと、次いで、前記少なくとも一つの膨張タービンに燃焼生成
    ガスを供給する前記少なくとも一つの燃焼器へと差し向けることによって、前記
    燃焼タービン運転モードにより提供される出力よりも高い出力を提供する空気増
    大運転モード、 を有することを特徴とする補助圧縮空気システムを一体に備えた燃焼タービン改
    良発電プラントを提供する方法。
  49. 【請求項４９】 前記燃焼タービン運転モード時に、前記バルブ装置は閉鎖
    され、それによって前記少なくとも一つのコンプレッサから前記フローパス構造
    体を介して前記少なくともひとつの燃焼器へと至る流路を画定することを特徴と
    する請求項４８の方法。
  50. 【請求項５０】 前記空気増大運転モード時に、前記バルブ装置は開とされ
    、それによって、前記補助コンプレッサ構造体からの補助の圧縮空気は、前記コ
    ネクション構造体を通り、前記飽和器、次いで前記復熱装置へと流動し、前記少
    なくとも一つのコンプレッサの出口からの空気と混合し、そして前記少なくとも
    一つの膨張タービンに燃焼生成物を供給する少なくとも一つの燃焼器に流動する
    ガス及び空気流路を画定し、それによって、前記少なくとも一つの膨張タービン
    は最大許容出力を発生し、従って前記発電機による電気グリッドへの電力を増大
    させることを特徴とする請求項４８の方法。
  51. 【請求項５１】 前記或る補助空気流量は約３５ｌｂｓ／ｓｅｃであること
    を特徴とする請求項４８の方法。
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