JP2015505597A - ガスタービンエネルギー蓄電及びエネルギー供給システム及びその製造及び使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、低負荷でプラントの効率及び電力出力を改善するため、及び、ガスタービンの電力出力の下限値を減らしながら同時にガスタービンの発電出力の上限値を増やし従って新規または既存のガスタービンシステムの容量及び調整機能を増加するために、特定のプラントに依存して、いくつかのオプションを提供する。本発明の一態様は、好ましくは効率的な加熱された空気入口充電器を提供しながら、ガスタービン（ＧＴ）発電プラントの既存の源から有用な仕事量を得るためのエネルギー蓄電及び回復システムに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、概ね、ガスタービンの発電容量を含む電力システムに関し、より具体的には、低減された電力需要の期間中にガスタービンによって自己消費電力が発生している間、ピーク電力需要の期間中に追加の電力を提供するために有用であるエネルギー蓄電に関する。

現在、ほとんどの最低限のエネルギーは、単純なサイクル又は複合サイクル構成のいずれかで主にガスタービンによって製造される。負荷需要プロフィールの結果として、ガスタービンベースシステムは、高需要の期間中にサイクルアップされ、低需要の期間中にサイクルダウンされる。このサイクルは、典型的に、アクティブグリッドコントロール又は“ＡＧＣ”と呼ばれるプログラムの下でグリッドオペレータによって駆動される。残念なことに、インストールされたベースの大部分を代表する産業用ガスタービンは、主にベース負荷運転のために設計されているため、サイクルされるときに、厳しいペナルティが、その特定のユニットのメンテナンスコストに関連している。例えば、ベース負荷を実行するガスタービンは、２００−３００万ドルの範囲のコストで三年に一度又は２４０００時間で通常のメンテナンスを行う。その同じコストが、毎日起動及びシャットダウンするために強制されるプラントに対して一年間発生する。

現在、これらのガスタービンプラントは、定格容量の約５０％まで小さくすることができる。これらは、コンプレッサの入口ガイドベーンを閉じることによってこれを行い、それは、ガスタービンの空気量を低減し、一定の燃料空気比が燃焼プロセスにおいて望まれるように燃料量が抑えられて駆動する。安全な圧縮動作及び排気を維持することは、典型的に、実際に達成されることができる減量運転のレベルを制限する。

安全なコンプレッサの低動作制限は、通常、コンプレッサからの中期段階のブリード抽出からガスタービンの入り口まで暖かい空気を導入することによって現在のガスタービンを改善する。時には、この暖かい空気は、氷結を防止するために入口に導入される。どちらの場合でも、これが行われるとき、コンプレッサによってこの空気に行われる仕事は、低レベルでガスタービンを作動させることができる利益のためにプロセスにおいて犠牲にされ、従って、減量運転能力を増加させる。これは、取り出された空気に実行される作業が失われるので、システムの効率に悪影響を及ぼす。従って、燃焼システムは、システムの限界を提示する。

燃焼システムは、通常、より少ない燃料が追加されると、火炎温度が低下して、生成される一酸化炭素（“ＣＯ”）の排出量を増加するため、システムが減量運転できる量を制限する。火炎温度とＣＯの排出量との関係は、低下した温度と指数関数的であり、その結果、ガスタービンシステムが限界に近くなるにつれて、ＣＯの排出量は、急激に上昇し、有益なマージンがこの制限から維持される。この特徴は、全てのガスタービンシステムを約５０％の減量運転能力に制限し、あるいは、１００ＭＷのガスタービンに対して、実現可能な最低電力は、約５０％又は５０ＭＷである。ガスタービン質量流量が絞られると、コンプレッサ及びタービンの効率も同じく落ちて、機械の熱消費率の増加を引き起こす。一部の事業者は、毎日この状況と直面し、その結果として、負荷需要が低下すると、ガスタービンプラントは、その低動作制限に達し、機械の電源をオフにする必要があり、それは、それらに多大なメンテナンスコスト不利益を費やさせる。

典型的なガスタービンの別の特徴は、周囲温度が上昇するにつれて、電力出力は、空気の温度が上昇する際の減少密度の線形効果のせいで、比例的に（直線的に）低下することである。電源出力は、暑い日の間に、一般的には、ピークにあるガスタービンが上述の限界エネルギーを供給することが最も頼まれるときに、５９°Ｆ標準の日（ＩＳＯ条件）から１０％以上まで下げることができる。

典型的なガスタービンの別の特徴は、ガスタービンの圧縮セクションで圧縮されて加熱される空気が、様々なコンポーネントを冷却するのに使用されるガスタービンのタービンセクションの異なる部分に送られることである。この空気は、典型的には、ガスタービンに関して当技術分野で知られている“タービン冷却及び気密漏れ”用語を表す“ＴＣＬＡ”と呼ばれる。圧縮プロセスから加熱されるが、ＴＣＬＡ空気は、依然としてタービン温度よりも著しく低温であるため、従って、これらのコンポーネントを冷却するのに有効である。典型的には、コンプレッサの入口に入る空気の１０％乃至１５％は、燃焼器及びタービンを迂回し、この冷却プロセスのために使用される。このＴＣＬＡは、ガスタービンシステムの性能に重大な不利益である。

本発明は、低負荷でプラントの効率及び電力出力を改善するため、及び、ガスタービンの電力出力の下限値を減らしながら同時にガスタービンの発電出力の上限値を増やし従って新規または既存のガスタービンシステムの容量及び調整機能を増加するために、特定のプラントに依存して、いくつかのオプションを提供する。

本発明の一態様は、好ましくは効率的な加熱された空気入口充電器を提供しながら、ガスタービン（ＧＴ）発電プラントの既存の源から有用な仕事量を得るためのエネルギー蓄電及び回復システムに関する。

本発明の別の態様は、ガスタービンシステムが、ガスタービン及び発電機の既存の能力の範囲内に留まりながら、ピーク需要の期間中により効果的に追加の電力を提供することを可能とする方法及びシステムに関する。

本発明の別の態様は、ガスタービンシステムが、ピーク需要の期間中により効果的に低下させることを可能とする方法及びシステムに関する。

本発明の別の態様は、そうでない場合は、タンクから排出される空気を加熱するためにタンクを解放（discharge）しながら、タンクを充填し後で蓄えられた熱エネルギーを用いる期間中に排出された熱を蓄積することである。

本発明の別の態様は、貯蔵タンクの空気出口の全てを押すための油圧作動システムを使用することである。

本発明の別の態様は、そうでない場合は、システムの全体的な効率を改善するために、
複合サイクルプラントあるいは地域暖房のような他の給湯システムのような別のプロセスへの入力として、タンクを充填する期間中に排出された熱を使用することである。

本発明の別の態様は、同時に、タンクから空気を排出してそれをガスタービンＴＣＬＡと混合し、注入された空気を適当な温度まで加熱して冷却効果を改善して、両方ともガスタービン効率を改善することである。

本発明の別の態様は、同時に、補助圧縮システムからの空気を供給してその空気をタンクから排出された空気と混合し、注入された空気の加熱の本質的な必要性を提供しながら、ガスタービンからの増加されたパワーブーストを提供することである。

本発明の一実施形態は、既存のガスタービン、燃焼ケース排出マニホールド、及び、第１熱交換回路及び第２熱交換回路を有する高温熱交換器、に接続されたエアブースターポンプ（ＡＢＰ）を備えるシステムに関する。

好適実施形態の一つの利点は、既存の圧縮機によって行われると共に、既存のコントロールで現在の動作限界内に制御される最大の圧縮効果である。

本発明の好適実施形態の別の利点は、本発明のいくつかの好適実施形態に従って、熱い空気がインタークーラーの第２回路からガスタービンの入り口に投入される際にガスタービンからのブリード空気（抽気）が必要とされないため、入口（ブリード）加熱システムに関連された効率低下が、最小化されることである。

好適実施形態の別の利点は、ブースト圧縮機空気がインタークーラーの周りに転送され、エアタンクから排出された空気と混合されることができ、蓄積された空気をガスタービンへの注入の前に加熱するための手段またはメカニズムを提供することである。

他の好適実施形態の別の利点は、誘導加熱器で加熱された流体の形態のガスタービン発電機からの熱エネルギーを蓄積すると共に高需要の期間中に後でそのエネルギーを戻すことにより、低需要の期間中にガスタービンシステムの低下した性能を増加すると共に、高需要の期間中にガスタービンシステムの効率及び出力を改善することができることである。

さらに別の実施形態の別の利点は、熱交換器及び蓄熱流体で加熱された流体の形態のガスタービン発電機からの熱エネルギーを蓄積することにより、好ましくは、高需要の期間中に後でそのエネルギーを戻すことにより、低需要の期間中にガスタービンシステムの低下したエネルギーを増加することができることである。

さらに別の実施形態の別の利点は、圧縮空気の形態のガスタービン発電機からの熱エネルギーを蓄積することにより、及び、圧縮機のブリード空気を直接的に使用する代わりにガスタービンの入口の加熱された空気を導入することによって動作効率を同時に改善しながら高需要の期間中に後でそのエネルギーを戻すことにより、低需要の期間中にガスタービンシステムの低下した性能を増加することができることである。

好適実施形態の別の利点は、貯蔵システムの一部として既存のガスタービンシステムの圧縮機、タービン及び発電機を使用することにより、エネルギー貯蔵システムのコストを大幅に減らすことである。

好適実施形態の別の利点は、他のオプションと比較してコスト競争力のあるピーク需要期間中の追加の発電を提供することである。

本発明の別の利点は、ガスタービンシステム自体を減量運転するのではなく、ガスタービンシステムの電力出力を調整できるように高温流体タンク内の抵抗型ヒーターを使用することができることである。

本発明の別の利点は、迅速な送電網の安定性制御を提供することができるように高温流体タンク内の抵抗型ヒーターを使用することができることである。

本発明の別の利点は、特定のプラントの目的を達成するために、既存のガスタービンに実施形態の選択的な部分を組み込むことができることである。

好適実施形態の別の利点は、より単純な設置及び低コストを生じる様々な理由のために使用されるガスタービンシステムの既存の抽気システムに本発明の全て又は一部を組み込むことができることである。

本実施形態の別の利点は、貯蔵タンク及び／又は昇圧圧縮機からの空気をタービン冷却回路に注入することができることであり、従って、貯蔵プロセスのために空気を冷却することにより付与された熱の全てを回収することは、冷却空気が非常に望ましいために必要がない。

従って、本発明の一好適実施形態にかかるその場のガスタービンエネルギー貯蔵（“ＩＧＴＥＳ”）システムは、高圧空気タンクに貯蔵された圧縮空気を生成するためにエアブースタポンプを用いてインタークーラー圧縮回路を含み、圧縮空気から吸収された中間冷却プロセス熱は、周囲空気に導入され、次いでガスタービンの入り口に供給されて、ガスタービン圧縮機の低流量効率及び減量運転を改善し、エネルギー貯蔵プロセス中に蓄熱システムに熱を加えるため及び必要に応じて蓄熱システムに熱を加えるための補助誘導ヒーターで増加した電力出力の期間中ガスタービン燃焼ケースに再導入される圧縮空気に熱を加えるために、圧縮機吐出ケース空気とインタークーラーとの間の熱交換器でガスタービン圧縮機で発生された熱の一部分を捕捉する蓄熱システムを改善し、迅速な送電網の安定性制御を提供する。選択的に、蓄熱システムに代えて、熱は、地域暖房又は複合サイクルシステムに有用なエネルギーを提供するために使用されることができる。選択的に、蒸気サイクルをもつ複合サイクルガスタービンプラントと統合される場合、蒸気サイクルからの蒸気又は水は、ガスタービンに入る前にタンクを出る空気を加熱するために、蓄熱システムに代えて、使用されることができる。

ガスタービンに直接的にこの空気を発射することに関連した高圧空気貯蔵タンクの使用は、ガスタービンシステムの圧縮によってタービンに一般に供給される空気の最大流量が空気タンク及び／又は過給機からの空気で補充されるために、異なって製造されるよりも、ガスタービンにより多くの電力を供給する能力を与える。既存のガスタービンでは、これは、ガスタービンシステムの出力を暑い日の現在の発生限界値まで増加させることができ、それは、同時に現在の技術水準よりも２５−３０％まで減量運転能力を増加しながら、追加の２０％の電力出力と同じにすることができる。

本発明の一実施形態によれば、（ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備える既存のガスタービンシステムを動作させるステップと、（ｂ）（ｉ）圧縮機及び／又は（ｉｉ）燃焼器ケースから抽出された圧縮空気を抜き取るステップと、（ｃ）抽出された圧縮空気を空気貯蔵タンク内に貯蔵すると共に、熱エネルギーを高温流体タンク内に蓄積するステップと、（ｄ）空気貯蔵タンクから抽出された圧縮空気を放出し、それを高温流体タンクからの熱エネルギーで加熱し、抽出された圧縮空気をガスタービンシステム内に注入し、システムからの電力を増加させるステップと、を備える、ガスタービンエネルギーシステムを動作させる方法に関する。

好ましくは、その方法は、空気貯蔵タンクに貯蔵する前に、抽出された圧縮空気を冷却及び加圧するステップを更に備える。好ましくは、圧縮空気を冷却及び加圧するステップは、空気貯蔵タンクに貯蔵する前に、インタークーラーシステムを使用して行われる。

一好適実施形態によれば、その方法は、空気貯蔵タンクに貯蔵する前に、空気ブースターポンプを用いて抽出された圧縮空気を加圧するステップを更に備える。好ましくは、抽出された圧縮空気は、空気貯蔵タンクに貯蔵する前に、冷却及び加圧するステップに対して少なくとも一度空気ブースターポンプとインタークーラーシステムとの間で循環され、それによって、空気貯蔵タンクに貯蔵するための圧力を増加させながら温度を下げる。

さらに別の好適実施形態によれば、その方法は、空気貯蔵タンクに貯蔵する前に、熱交換器システムを使用して、抽出された圧縮空気から熱を抽出する工程を更に備える。

さらに別の好適実施形態によれば、その方法は、インタークーラーシステムにおける冷却及び加圧するステップの前に、熱交換器システムを使用して抽出された圧縮空気から熱を抽出する工程を更に備える。好ましくは、熱交換器システムは、高温流体を形成する抽出された圧縮空気から抽出された熱を使用して、流体を加熱する。好ましくは、高温流体は、好ましくは加熱された後に、高温流体タンクに貯蔵される。

有利には、本発明の実施形態による好適な方法及びシステムは、ガスタービンシステムが、低負荷条件で及び/又はより高い効率で動作することを可能にする。好ましくは、余分な容量を提供することは、極端なピークのために又は暑い天候の非定格発電を補うために、蓄える。本発明の好適な方法及びシステムは、ほとんどの代替の貯蔵技術の固定された１／１比率特性と比較して、可変エネルギーに、１／１及び４＋／１の範囲で電力（ＭＷＨ／ＭＷ）比率を可能とする。電池とは異なり、方法及びシステムは、反復性完全放電サイクルのために設計されており、そして、集中的使用の３０年以上長持ちする。好ましくは、本発明に記載された方法及びシステムは、空気圧縮及び注入を伴う電力増強に対して１分未満で、抵抗性加熱システムに対してミリ秒単位で、電圧変動に対するグリッドスケール高速応答を提供する。

本発明の他の利点、特徴及び特性、並びに、動作方法、及び、構造の関連要素及び部品の組み合わせの機能は、その全てが本明細書の一部を構成する添付の図面を参照して、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を考慮してより明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態にかかるその場のガスタービンエネルギー貯蔵システムの概略図である。 図２は、本発明の別の実施形態にかかるその場のガスタービンエネルギー貯蔵システムのための任意の構成の概略図である。 図３は、ガスタービンの高圧冷却システムに統合された、本発明の別の実施形態にかかるその場のガスタービンエネルギー貯蔵システムの概略図である。 図４は、ガスタービンの低圧冷却システムに統合された、本発明の別の実施形態にかかるその場のガスタービンエネルギー貯蔵システムの概略図である。 図５は、別の実施形態にかかる最小コスト容量増大システムに統合された、本発明の別の実施形態にかかるその場のガスタービンエネルギー貯蔵システムの概略図である。

本発明の一態様は、ガスタービンシステムがさまざまな条件や動作モードの下でより効率的に実行できるようにする方法及びシステムに関する。Ｎａｋｈａｍｋｉｎに対する米国特許第６３０５１５８号（‘‘‘１５８特許’’）に開示されたようなシステムでは、通常モード、充電モード及び空気噴射モードを画定した３つの基本の動作モードがあるが、ガスタービンシステムが提供できる“完全定格電力を超える”電力を供給する能力を有するガスタービン及び発電機の必要性によって制限される。“完全定格電力を超える”制限は、ガスタービンへの空気注入に対する最近の特許である、Ｄｒｏｓに対する１９５０年に発行された米国特許第２５３５４８８号から生じ、米国特許第２５３５４８８号は、ガスタービンは、周囲の温度が上昇すると電力を失うこと、及び、既存のガスタービン内に過剰の能力があることを開示する。不変状態のその“定格電力”を制限するガスタービンへのいくつかの要素、具体的には、フロー制限、機械的な制限及び温度制限がある。これらの制限は、様々な周囲の状況で経験される。例えば、シャフトトルクなどの機械的制限は、低い周囲温度状態で到達する。また、フロー制限は、ガスタービンを通る流れが最大になるときには、同じく低い周囲温度状態で到達する。タービンブレードのようなエンジン内の構成要素を制限するための温度制限は、これらの構成要素を冷却するために使用される冷却空気が熱いために熱い日々の間に到達する。ガスタービン製造業者は、生産環境でガスタービンを構築し、従って、ガスタービンは、典型的には、０°Ｆ乃至１２０°Ｆの間で動作するように設計される。その結果、“完全定格された”シャフトトルク及びフローは、“完全定格された”温度が１２０°Ｆで行われている間に設計されてベースのガスタービンに構築される。任意のこれらのシステムの“完全定格能力を超える”ために、従って、シャフトトルク能力、フロー容量又は温度容量は増加されなければならない。残念ながら、これは非常に高価な変更であり、その２００１年以来、米国特許第６３０５１５８号の商業的用途がなかった理由である。提案された本発明は、これらのコストの問題に対処する。

また、Ｎａｋｈａｍｋｉｎに対する関連した米国特許第５９３４０６３号（‘‘‘０６３特許’’）に概説されるように、“以下の動作モード、すなわち、ガスタービン通常動作モード、空気が貯蔵システムから供給されてガスタービンの中に注入されるモード、及び充電モード、の一つを選択的に許容する”バルブ構造がある。米国特許第５９３４０６３号に開示されたシステムは、１９９９年に発行された米国特許第５９３４０６３号以来この技術の商業的用途がなかった二つの重要な不足を有する。米国特許第５９３４０６３号に開示されたシステムは、１）注入される前に空気を加熱するために実用的で効果的な方法に欠け、２）非常に複雑でコストが高い。そのシステムは、単純なサイクルプラントに取り付けられ、単純なサイクルガスタービンからの熱が増加のために使用されるが、コスト及び複雑さがあまりにも価格が高すぎる。また、そのシステムが使用されようとなかろうと、増大された排気背圧のせいでガスタービンの効率低下がある。そのシステムが複合サイクルプラントに組み込まれる場合、スチームが空気を加熱するために使用され、それは、スチームタービンの電力の損失を生じ、プラントの複雑化の追加を生じる。以下に概説された提案された本発明は、米国特許第５９３４０６３号のコスト及び性能の双方の問題に対処する。

本発明のその場のガスタービンエネルギー貯蔵システム（“ＩＧＴＥＳ”）の一実施形態の構成要素が、それらが既存のガスタービンシステム１００で使用されるように図１に概略的に示される。ガスタービンシステムは、圧縮機１０１、燃焼器１０２、燃焼ケース１０３、タービン１０４及び発電機１０５を含む。この実施形態では、オペレーターが送電網へのガスタービンシステム１００の電力レベルを低減することが望ましい期間中、圧縮機１０１によって圧縮されて加熱された空気は、燃焼ケースバルブ１０８及び／又は圧縮機の抽気バルブ１６９を開くことにより燃焼ケースマニホールド１０７及び／又は圧縮機の抽気ポート１６０を通じて抽出され、そして、高温熱交換器１０６の第１回路１８６に導入される。好ましくは、高温熱交換器の第１熱交換器回路１８６は、燃焼ケース１０３の入口／出口流量制御バルブ１０８及び圧縮機入口／出口抽気バルブ１６９を通じて燃焼ケース１０３の圧縮空気入口／出口と選択的に流体連通すると共に、高温熱交換器の第２熱交換器回路１８７と熱接触する。本明細書中に使用されるように、用語“熱接触”は、二つ以上の材料が、近接、実際の接触に起因して又はそこを横切って熱が容易に伝達するバリアによってのみに分離されることによって、一方から他方に熱の形態で熱エネルギーを伝達することができることを意味する。従って、第２熱交換器回路１８７は、第１熱交換器回路１８６を通じて、燃焼ケースマニホールド１０７及び／又は圧縮機の抽気ポート１６０を出て流れる空気と熱接触し、第２熱交換器回路１８７を通って流れる熱エネルギー貯蔵流体が第２の熱源からの二次的熱を受け入れる又は抽出することを許容する。インタークーラーエアバルブ１９１は開き、空気タンク出口バルブ１２４は閉じている。高温熱交換器の第１回路を出る空気は、インタークーラー１１５に導かれ、インタークーラー１１５の中で冷却され、そして、空気ブースターポンプ又は“ＡＢＰ”１１６の高圧部分の入口１７１に供給される。当業者が容易に理解するであるように、“インタークーラー”として本明細書中に参照されるが、インタークーラー１１５は、以下により詳細に記載されるように実際には、プレクーラー、インタークーラー及びアフタークーラーを含む。インタークーラー１１５を通る流路が図２−５に示されないが、図２−５の“冷却塔コンプレッサープリクーラー及びインタークーラー”１１５を通る流路は、図１に示されたものと同じであることを理解される。周囲空気入口弁１９２が閉じられている状態で、空気ブースターポンプ１１６は、圧縮の少なくとも一つのステージを通じて空気の圧力を更に増加し、それは、次に同じインタークーラー１１５で後冷却され、空気ブースターポンプ１１６の最終のステージ１６３の出口は、同じインタークーラー１１５で後冷却され、そして、冷たい高圧空気は、開いている空気タンク入口マニホールド１１８を通って流れ、空気貯蔵タンク１１７に貯蔵される。高温熱交換器の第１熱交換器回路１９０の出口は、流量制御弁１９１を通じてインタークーラーの第１熱交換器回路の入口と選択的に流体連通する。本明細書中で使用されるように、用語“選択的流体連通”は、流体又はガスがそれらの間を流れるがその流れは、弁又は同様の流量制御デバイスの使用によって増加又は減少されることを意味する。高温熱交換器の第２熱交換器回路１８７は、高温熱交換器１８６の第１回路を通って流れる空気と熱的に接触し、そして、加熱された吸入空気は、そこから熱を二次的に受け取るために二次熱源と流体連通する。インタークーラー１１５を通って流れる加圧された空気が冷却されると、そこから伝達される熱は、ガスタービンの入り口に流れる大気を加熱するために使用されることができ、ユニットの効率及び能力の減量運転を改善する。インタークーラー１３０に入る大気が加熱されてインタークーラー１３１を出ると、インタークーラーの出口は、ガスタービンの入口に接続されることができ、あるいは、そうでなければ利用され、又は大気中に排出される。

インタークーラー１１５の中の空気を冷却するための別の方法は、地域暖房必需品（図示せず）又は図２に示すようなスチームサイクルからの水を使用することである。この構成に関し、本明細書中に記載された貯蔵サイクル及び本明細書中に記載された電力増量サイクルの双方の間、熱は捕捉される。圧縮空気は、高温流体貯蔵システム１１３を除いて上述され図１に示されたプロセスと同様に空気貯蔵タンク１１７に貯蔵されることができ、熱交換器１０６及び関連アイテムは省略されて、例えば、スチーム又は温水サイクルに有用なエネルギーを提供することができるシステムと置き換えられることができる。圧縮された空気の貯蔵プロセスが完了した後、圧縮された空気は、空気貯蔵タンク１１７から放出され、複合サイクル発電プラントの蒸気タービンサイクル（図示せず）からの低品質の蒸気熱又は利用可能であるいくつかの他のプロセス熱で加熱される。この構成では、空気貯蔵タンク１１７からの圧縮空気は、エアブースタポンプ１１６の低圧部分を出る空気と組み合わされて混合器１６１に入る。蒸気流量バルブ２２９が開かれているとき、温かい圧縮空気の混合物は、空気貯蔵タンクの出口弁１２４を通じて空気−水蒸気加熱器２２６の第１回路２８６に入り、その後、空気−水蒸気加熱器の入口ダクト２９０に入る。この圧縮された空気は、蒸気タービンサイクルから抽出されたスチーム（又は上述の他の流体）によって加熱され、そして、圧縮された空気が空気水蒸気加熱器の入口ダクト２９０を通過後に空気水蒸気加熱器２２６の第２回路２８７を通って流れる。空気水蒸気加熱器２２６では、熱エネルギーは、混合された圧縮空気に伝達され、その後に燃焼ケースダクト１９６を通って燃焼ケース１０３内に又は適当なタービン冷却回路内に排出される圧圧縮空気の混合物を生じる。蒸気出口マニホールド２２８を通って空気−水蒸気加熱器２２６の第２回路２８７を出る蒸気は、入るときよりも冷却され、そして、蒸気タービンサイクルに戻される。

現在、ガスタービンにおける負荷を低減するために、システムの流量が低減され、システムは、より低い効率で動作する。抵抗加熱能力を追加することによって、タービンは、高い負荷及び高効率で動作することができ、送電網に供給されるエネルギーは、加熱器１５１によって引き出された抵抗負荷を増大させることによって減少させることができる。好適な実施形態によれば、この加熱器１５１を含むことにより、高温流体は、誘導加熱器１５１を使用することにより圧縮空気がガスタービンから抽出される温度以上に加熱されることができ、それは、以下に詳細に説明されるように、ガスタービン内の空気が焼成温度まで加熱するのに必要とされる燃料が少ないので、ガスタービンの中に噴射される空気が熱い場合に効率の改善を生じる。Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ７ＦＡを使用する典型的な複合サイクル（“ＣＣ”）発電所（すなわち、一つの蒸気タービンで結合された二つのガスタービン）では、本発明のシステムで、ＣＣ発電所は、現在５０％乃至１００％の電力で調整されることができる場合には、約３％のエネルギー消費が追加されて、ネームプレートの負荷の４７％から調整されることができる。

空気貯蔵タンク１１７が満杯になると、圧縮及び抽気プロセスは停止され、空気タンク入口バルブ１３９は、全ての他の流体及び空気抽気弁１０８、１６９、１１９、１２１、１９１と共に閉じられる。空気タンク出口バルブ１２４は閉じられたままである。

好適な実施形態によれば、貯蔵タンク１１７は、地上にあり、好ましくは、はしけ、スキッド、トレーラー又は他のモバイルプラットフォーム上にあり、現場加工及びコストを最小限に抑えるために、容易に取り付けられると共に輸送されるようになっている又は構成される。（ガスタービンシステムを除く）追加のコンポーネントは、ＩＧＴＥＳシステムの全体的な設置面積に対して、２００００平方フィート未満、好ましくは１５０００平方フィート未満、最も好ましくは１００００平方フィート未満を追加する必要がある。典型的な連続した補強システムは、ＣＣプラントの設置面積の１％を占め、プラントの他の部分と比較して平方フィートあたり３乃至５倍の電力を供給し、従って、非常に空間的効率であり、貯蔵システムを有する典型的な連続した補強システムは、ＣＣプラントの設置面積の５％を占め、プラントの平方フィートあたり１乃至２倍の電力を供給する。好ましくは、システム及び方法は、少なくとも４時間（４０メガワット）までの間少なくとも１０メガワットを生成し、好ましくは４時間未満の排気状態から完全に再充電する。

好適な実施形態によれば、増加した電力供給の期間中、空気出口弁１２４は開き、周囲の空気入口弁１９２は開き、熱い流体弁１１９及び温かい流体弁１２１及び空気ブースターポンプ１１６の低圧部分は作動される。空気ブースターポンプ出口１６２の低圧部分の出口から流れる空気は、空気入口弁１３９が閉じられているので、パイプ１６３を通ってインタークーラー１１５に向かう方向とは反対の方向に流れるように強制される。空気ブースターポンプ出口１６２の低圧部分の出口から流れる空気は、混合器１６１で空気タンクを出る空気と混合され、高温熱交換器１０６に導入され、高温熱交換器の第１回路１８６を通って流れ、後述されるプロセス（空気貯蔵プロセスの逆）を使用して燃焼ケース１０３内に導入される。当業者が容易に理解されるように、空気ブースターポンプで圧縮される空気がインタークーラーを迂回するので、空気ブースターポンプ出口１６２を介して空気ブースターポンプを出るこの空気が熱くなり、ライン１２３を介してタンクから流れる空気と混合されるときに、高温熱交換器に入る混合された空気１９０の温度を上昇させる。これが、保温する必要がある溶融塩のような非常に安価な流体媒体を可能にする温かい流体タンク１１０内の流体の低温を増加させる傾向があるので、これは重要である。空気がタンクから単に解放され、混合器で温められていなかった場合、温かいタンクの温度は、溶融塩媒体が“凍り”、完全に流れを停止するポイントまで下がる可能性がある。また、図５に示されるように、コスト及び複雑さを排除するために、高温熱交換器１０６はすべて一緒に省略されることができ、空気は、空気貯蔵タンク１１７からの空気を空気ブースターポンプ１１６からの空気と混合する混合プロセスだけによって加熱される。さらに、二つの流体が組み合わされるので、２倍以上の空気がガスタービンシステム１００の中に注入され、それ以上の機器を追加するコストなしに、ガスタービンシステム１００２倍の電力の増加をもたらす。これらの特徴は、顧客に入手可能なＩＧＴＥＳシステムをつくるのに重要であり、注入される前に圧縮された空気を効果的に加熱する方法の不足に対処するために重要である。また、比較的にコストが増加しないで２倍以上の電力の増加を得るため、コストは、二つのファクターによって効果的に低減されるようにコストに対処する。

効率が重要な推進要因である場合、図１に示されるような高温熱交換器１０６が使用されることができる。熱い流体弁１１９及び温かい流体弁１２１が開いた状態で、熱い流体ポンプ１２０は、高温熱交換器１０６の第２回路１８７を通って熱い流体タンク１１３からの高温熱流体を強制し、混合器が排出し、流量制御弁１２４が開いた状態で、予熱空気混合物は、高温熱交換器１０６の第１回路１８６に入り、熱が高温の熱流体から予熱空気混合物に伝達されるのでさらに加熱される。予熱空気混合物は、熱くなり、熱流体は冷やされ、暖かい流体タンク１１０にポンプで送り込まれる。加熱された圧縮空気は、燃焼ケース１０３及び／又はタービン１０４を通る流量を増加するために燃焼ケース弁１０８及び圧縮抽気弁１６９によって制御される圧縮器の中間段階ケース１６０の中に排出される。空気ブースターポンプ１１６の低圧部分からの空気を空気貯蔵タンク１１７からの圧縮空気と混合することにより、ガスタービンシステム１００の中に注入される空気の流量は倍になり、米国特許第５９３４０６３号に開示されたシステムと比較して本発明のシステムから２倍以上の電力増加を生じ、メガワット単位で大幅なコスト低減をもたらす。

図１−５に示された油圧流体オプションは、空気貯蔵タンク１１７の大きさ要件を低減するために使用されることができる。燃焼タービンがこのように動作し続けると、空気貯蔵タンク１１７の圧縮空気の圧力は、低下する。空気貯蔵タンク１１７の圧縮空気の圧力が燃焼ケース１０３内の空気圧に達する場合、圧縮空気は、空気貯蔵タンクからタービンシステムに流れるのが停止する。これを防止するには、空気貯蔵タンク１１７の圧縮空気の圧力が燃焼ケース１０３内の空気圧に近づく際に、油圧ポンプ１４０が、当技術分野で公知のさまざまな作動流体にすることができるが、この説明の目的のために、その中の圧縮空気を空気貯蔵タンク１１７の外に駆動するのに十分な高圧で油圧流体タンク１４１から空気貯蔵タンク１１７への水である流体を圧送し始め、従って、空気貯蔵タンクの全ての圧縮空気を本質的に燃焼ケース１０３に供給することができる。充電モード中、水は、その油圧流体タンク１４１に重力的にフィードバックされることができるので、油圧流体タンク１４１の初期圧力は、大気状況に非常に類似し、その結果、初期充電は、少しも空気ブースターポンプ１１６を作動しないで達成されることができ、空気貯蔵プロセスの効率を改善する。例えば、空気ブースターポンプ１１６の最大空気圧が１２００ｐｓｉであり、ガスタービン圧縮機の放電が２５０ｐｓｉである場合、油圧ポンプ１４０は、空気貯蔵タンク１１６を出る圧縮空気と同じ体積流量で２５０ｐｓｉで空気貯蔵タンク１１６の中に水をポンプで入れる。ひとたび空気貯蔵タンク１１６が水で完全に満たされると、油圧ポンプ１４０が停止され、空気貯蔵タンク１１６からの圧縮空気の排出が停止し、空気貯蔵タンク１１７からの圧縮空気の流れを制御する弁１２４は閉じられる。次に、水は、重力の力によって、空気貯蔵タンク１１７の外に供給され、大気条件の空気貯蔵タンク１１７を出る。充電モード時には、ガスタービン圧縮機１０１からの排気空気は、タンク１１７が２５０ｐｓｉに到達するまで空気貯蔵タンク１１７の中に供給され、空気ブースターポンプ１１６が単独で空気貯蔵タンク１１７を完全に充填するために使用された場合よりも、空気貯蔵タンク１１７を満たすために空気ブースターポンプ１１６によって必要とされるエネルギーを少なくする。

油圧システムが使用されるか否かに関係なく、好適実施形態によれば、圧縮空気が空気貯蔵タンク１１７から流れるのを停止するとき、空気ブースターポンプ１１６の低圧部分が実行し続けて、周囲の入口弁１９２を介して空気を取り込むことによりガスタービンシステムに電力増大を提供する。他の好適な実施形態によれば、空気ブースターポンプ１１６は、起動されて、空気貯蔵タンク１１７を使用しないであるいは、空気貯蔵タンク１１７が空である場合に実行される。好ましくは、インタークーラー１１５は、インタークーラー３１５を使用して多段圧縮機３１６を通って入口弁１９２を介する周囲の空気を圧縮する空気ブースターポンプ１１６の低圧及び高圧からの空気を冷却するために使用される。図１に示された別の好適な実施形態によれば、弁システム１３９、１９２、１９７、１９８、１９９は、空気が、空気ブースターポンプ１１６を通って大気から直接空気貯蔵タンク１１７に入るか、あるいは、弁１６９、１９１及び空気ブースターポンプ１１６を通りガスタービン圧縮機１０１を介して空気貯蔵タンク１１７に入るのを許容する。

当業者は、予熱空気混合物が所望の目標に応じて他の場所での燃焼タービンに導入することができることを容易に理解するであろう。例えば、予熱空気混合物は、これらの構成要素を冷却するためにタービン１０４の中に導入されることができ、それによって、これらの構成要素を冷却するために圧縮機１０１からの抽気を抽出する必要が低減される又はなくなる。当然ながら、これは、予熱空気混合物の使用目的であった場合、空気混合物の所望の温度を低くでき、従って、混合器１６１における混合比は、もしあれば、タービン１０４の冷却回路（単数または複数）に予熱空気混合物を導入する前に高温熱交換器１０６によって予熱空気混合物に加えられる熱がどのくらいかを考慮して変更される必要がある。この意図された用途のために、予熱空気混合物は、（タービン構成要素を冷却するのに必要とされるＴＣＬＡの冷却空気が少ないので）圧縮機１０１からの冷却空気がＴＣＬＡシステムのタービン１０４に典型的に導入されるのと同じ温度で又は全体的な燃焼タービン効率を高めるための冷却温度で、タービン１０４の中に導入されることができることに留意する。さらに、ＴＣＬＡの一部または全部は、空気ブースターポンプ１１６から導入されるので、ローターシールシステムへの適切な圧力と共に、ＴＣＬＡシステムのさまざまな逆流マージンの制限を改善するために必要に応じて圧力を調整することができる。したがって、上記方法のさらに別の実施形態では、空気出口弁１２４が開き、周囲の空気入口弁１９２が開き、熱い流体弁１１９及び温かい流体弁１２１は、閉じたままであり、空気ブースターポンプ１１６の低圧部分は、周囲の空気を加圧するために作動される。空気ブースターポンプ１１６から流れる空気は、インタークーラー１１５で冷却され、ライン１６３を介して流れて混合器１６１で混合され、そして、熱交換器１０６によって加熱されることなく、冷却のためにタービン１０４の中に導入される。

本発明の好適な実施形態によれば、空気が空気貯蔵タンク１１７に格納取得するための三つの方法があり、上述のように、第１の方法は、空気ブースターポンプ１１６の低圧部分及び高圧部分を通じて大気中から直接的に空気が貯蔵タンク１１７に入ることを可能にすることであり、第２の方法は、空気ブースターポンプ１１６の高圧部分を通じてガスタービン圧縮機１０１から空気を流すことであり、第３の方法は、インタークーラーバルブ（１９７、１９８、１９９）を開き、インタークーラー１１５を通じて空気貯蔵タンク１１７に流すことによって、空気ブースターポンプ１１６を迂回してガスタービン圧縮機１０１から空気を流すことである。この第３の方法は、ガスタービン圧縮機１０１が約２５０ｐｓｉの圧力まで圧縮空気を提供するだけであるために、以前に完全に放電された空気貯蔵タンクの初期充電時に使用されることだけに好ましい。

しかしながら、図１に示されるように、弁１６９、１２４が開かれ、弁１０８、１９１、１３９が開かれた場合、ガスタービン圧縮機１０１からの空気は、空気ブースターポンプ１１６を迂回し、空気貯蔵タンク１１７に流入し、空気貯蔵タンク１１７を出て油圧流体タンク１４１の中に戻る油圧流体を最初に駆動し、その後、ガスタービン圧縮機１０１からの空気は、圧力が約２５０ｐｓｉに達するまで空気貯蔵タンク１１７の中に流れ続ける。その時点で、バルブ１６９、１２４が閉じられ、空気貯蔵タンク１１７は、空気ブースターポンプ１１６を使用して前述の他の二つの方法のうちの一つの方法によって満たされ続ける。

タービンシステムに入る空気の圧力及び温度を制御することにより、ガスタービンシステムのタービン１０４は、ガスタービンシステムの流量が効果的に増大されるので、増加した電力で動作させることができ、とりわけ、ガスタービンの燃焼器１０２への燃料流量１２５の増加を許容する。この増加された燃料流量は、ガスタービンシステム１００の寒い日の動作に関連される燃料流量の増加に似ており、大気空気の密度が暖かい（通常の）日よりも大きいために、ガスタービンシステム全体を通って流れる増加された流量を生じる。

要約すると、現場のガスタービンシステムにおけるエネルギー貯蔵の導入は、最小の出力が所望されるときにガスタービンシステムによって生成されたエネルギーの一部をオペレーターが自己消費することを許容し、従って、より高い効率及びより低い出力でガスタービンシステムが動作するのを許容する。さらに、システムが、非常に低い負荷条件で運転されるのを許容するために（又は防氷のために）ガスタービンの入口を加熱するために高圧圧縮機ブリード１６０の使用に代えて、空気貯蔵タンク１１７を充電するとき、空気が圧縮されるときのインタークーラー１１５により空気から取り出した熱は、ガスタービンシステムの入口まで低圧で供給され、それらが生成している負荷の一部を自己消費することにより、ガスタービンシステム１００の出力電力を低減する方法及び効率の改善をもたらす。高いエネルギー需要の期間中、空気貯蔵タンク１１７及び空気ブースターポンプ１１６から流れる圧縮空気は、直接的に（例えば、燃焼器ケース１０３を介して）又は間接的に（例えば、ＴＣＬＡシステムの中に）、ガスタービンシステム１００を通って流れる空気の中に導入され、それによって、ガスタービン圧縮機１０１からの冷却空気を抽気する必要性を相殺し、それによって、ガスタービンシステム１００の正味の利用可能な電力を増加させる。当業者が容易に理解するように、ガスタービンの電力出力は、ガスタービンシステム１００を通る質量流量に非常に比例するので、上述のシステムは、従来技術の特許と比較して、同じ空気貯蔵タンク１１７の体積及び同じ空気ブースターポンプ１１６の大きさでガスタービンシステム１００の２倍の質量流量の増大を供給し、圧縮空気を同時に提供する空気貯蔵タンク１１７及び空気ブースターポンプ１１６からの圧縮空気の使用は、電力増大の同等のレベルを提供しながら、従来技術の圧縮空気噴射システムの半額の費用にすることができるハイブリッドシステムをもたらす。

本発明の別の代替実施形態が図３に示され、増大空気は、大気及びガスタービンシステム１００の組み合わせからよりむしろ、大気中から取り込まれる。この実施形態では、インタークーラー３１５は、インタークーラー３１５を使用して多段圧縮機３１６を介して周囲の空気３５１を圧縮する低圧及び高圧空気ブースターポンプ３１６からの空気を冷却するのに使用される。そして、圧縮空気は、空気出口弁３８１が閉じた状態で空気タンク入口マニホールド１１８を通じて空気貯蔵タンク１１７の中に流れる。この圧縮プロセスは、インタークーラープロセスであるため、典型的に、ガスタービンより効率的である。ひとたび空気貯蔵タンク１１７が全圧に達すると、空気タンク入口弁３１９が閉じられ、空気ブースターポンプ３１６は、シャットダウンされ、空気貯蔵プロセスが完了する。増加した正味の電力がガスタービンシステムから必要とされると、空気入口弁３１９が閉じられたまま、空気出口弁３８１は開いて、直ちに、燃焼タービンに付加的な圧縮空気を供給する。空気貯蔵タンク１１７が空になると、空気ブースターポンプ３１６の低圧部分が起動され、インタークーラー３１５の少なくとも一部を迂回して、空気貯蔵タンク１１７の入口弁３８１に接続されたパイプ３９１に圧縮空気を供給する。この動作モードの一変形例では、圧縮空気は、空気貯蔵タンク１１７から最初に入り、次いで、空気貯蔵タンク１１７が予め決められた圧力まで下がると、空気ブースターポンプ３１６の低圧から入り、一定流量を供給し、従って、ガスタービンからの一定の電力増加を供給する。この動作モードの別のバージョンでは、空気ブースターポンプ３１６の高圧部分及び低圧部分は、圧縮空気が空気貯蔵タンク１１７から排出されると同時に作動し、空気貯蔵タンク１１７から入る使用可能な圧縮空気を効果的に延長させる。当業者が容易に理解されるように、図３に示された本発明の多くの他の動作モードがある。圧縮空気が空気貯蔵タンク１１７からあるいは空気ブースターポンプ３１６からあるいはそれらの組み合わせから入ってくるに関わらず、それらから流れる圧縮空気は、ＴＣＬＡブリード抽出器３２４から流れる空気と混合され、抽気弁３５５によって制御され、混合器３２６に入り、ＴＣＬＡブリード空気の一部分が変位される（すなわち、ＴＣＬＡは、ガスタービン圧縮機１０１によって圧縮された空気から抽気する必要が少ない）。これは、タービン１０４を通る空気の大きな流量を生じ、従って、電力増大を提供する。混合器３２６を出て入口３２３を介してタービン冷却回路に入る混合された圧縮空気は、もともと注入されたＴＣＬＡと同様の圧力、温度及び流量に調整されることができ、あるいは、混合器３２６の出力はより冷却されることができ、従って、より高い圧力は、ＴＣＬＡのより少ない流れを必要とし、ガスタービンシステム１００の効率にプラス効果をもたらし、増大した電力増加レベルを提供する。

この同じシステムは、部分負荷ガスタービンシステムの運転の減量運転及び効率を改善するのに使用されることができる。低電力レベルが望まれ、空気貯蔵タンク１１７を充電する機会と一致する場合には、インタークーラーの低圧及び高圧の空気ブースターポンプ３１６は、上述のように動作され、空気貯蔵タンク１１７を充電し、インタークーラー３１５からの暖かい空気を大気に排出する代わりに、暖かい空気１３１は、燃焼タービンの入口に注入されることができる。また、組み合わされたサイクルプラントでは、冷水１７９がこの冷水を温めそれを蒸気サイクル１７８に供給することにより、同様の中間冷却機能を提供することができる。

図４を参照すると、代替的なアプローチが示され、図３に示された動作と同じであるが、ブリード弁４２６によって制御される中間圧縮機ブリードポート４２４から抽気される。これらの二つの流れは、混合器３６１で組み合わされ、そして、温かい空気が混合器から供給されると、タービン１０４の低圧ブリード注入ポート４２３に供給され、燃焼ケースの燃焼タービン上流側の圧縮機中段ブリード４２４から低圧の空気が典型的に抽気され、低圧ＴＣＬＡシステム４２３に供給される。以前に抽気された空気の流量は、ガスタービンを通って流れ、従って、電力増大を提供する。ＴＣＬＡの空気の中に注入された圧縮空気の圧力、温度及び流量は、上述のように制御されることができ、効率の向上をもたらす。

図５を参照すると、代替的なアプローチが示され、図３及び図４に示された動作と非常に同じであるが、空気ブースターポンプ３１６の低圧部分を出る空気は、冷却タワー３１５を迂回し、混合器５６１の貯蔵タンク１１７を出る空気と混合される。その後、温かい空気は、混合器５６１から燃焼ケース５２３に直接的に供給され、それによって、燃焼タービンシステムの電力出力を増加させる。

図３、４及び５では、熱消費率、または効率の改善は、２つの理由で可能である。第１に、圧縮空気を供給するのに使用される空気ブースターポンプ３１６は、空気ブースターポンプ３１６の中間冷却のためにガスタービン圧縮機１０１の効率よりも効率的であり、同じ機能を提供するためにより少ない冷却空気が必要とされる場合には、圧縮空気は、現在のＴＣＬＡと同じ温度又は現在のＴＣＬＡよりも冷却されるように制御されることができる。効率の改善は、好ましくは、従来技術で説明した回収熱交換機を必要とせずに達成され、それは、かなりの資本コストを節約する。図５に示されるように、少なくとも低圧の空気ブースターポンプ３１６の圧縮の熱は、空気貯蔵タンク１１７を出る圧縮空気の中に混合されることができ、それは、サイクルの発熱率又は効率を改善する。さらに、これらの提案した技術は、いずれも、熱入力のためのガスタービンシステム１００からの排気を利用しないので、コスト効果的な方法で複合サイクルプラントに適用することができる。

本発明のさらに別の態様は、既存のガスタービンシステムを修正して使用するためのガスタービンシステム（例えば、図１の１００）を除く上記のシステムの二つ以上を含むサブシステムに関する。好ましくは、構成要素（例えば、中間冷却システム、熱交換器システム、エアブースタポンプ、油圧流体システム及び関連マニホールド、バルブ、その他など）を備えるサブシステムは、本発明にかかる既存のガスタービンシステムと共に組み合わされるように設計され、適合され、又は構成される。

本明細書に記載され、詳細に記載された特定のシステム、構成要素、方法、および装置は、本発明の上記の目的および利点を達成するのに十分に可能であるが、これらは本発明の現在好ましい実施形態であり、従って、本発明によって広く考えられる事項の代表例であることを理解されるべきであり、本発明の範囲は、当業者に明らかである他の実施形態を完全に包含することを理解されるべきであり、従って、本発明の範囲は、そうでなければ特許請求の範囲で記載されない限り、“一つ以上”であるが“一つ及び一つだけ”でない特異な手段の要素を参照する添付の特許請求の範囲だけによって制限されることを理解されるべきである。本発明の変更及び変形が、上記開示によって覆われ、本発明の精神及び意図された範囲から逸脱することなく添付の特許請求の範囲の範囲内にあることを理解されるであろう。

Claims (76)

1. ガスタービンエネルギーシステムの作動方法であって、
   （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作させるステップと、
   （ｂ）第１の温度で貯蔵タンクからの圧縮空気を放出すると共に、第１温度よりも高い第２温度にある空気ブースターポンプからの空気と、圧縮空気を混合し、それによって、第１温度よりも高い第３温度にある空気混合物を得るステップと、
   （ｃ）ガスタービンシステムを通って流れる空気の中に空気混合物を注入するステップと、を備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
2. 請求項１記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   空気混合物は、燃焼器ケースを通って流れる空気の中に注入される、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
3. 請求項１記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   空気混合物は、タービンの上流側にあるガスタービンシステムを通って流れる空気の中に注入される、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
4. 請求項１記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   空気混合物は、タービンの一つ以上の構成要素に注入され、そのような構成要素を冷却する、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
5. ガスタービンエネルギーシステムの作動方法であって、
   （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作させるステップと、
   （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、から抜き取られた加圧空気を抽気するステップと、
   （ｃ）抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵して貯蔵空気を生成するステップと、を備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
6. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵する前に、抜き取られた加圧空気を冷却かつ加圧するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
7. 請求項６記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   抜き取られた加圧空気を冷却かつ加圧するステップは、抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵する前に、インタークーラーシステムを使用して行われる、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
8. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵する前に、空気ブースターポンプを使用して抜き取られた加圧空気を加圧するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
9. 請求項８記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
   抜き取られた加圧空気は、抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵する前に、冷却及び加圧のために少なくとも一度空気ブースターポンプとインタークーラーシステムとの間で循環され、それによって、貯蔵タンク内に貯蔵するための圧力を増加しながら温度を下げる、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
10. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵する前に、熱交換器システムを使用して抜き取られた加圧空気から熱を抜き取るステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
11. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    インタークーラーシステムにおいて冷却かつ加圧する前に、熱交換器システムを使用して抜き取られた加圧空気から熱を抜き取るステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
12. 請求項１０記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    熱交換器システムは、抜き取られた加圧空気から抜き取られた熱を使用して流体を加熱し、熱い流体を形成する、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
13. 請求項１２記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    熱い流体は、熱い流体タンクに貯蔵される、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
14. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    前記作動方法は、ガスタービンシステムが低負荷状態で動作するのを許容する、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
15. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    前記作動方法は、ガスタービンシステムがより高い効率で動作するのを許容する、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
16. 請求項７記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    ガスタービンシステムは、圧縮機の上流側にあるシステム入口を有し、
    前記作動方法は、抜き取られた加圧空気をガスタービンシステムのシステム入口に戻して注入するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
17. 請求項７記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    ガスタービンシステムは、圧縮機の上流側にあるシステム入口を有し、
    前記作動方法は、インタークーラー又は空気ブースターポンプからの抜き取られた加圧空気をガスタービンシステムのシステム入口に戻して注入するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
18. 請求項５記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    貯蔵タンクからの貯蔵空気を燃焼ケースの中に注入するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
19. 請求項１０記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    熱交換器の貯蔵タンクからの貯蔵空気を再加熱するステップと、
    再加熱された貯蔵空気を燃焼ケースの中に注入するステップと、を更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
20. 請求項１３記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    熱い流体タンクからの熱い流体を使用して熱交換器の貯蔵タンクからの貯蔵空気を再加熱するステップと、
    再加熱された貯蔵空気を燃焼ケースの中に注入するステップと、を更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
21. 請求項２０記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    熱い流体タンクからの熱い流体を使用して熱交換器の貯蔵タンクからの貯蔵空気を再加熱するステップの前に、熱い流体タンクを加熱するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
22. 請求項１８記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    貯蔵タンクからの貯蔵空気を置換するために、油圧流体を貯蔵タンク内に圧送する油圧ポンプを使用するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
23. 請求項７記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    インタークーラーを使用して周囲の空気を加熱するステップと、
    加熱された周囲の空気をガスタービンシステムの入口の中に流すステップと、を更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
24. 請求項１８記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    空気ブースターポンプにおいて周囲の空気を圧縮するステップと、
    空気混合物を形成するために貯蔵空気と混合させるステップと、
    空気混合物をガスタービンシステムの中に注入するステップと、を更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
25. 請求項７記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    インタークーラーを使用して周囲の空気を加熱するステップと、
    加熱された周囲の空気をガスタービンシステムの入口の中に注入するステップと、を更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
26. ガスタービンエネルギーシステムの作動方法であって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作させるステップと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、から加圧空気を抽気するステップと、
    （ｃ）抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵するステップと、を備え、
    貯蔵タンクからの貯蔵空気は、その後、燃焼器ケースの中に注入される、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
27. 請求項２６記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    貯蔵タンクからの貯蔵空気を置換するために、油圧流体を貯蔵タンク内に圧送する油圧ポンプを使用するステップを更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
28. 請求項２６記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    貯蔵空気は、燃焼器ケースの中に注入される前に再加熱される、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
29. 請求項２６記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    空気ブースターポンプにおいて周囲の空気を圧縮するステップと、
    空気混合物を形成するために貯蔵空気と混合させるステップと、
    空気混合物をガスタービンシステムの中に注入するステップと、を更に備える、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
30. 請求項２９記載のガスタービンエネルギーシステムの作動方法において、
    空気混合物は、ガスタービンシステムの中に注入される前に加熱される、ガスタービンエネルギーシステムの作動方法。
31. ガスタービンエネルギーシステムであって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、からの加圧空気を抜き取るための少なくとも一つの出口と、
    （ｃ）抜き取られた加圧空気を貯蔵するための貯蔵タンクと、を備える、ガスタービンエネルギーシステム。
32. 請求項３１記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    貯蔵タンク内に貯蔵する前に、抜き取られた加圧空気を冷却かつ加圧するためのインタークーラーシステムを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
33. 請求項３１記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    貯蔵タンク内に貯蔵する前に、抜き取られた加圧空気を更に加圧するための空気ブースターポンプを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
34. 請求項３１記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    貯蔵タンク内に貯蔵する前に、抜き取られた加圧空気から熱を抜き取るための熱交換器システムを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
35. 請求項３４記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    熱交換器システムによって加熱された熱い流体を貯蔵するための熱い流体タンクを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
36. 請求項３１記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    ガスタービンエネルギーシステムは、ガスタービンシステムが低負荷状態で動作するのを許容する、ガスタービンエネルギーシステム。
37. 請求項３１記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    ガスタービンエネルギーシステムは、ガスタービンシステムがより高い効率で動作するのを許容する、ガスタービンエネルギーシステム。
38. ガスタービンエネルギーシステムであって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、からの加圧空気を抜き取るための少なくとも一つの出口と、
    （ｃ）抜き取られた加圧空気から熱を取り除くための少なくとも一つの熱交換器システムと、を備える、ガスタービンエネルギーシステム。
39. ガスタービンエネルギーシステムであって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、から抜き取られた加圧空気を抽気するための少なくとも一つの出口と、
    （ｃ）抜き取られた加圧空気を冷却及び／又は加圧するための少なくとも一つのインタークーラー及び／又は貯蔵のために抜き取られたガスを加圧するための少なくとも一つの空気ブースターポンプと、備える、ガスタービンエネルギーシステム。
40. 互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンと、
    弁と弁構造とを有する空気貯蔵タンクに流体接続された空気ブースターポンプと、を動作するための方法であって、
    弁構造は、以下の動作モード
    （ｉ）通常のガスタービン動作（モード１）；
    （ｉｉ）空気が貯蔵タンク及び空気ブースターポンプからガスタービンに同時に供給される、電力増大動作（モード２）；
    （ｉｉｉ）空気ブースターポンプが圧縮空気で空気貯蔵タンクを充填する、充填モード（モード３）；及び
    （ｉｖ）温かい空気がガスタービン入口の空気に追加される、入口加熱動作、を許容し、
    前記方法は、（ａ）圧縮機及び／又は燃焼ケースから抜き取られた空気で空気貯蔵タンクを充填するステップ及び／又は（ｂ）空気貯蔵タンクからの加圧空気でガスタービンの電力を増加させるステップを備える、方法。
41. 請求項４０記載の方法において、
    ガスタービンからの圧縮熱を熱い流体タンクに捕捉する及び／又は貯蔵するステップを更に備える、方法。
42. 請求項４１記載の方法において、
    抵抗加熱素子を使用して熱い流体タンクの流体を加熱するステップを更に備える、方法。
43. 請求項４０記載の方法において、
    空気ブースターポンプによって生じた熱は、ガスタービンの入口の中に追加される温かい空気を加熱するのに使用される、方法。
44. 請求項４０記載の方法において、
    タンクを出るのに十分な圧力を持っていない追加の空気を追い出すために空気貯蔵タンクシステムを油圧的に作動させるステップを更に備える、方法。
45. 請求項４０記載の方法において、
    加圧空気を燃焼ケースに入る前に熱源からの熱で予熱するステップを更に備える、方法。
46. 請求項４５記載の方法において、
    熱源は、熱い流体タンクの貯蔵された熱エネルギーである、方法。
47. ガスタービンエネルギーシステムを動作するための方法であって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作するステップと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、から抜き取られた加圧空気を抽気するステップと、
    （ｃ）抜き取られた加圧空気を貯蔵タンク内に貯蔵するステップと、
    （ｄ）貯蔵タンクからの貯蔵ガスを燃焼器ケースの中に供給するステップと、を備え、
    貯蔵ガスは、燃焼器ケースの中に供給される前に加熱される、方法。
48. 請求項４７記載の方法において、
    貯蔵空気は、蒸気タービンからの蒸気熱で加熱される、方法。
49. 請求項４７記載の方法において、
    貯蔵ガスは、ガスタービンシステム以外の源からの廃棄熱を使用して加熱される、方法。
50. ガスタービンエネルギーシステムであって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作するステップと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、からの加圧空気を抜き取るための少なくとも一つの出口と、
    （ｃ）ガスタービンシステムに供給する前に抜き取られた加圧空気を加熱するための少なくとも一つのヒーターと、を備える、ガスタービンエネルギーシステム。
51. 請求項５０記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    加圧空気を加熱するためのヒーターに熱を提供するための蒸気源を更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
52. ガスタービンエネルギーシステムを動作するための方法であって、
    （ａ）圧縮された周囲の空気を貯蔵タンクの中に注入するインタークーラーを使用する多段圧縮プロセスによって周囲の空気を圧縮するステップと、
    （ｂ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作するステップと、
    （ｃ）貯蔵タンクから供給された空気をタービンの中に注入するステップと、を備える、方法。
53. 請求項５０記載の方法において、
    貯蔵タンクから供給された空気は、弁を通じてタービンに供給された燃焼ケースのＴＣＬＡ空気の一部又は全部を変位させる、方法。
54. 請求項５３記載の方法において、
    燃焼ケースのＴＣＬＡ空気及び貯蔵タンクから供給された空気は、タービンに供給される前に混合される、方法。
55. 請求項５２記載の方法において、
    貯蔵タンクから供給された空気は、タービンに流れる圧縮機ＴＣＬＡ空気の一部又は全部を変位させる、方法。
56. 請求項５５記載の方法において、
    圧縮機ＴＣＬＡ空気及び貯蔵タンクから供給された空気は、タービンに供給される前に混合される、方法。
57. 請求項５２記載の方法において、
    蒸気サイクルを使用して、インタークーラーから熱を除去するステップを更に備える、方法。
58. 請求項５２記載の方法において、
    タービンの中に供給するための貯蔵タンクから貯蔵タンクの中に貯蔵された空気を置換するために、油圧流体を貯蔵タンク内に圧送する油圧ポンプを使用するステップを更に備える、方法。
59. 互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作するための方法であって、
    圧縮機のガス又は燃焼器ケースのガスの一部を抜き取るステップと、
    タービンを冷却するために抜き取られたガスを使用するステップと、を備え、
    前記方法は、更に、
    弁と弁構造と接続構造とを有する空気貯蔵タンクに流体接続された出口を有する空気ブースターポンプを使用して周囲の空気を引き込むステップを備え、
    接続構造は、以下の動作モード
    （ｉ）通常のガスタービン動作（モード１）；
    （ｉｉ）貯蔵空気と共に加圧空気をガスタービンに供給しながら、空気ブースターポンプが作動されて圧力を構築している間に、貯蔵空気が貯蔵タンクからガスタービンに同時に供給される、電力増大動作（モード２）；
    （ｉｉｉ）貯蔵タンクの圧力が低下し、空気ブースターポンプがオンされるときの、予熱空気が空気ブースターポンプからガスタービンに供給される、電力増大動作（モード３）；
    （ｉｖ）空気ブースターポンプが圧縮空気で空気貯蔵タンクを充填する、充填モード（モード４）、を許容する、方法。
60. 請求項５９記載の方法において、
    混合器は、予熱空気と混合することにより空気貯蔵タンクから入ってくる圧縮空気を混合しかつ予熱するのに使用される、方法。
61. 請求項５９記載の方法において、
    タービン冷却空気は、混合器への熱入力を提供する、方法。
62. ガスタービンエネルギーシステムであって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムと、
    （ｂ）（ｉ）圧縮機、（ｉｉ）燃焼器ケース、又は（ｉｉｉ）圧縮機及び燃焼器ケース、からの加圧空気を抜き取るための少なくとも一つの出口と、
    （ｃ）抜き取られた加圧空気をタービンの中に供給するための入口と、
    （ｄ）タービンの中に供給される前に、抜き取られた加圧空気を加圧された周囲の空気と混合するための少なくとも一つの混合器と、を備える、ガスタービンエネルギーシステム。
63. 請求項６２記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    タービンに供給するために加圧された周囲の空気を貯蔵する貯蔵タンクを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
64. 請求項６３記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    貯蔵タンクに貯蔵するために周囲の空気を圧縮するための圧縮機システムを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
65. 請求項６４記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    圧縮機システムは、貯蔵タンクに貯蔵するための周囲の空気を更に加圧するため、又は、加圧空気をタービンに供給するための空気ブースターポンプを更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
66. 請求項６５記載のガスタービンエネルギーシステムにおいて、
    圧縮機システムを通じ、それによって、圧縮機システムによって加熱される周囲の空気を流すため、及びガスタービンシステムの入口に加熱された周囲の空気を供給するための、周囲の空気の回路を更に備える、ガスタービンエネルギーシステム。
67. ガスタービンエネルギーシステムを動作するための方法であって、
    （ａ）圧縮された周囲の空気を貯蔵タンクの中に注入するインタークーラーを使用する多段圧縮プロセスによって周囲の空気を圧縮するステップと、
    （ｂ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作するステップと、
    （ｃ）貯蔵タンクから供給されたガスを燃焼器ケースの中に注入するステップと、を備える、方法。
68. 請求項６７記載の方法において、
    蒸気サイクルを使用して、インタークーラーから熱を除去するステップを更に備える、方法。
69. 請求項６７記載の方法において、
    タービンの中に供給するための貯蔵タンクからの加圧空気を置換するために、油圧流体を貯蔵タンク内に圧送する油圧ポンプを使用するステップを更に備える、方法。
70. 請求項６７記載の方法において、
    貯蔵タンクに貯蔵する前に、空気ブースターポンプを使用して周囲の空気をさらに加圧するステップを更に備える、方法。
71. 請求項６７記載の方法において、
    インタークーラー内に入口を通じて引き込まれた周囲の空気を加熱するステップと、
    加熱された周囲の空気をガスタービンシステムの入口の中に注入するステップと、を更に備える、方法。
72. 請求項６７記載の方法において、
    空気ブースターを使用して周囲の空気をさらに加圧するステップと、
    加熱された周囲の空気を燃焼器ケースの中に注入するステップと、を更に備える、方法。
73. ガスタービンエネルギーシステムを動作するための方法であって、
    （ａ）互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンシステムを動作するステップと、
    （ｂ）空気ブースターポンプを使用して周囲の空気を加圧するステップと、
    （ｃ）加熱された周囲の空気を燃焼器ケースの中に注入するステップと、を備える、方法。
74. 互いに流体接続された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器及びタービンを備えるガスタービンを動作するための方法であって、
    空気ブースターポンプの中に周囲の空気を引き込むステップと、
    弁と弁構造と接続構造とを有する空気貯蔵タンクに空気を貯蔵するステップと、を備え、
    接続構造は、以下の動作モード
    （ｉ）通常のガスタービン動作（モード１）；
    （ｉｉ）空気が貯蔵タンク及び空気ブースターポンプから燃焼器ケースの上流側にあるガスタービンに同時に供給される、電力増大動作（モード２）；
    （ｉｉｉ）空気ブースターポンプが圧縮空気で空気貯蔵タンクを充填する、充填モード（モード３）、を許容する、方法。
75. 請求項７４記載の方法において、
    ガスタービンの燃焼ケースに供給される空気は、ガスタービンの排気で予熱される、方法。
76. 請求項７４記載の方法において、
    ガスタービンの燃焼ケースに供給される空気は、空気貯蔵タンクから入ってくる空気を空気ブースターポンプから入ってくる空気と混合することによって予熱される、方法。

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