JP3530136B2 - 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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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、15℃(59°F)(図1a)、−17.8
℃(0°F)(図1b)、32.2℃(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 7EA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18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、15℃(59°F)、相
対湿度60%のISO条件にて定格84.5MW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−17.8℃(0°F)の時、略102.
5MWの最大出力を発生し、周囲温度32.2℃(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1
0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 storage 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36及び第2コンプレッサ3
8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4
4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52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5
5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4
6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
ンプレッサトレイン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3
4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17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5
0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、CAC
SRS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1
4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2
0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CA
CSRS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5〜10%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50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48は開とされ、コネクション構造体50のバルブ5
4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1
4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、CAC
SRS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18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6
0、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21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5〜10%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50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5
5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68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7
4、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1
6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、CAC
SRS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18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32.2℃
(90°F)にて作動する。図5は、周囲温度が32.
2℃(90°F)にまで上昇した空気増大時に、追加の
圧縮空気流量72.2kg/sec(168lbs/s
ec)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32.2
℃(90°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129.2MW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7
EA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−17.8℃(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、−17.8℃(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
2.2℃(90°F)では52.8MWの出力増大があ
り、15℃(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kj(BT
U)/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(CO
E)は、次のように計算される。 COE=(熱消費率、kj(BTU)/kWh)×(燃
料コスト、$/kj(BTU))+(圧縮空気ストレー
ジ再充填のためのオフピークエネルギー、kWh)×
(オフピークエネルギーコスト、$/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7EA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、32.2℃(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、152000立方メー
トル(5.4百万立方フィート)(概略305メートル
(1000フィート)の深さ、最大と最小の圧力差1
0.335bar(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、32.2℃(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/k
W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$1
50/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81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32.2℃(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15.9
kg/sec(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45.4kg/sec(100lbs/
sec)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、9508kj/kWh(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15.9kg/sec(35lbs/se
c))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
よって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】15℃(59°F)で作動する通常のGE7
EA燃焼タービンの概略構成線図である。
【図1b】−17.8℃(0°F)で作動する通常のG
E7EA燃焼タービンの概略構成線図である。
【図1c】32.2℃(90°F)で作動する通常のG
E7EA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32.2℃(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32.2℃(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32.2℃(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。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−119485(JP,A) 特開 平7−247862(JP,A) 特開 昭62−189331(JP,A) 米国特許4441028(US,A) 米国特許5363642(US,A) 米国特許5379589(US,A) 米国特許5495709(US,A) 三輪 光砂,ガスタービンの基礎と実 際,日本,株式会社 成山堂書店,1991 年 4月 8日,第72頁乃至第74頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 6/16 F02C 3/30

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼タービン発電システム(10)及び
    その改良システムの運転方法であって、 (A)コンプレッサ(14)、前記コンプレッサと作動
    的に関連した膨張タービン(16)、前記膨張タービン
    に接続された発電機(20)、を含む少なくとも一つの
    燃焼タービン組立体(12);前記膨張タービンに燃焼
    生成物を供給する燃焼器(18);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(21);補助コンプレッサ構造体(32);前
    記補助コンプレッサ構造体の出口を飽和器(80)の入
    口に流体的に接続するコネクション構造体(50)、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
    (82)、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(52)、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(48、54、55);を提供すること、 (B)a.前記コンプレッサ(14)からの圧縮された
    空気が前記フローパス構造体(21)を介して前記膨張
    タービン(16)に燃焼生成物を供給する前記燃焼器
    (18)へと流動し、これによって前記膨張タービン
    (16)が前記発電機(20)を駆動する燃焼タービン
    運転モード、及び b.前記フローパス構造体(21)を介して前記燃焼器
    (18)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(32)からの補助の圧縮空気が前記コネ
    クション構造体(50)を介して前記飽和器(80)
    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(52)にて更に加熱され
    て前記燃焼器(18)へと差し向けられ、それによって
    前記膨張タービン(16)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、 とされる上記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(48、54、55)を制御する
    こと、 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(16)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(16)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2の方法。
  4. 【請求項4】 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(16)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】 前記補助コンプレッサ構造体(32)
    は、コンプレッサトレイン(36、38)を備え、電動
    モータ(40)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1の方法。
  6. 【請求項6】 前記コンプレッサトレイン(36、3
    8)は、少なくとも第1及び第2コンプレッサ(36、
    38)を有し、インタークーラ(42)が前記第1コン
    プレッサ(36)の出口と前記第2コンプレッサ(3
    8)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(50)を介して前記飽和
    (80)と接続され、アフタークーラ(44)が前記
    第2コンプレッサ(38)の出口と前記飽和器(80)
    への入口との間の前記コネクション構造体(50)に設
    けられることを特徴とする請求項5の方法。
  7. 【請求項7】 前記燃焼タービンシステム(10)の前
    記発電機(20)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
    (20)は、補助圧縮空気が前記燃焼タービン組立体
    (12)の前記膨張タービン(16)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。
  8. 【請求項8】 第1のウォータポンプ(83)が前記飽
    和器(80)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(81)が前記温水器(82)
    前記飽和器(80)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1の方法。
  9. 【請求項9】 補助圧縮空気システム(32)を一体に
    備えた燃焼タービン改良発電プラント(10)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
    (14)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(16)
    と、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(18)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
    (20)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(21)を介して前記少なくとも
    一つの燃焼器(18)への入口と連通している、燃焼タ
    ービン組立体(12)を有しており、 (A)前記発電機(20)の容量をアップグレードする
    こと; (B)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(32); 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(40); 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(42); 前記コンプレッサ構造体の下流のアフタークーラ(4
    4); 前記アフタークーラの下流の飽和器(80); 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(82);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(52); を有する補助圧縮空気システム(32)を提供するこ
    と、 (C)a.前記アフタークーラ(44)の出口と前記飽
    和器(80)への入口との間の連通を可能とし、そして
    前記復熱装置(52)の出口と前記少なくとも一つの燃
    焼器(18)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(50)、及び b.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(48、54、55)、 を提供することによって、前記燃焼タービン組立体(1
    2)と前記補助圧縮空気システム(32)とを一体とす
    ること、 (D)上記一体化によって、 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(32)からの補助圧
    縮空気流を、前記飽和器(80)へと、そして前記復熱
    装置(52)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物を供給する前記少なくとも一つの
    燃焼器(18)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、 とされる上記二つの運転モードの選択的提供を保証する
    こと、 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。
  10. 【請求項10】 前記燃焼タービン運転モード時に、前
    記バルブ装置(48、54、55)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(14)から
    前記フローパス構造体(21)を介して前記少なくとも
    ひとつの燃焼器(18)へと至る流路を画定することを
    特徴とする請求項9の方法。
  11. 【請求項11】 前記空気増大運転モード時に、前記バ
    ルブ装置(48、54、55)は開とされ、それによっ
    て、前記補助コンプレッサ構造体(32)からの補助の
    圧縮空気は、前記コネクション構造体(50)を通り、
    前記飽和器(80)、次いで前記復熱装置(52)へと
    流動し、前記少なくとも一つのコンプレッサ(14)
    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(16)に燃焼生成物を供給する少なくと
    も一つの燃焼器(18)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(16)は最大許容出力を発生し、従って前記発電
    (2 0)による電気グリッド(17)への電力を増大
    させることを特徴とする請求項9の方法。
  12. 【請求項12】 前記或る補助空気流量は約15.9k
    g/sec(35lbs/sec)であることを特徴と
    する請求項9の方法。
  13. 【請求項13】 燃焼タービン発電システム(10)
    びその改良システムの運転方法であって、 前記システムは、発電用の少なくとも一つの燃焼タービ
    ン組立体(12)を有し、前記燃焼タービン組立体は、
    前記燃焼タービン組立体の全定格出力に対して最適とさ
    れた少なくとも一つのコンプレッサ(14)と、前記コ
    ンプレッサと作動的に関連し、そして前記燃焼タービン
    組立体の全定格出力を超えて作動するように構成されて
    配置された少なくとも一つの膨張タービン(16)と、
    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(18)と、を有してお
    り;又、前記システムは、前記少なくとも一つの膨張タ
    ービン(16)と前記少なくとも一つのコンプレッサ
    (14)の一つに接続された発電機(20)を有し、前
    記発電機は前記燃焼タービン組立体の全定格出力を超え
    る電力を提供する能力を有しており;更に、前記システ
    ムは、前記少なくとも一つのコンプレッサ(14)の出
    口を前記少なくとも一つの燃焼器(18)の入口に流体
    的に接続するフローパス構造体(21)と、前記燃焼タ
    ービン組立体(12)の少なくとも一つのコンプレッサ
    (14)によって提供される最大圧縮空気の一部である
    最大補助圧縮空気を提供する構成とされた補助コンプレ
    ッサ構造体(32、60)と、前記少なくとも一つの燃
    焼器(18)の上流位置に前記補助コンプレッサ構造体
    (32、60)の出口を流体的に接続するコネクション
    構造体(50)と、前記コネクション構造体(50)
    通る流れを制御するために前記コネクション構造体(5
    0)と関連したバルブ構造体(48、54、55)と、
    を有しており、 a.前記コンプレッサ(14)によって圧縮された空気
    が前記フローパス構造体(21)を介して、前記膨張タ
    ービン(16)に燃焼生成物を供給する前記燃焼器(1
    8)へと流動し、それによって前記膨張タービン(1
    6)が前記発電機(20)及び前記少なくとも一つのコ
    ンプレッサ(14)を駆動するようにした、前記バルブ
    構造体(48、54、55)を閉鎖することによる燃焼
    タービン運転モード、及び b.前記燃焼タービン組立体(12)の全定格出力より
    大きい出力が要求されるとき、前記フローパス構造体
    (21)を介して、前記少なくとも一つの膨張タービン
    (16)に燃焼生成物を供給する前記少なくとも一つの
    燃焼器(18)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(32、60)からの補助圧縮空気
    が前記コネクション構造体(50)を介して供給されそ
    して前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃焼
    生成物を供給する前記少なくとも一つの燃焼器(18)
    へと差し向けられ、それによって前記少なくとも一つの
    膨張タービン(16)への圧縮空気とガスの質量流量を
    増大させ、前記燃焼タービン組立体(12)の周波数を
    一定に維持しながら前記燃焼タービン組立体の全定格出
    力を超える電力を発生させるようにした、前記バルブ構
    造体を少なくとも一部開放することによる間欠的電力増
    大運転モード、 とされる上記運転モードの一つを選択的に可能とするよ
    うに全体のシステム及び前記バルブ構造体を選択的に制
    御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。
  14. 【請求項14】 更に、前記補助コンプレッサ構造体
    (32)の出口と前記膨張タービン(16)に燃焼生成
    物を供給する前記燃焼器(18)の入口との間の前記コ
    ネクション構造体(50)に飽和器(80)と復熱装置
    (52)とを設けることを特徴とする請求項13の方
    法。
  15. 【請求項15】 前記補助コンプレッサ構造体(32)
    は、少なくとも一つの補助コンプレッサ(36、38)
    を有し、電動モータ(40)が前記少なくとも一つのコ
    ンプレッサを駆動することを特徴とする請求項13の方
    法。
  16. 【請求項16】 前記補助コンプレッサ構造体(32)
    は、少なくとも第1及び第2コンプレッサ(36、3
    8)を有し、前記第1コンプレッサ(36)の出口と前
    記第2コンプレッサ(38)への入口との間にインター
    クーラ(42)が設けられ、前記第1コンプレッサの入
    口は周囲空気を受容し、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と接続されていることを特徴と
    する請求項13の方法。
  17. 【請求項17】 更に、前記補助コンプレッサ構造体
    (32)の出口と、前記少なくとも一つの膨張タービン
    (16)に燃焼生成物を供給する前記燃焼器(18)
    の入口との間の前記コネクション構造体(50)に復熱
    装置(52)を設け、前記少なくとも一つの膨張タービ
    (16)に燃焼生成物を供給する前記燃焼器(18)
    に流入するに先立って前記補助コンプレッサ構造体(3
    2)からの空気を排気ガス熱で予加熱することを特徴と
    する請求項13の方法。
  18. 【請求項18】 燃焼タービン運転モード及び電力増大
    運転モードを含む二つの運転モードを提供するために補
    助圧縮空気構造体(32、60)と一体化された燃焼タ
    ービン改良発電プラント(10)を提供する方法であっ
    て、 (A)少なくとも一つのコンプレッサ(14)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(16)と、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(18)と、を備え;少なくとも一つの発
    電機(20)が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てお
    り、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(21)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、発電用の燃焼タービン組立体
    (12)を提供すること、 (B)少なくとも一つのコンプレッサ(14)が燃焼タ
    ービン組立体(12)の全定格出力に対して最適とされ
    ることを保証すること、 (C)少なくとも一つの膨張タービン(16)が、燃焼
    タービン組立体(12)の全定格出力を超えて作動する
    ように構成されて配置されることを保証すること、 (D)少なくとも一つの発電機(20)が、燃焼タービ
    ン組立体(12)の全定格出力を超える電力を提供する
    能力を有することを保証すること、 (E)a.燃焼タービン組立体(12)の少なくとも一
    つのコンプレッサ(14)によって提供される最大圧縮
    空気の一部である最大補助圧縮空気を提供する構成とさ
    れる補助コンプレッサ構造体(32、60);及び b.前記補助コンプレッサ構造体(32、60)を駆動
    するための少なくとも一つの電動モータ(40); を有する補助圧縮空気システム(32、60)を提供す
    ること、 (F)a.前記補助コンプレッサ構造体(32、60)
    の出口と、前記少なくとも一つの膨張タービン(16)
    に燃焼生成物を供給する前記少なくとも一つの燃焼器
    (18)の上流位置との間の連通を可能とコネクション
    構造体(50)、及び b.前記コネクション構造体を通る流れを制御するため
    のバルブ装置(48、54)、 を設けることによって前記燃焼タービン組立体(12)
    と前記補助圧縮空気構造体(32、60)とを一体化す
    ること、 (G)前記バルブ装置及び全体システムを制御する時、
    前記一体化により、 a.バルブ構造体(48、54)が閉鎖されたとき、前
    記少なくとも一つのコンプレッサ(14)によって圧縮
    された空気が前記フローパス構造体(21)を介して、
    前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃焼生成
    物を供給する前記少なくとも一つの燃焼器(18)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
    (16)が前記少なくとも一つの発電機(20)及び
    前記少なくとも一つのコンプレッサ(14)を駆動する
    ようにした燃焼タービン運転モード、及び b.前記燃焼タービン組立体(12)の全定格出力より
    大きい出力が要求された場合に、前記バルブ装置が少な
    くとも一部開放されたとき、前記フローパス構造体(2
    1)を介して、前記少なくとも一つの膨張タービン(1
    6)に燃焼生成物を供給する前記少なくとも一つの燃焼
    (18)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(32、60)からの補助圧縮空気が前
    記コネクション構造体(50)を介して供給されそして
    前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃焼生成
    物を供給する前記少なくとも一つの燃焼器(18)へと
    差し向けられ、それによって前記少なくとも一つの膨張
    タービン(16)への圧縮空気とガスの質量流量を増大
    させ、前記燃焼タービン組立体(12)の周波数を一定
    に維持しながら前記燃焼タービン組立体(12)の全定
    格出力を超える電力を発生させるようにした電力増大運
    転モード、 とされる二つの運転モードが選択的に提供されることを
    保証すること、 を有することを特徴とする、燃焼タービン運転モード及
    び電力増大運転モードを含む二つの運転モードを提供す
    るために補助圧縮空気構造体(32、60)と一体化さ
    れた燃焼タービン改良発電プラントを提供する方法。
  19. 【請求項19】 前記バルブ装置が閉鎖されたとき、前
    記一体化工程により、前記少なくとも一つのコンプレッ
    (14)から前記フローパス構造体(21)を介し
    て、前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃焼
    生成物を供給する前記少なくともひとつの燃焼器(1
    8)へと至る流路が画定されることを特徴とする請求項
    18の方法。
  20. 【請求項20】 更に、前記補助コンプレッサ構造体
    (32、60)の出口と、前記少なくとも一つの膨張タ
    ービン(16)に燃焼生成物を供給する前記燃焼器(1
    8)への入口との間の前記コネクション構造体(50)
    に復熱装置(52)を設け、前記少なくとも一つの膨張
    タービン(16)に燃焼生成物を供給する前記少なくと
    も一つの前記燃焼器(18)に流入するに先立って前記
    補助コンプレッサ構造体(32、60)からの空気を排
    気ガス熱で予加熱することを特徴とする請求項18の方
    法。
  21. 【請求項21】 前記一体化工程により、前記バルブ装
    置が少なくとも一部開放されたとき、ガス及び空気流路
    が画定され、前記補助コンプレッサ構造体(32、6
    0)からの補助圧縮空気が、前記コネクション構造体
    (50)を通って流れ、前記復熱装置(52)にて予加
    熱され、そして前記少なくとも一つのコンプレッサ(1
    4)の出口からの空気と混合され、そして前記少なくと
    も一つの膨張タービン(16)に燃焼生成物を供給する
    前記少なくとも一つの燃焼器(18)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全定格出
    力を超える前記電力を発生し、従って、電気グリッド
    (17)への前記発電機(20)による電力を増大させ
    ることが行われることを特徴とする請求項20の方法。
  22. 【請求項22】 更に、前記補助コンプレッサ構造体
    (32、60)の出口と前記少なくとも一つの燃焼器
    (18)の入口との間の前記コネクション構造体(5
    0)に飽和器(80)と復熱装置(52)とを設けるこ
    とを特徴とする請求項18の方法。
  23. 【請求項23】 前記発電機(20)の能力を保証する
    工程は、前記発電機の容量のアップグレードを含むこと
    を特徴とする請求項18の方法。
  24. 【請求項24】 燃焼タービン運転モード及び電力増大
    運転モードを含む二つの運転モードを提供するために補
    助圧縮空気構造体(32)と一体化された燃焼タービン
    改良発電プラント(10)を提供する方法であって、 (A)少なくとも一つのコンプレッサ(14)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(16)と、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(18)と、を備え;少なくとも一つの発
    電機(20)が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てお
    り、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(21)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、発電用の燃焼タービン組立体
    (12)を提供すること、 (B)少なくとも一つのコンプレッサ(14)が燃焼タ
    ービン組立体(12)の全定格出力に対して最適とされ
    ることを保証すること、 (C)少なくとも一つの膨張タービン(16)が、燃焼
    タービン組立体(12)の全定格出力を超えて作動する
    ように構成されて配置されることを保証すること、 (D)前記発電機(20)が、燃焼タービン組立体(1
    2)の全定格出力を超える電力を提供する能力を有する
    ことを保証すること、 (E)a.燃焼タービン組立体(12)の少なくとも一
    つのコンプレッサ(14)によって提供される最大圧縮
    空気の一部である最大補助圧縮空気を提供する構成とさ
    れる補助コンプレッサ構造体(32);及び b.前記補助コンプレッサ構造体(32)を駆動するた
    めの少なくとも一つの電動モータ(40); を有する補助圧縮空気システム(32)を提供するこ
    と、 (F)a.前記補助コンプレッサ構造体(32)の出口
    と給湿構造体(80)の入口との間の連通を可能とし、
    前記給湿構造体(80)の出口は前記少なくとも一つの
    燃焼器(18)の上流位置に連通するようにしたコネク
    ション構造体(50)、及び b.前記コネクション構造体(50)を通る流れを制御
    するためのバルブ構造体(48、54、55)、 を設けることによって前記燃焼タービン組立体(12)
    と前記補助圧縮空気構造体(32)とを一体化するこ
    と、 (G)前記バルブ構造体(48、54、55)及び全体
    システム(10)を制御する時、前記一体化により、 a.バルブ構造体(48、54、55)が閉鎖されたと
    き、前記少なくとも一つのコンプレッサ(14)からの
    圧縮された空気が前記フローパス構造体(21)を介し
    て、前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃焼
    生成物を供給する前記少なくとも一つの燃焼器(18)
    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(16)が前記少なくとも一つの発電機(20)
    及び前記少なくとも一つのコンプレッサ(14)を駆動
    するようにした燃焼タービン運転モード、及び b.前記燃焼タービン組立体(12)の全定格出力より
    大きい出力が要求された場合に、前記バルブ構造体(4
    8、54、55)が少なくとも一部開放されたとき、前
    記フローパス構造体(21)を介して、前記少なくとも
    一つの膨張タービン(16)に燃焼生成物を供給する前
    記少なくとも一つの燃焼器(18)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(32)からの
    補助圧縮空気が前記コネクション構造体(50)を介し
    て供給されそして前記給湿構造体(80)にて給湿さ
    れ、そして前記少なくとも一つの膨張タービン(16)
    に燃焼生成物を供給する前記少なくとも一つの燃焼器
    (18)へと差し向けられ、それによって前記少なくと
    も一つの膨張タービン(16)への圧縮空気とガスの質
    量流量を増大させ、前記燃焼タービン組立体(12)
    周波数を一定に維持しながら前記燃焼タービン組立体
    (12)の全定格出力を超える電力を発生させるように
    した電力増大運転モード、 とされる二つの運転モードが選択的に提供されることを
    保証すること、 を有することを特徴とする、燃焼タービン運転モード及
    び電力増大運転モードを含む二つの運転モードを提供す
    るために補助圧縮空気構造体(32)と一体化された燃
    焼タービン改良発電プラントを提供する方法。
  25. 【請求項25】 更に、前記給湿構造体(80)の出口
    と、前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃焼
    生成物を供給する前記燃焼器(18)への入口との間の
    前記コネクション構造体(50)に復熱装置(52)
    設け、前記少なくとも一つの膨張タービン(16)に燃
    焼生成物を供給する前記燃焼器(18)に流入するに先
    立って前記給湿構造体(80)からの給湿された空気を
    排気ガス熱で予加熱することを特徴とする請求項24の
    方法。
  26. 【請求項26】 前記給湿構造体(80)は飽和器(8
    0)であることを特徴とする請求項24の方法。
  27. 【請求項27】 前記給湿構造体(80)は給湿媒体を
    受容するように構成されて配置されていることを特徴と
    する請求項24の方法。
  28. 【請求項28】 前記給湿媒体は加熱水であることを特
    徴とする請求項27の方法。
  29. 【請求項29】 前記給湿媒体は蒸気であることを特徴
    とする請求項27の方法。
  30. 【請求項30】 前記発電機の能力を保証する工程は、
    前記発電機の容量のアップグレードを含むことを特徴と
    する請求項24の方法。
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