JP5959861B2 - ガスタービン発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、大気から導入した空気（以下、「吸気」という。）を予め冷却あるいは加熱し、冷却あるいは加熱された吸気を圧縮して圧縮空気を生成し、その圧縮空気と別系統から導入した燃料とを燃焼させて生成した高温燃焼ガスの作用によりガスタービンを駆動し、ガスタービンのロータ軸に連結した発電機を同軸の回転により駆動することで発電を行うガスタービン発電設備に関するものである。

吸気を予め冷却し、冷却された空気を圧縮して圧縮空気を生成し、その圧縮空気と別系統から導入した燃料とを燃焼させて生成した高温燃焼ガスの作用によりガスタービンを駆動し、ガスタービンのロータ軸に連結した発電機を同軸の回転により駆動することで発電を行うガスタービン発電設備としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開平４−６９６４９号公報

また、近年では、図６および図７に示すようなガスタービン発電設備５１が提案されている。
ガスタービン発電設備５１は、発電機２を駆動するガスタービン３と、発電機冷却装置４と、吸気冷却装置５と、吸気加熱装置６（図７参照）と、を備えている。

ガスタービン３は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３と、を備えており、発電機２、圧縮機１１、およびタービン１３は、一本のロータ軸（回転軸）１４を介して連結されている。
圧縮機１１の吸気入口１１ａには、ダクト１５を介して吸気が導かれるようになっている。

発電機冷却装置４は、（第１の）熱交換器２１と、（第２の）熱交換器２２と、（第３の）熱交換器２３と、配管２４と、を備えている。
熱交換器２１は、配管２４内を循環する媒体（例えば、水）と、発電機２内に封入されている窒素ガスとを熱交換させて、発電機２で発生した熱を吸収して（奪い去って）、発電機２を冷却するものである。発電機２で発生した熱を吸収した（奪い去った）媒体（ここでは４０℃の媒体）は、配管２４を介して熱交換器２２に導かれる。

熱交換器２２は、配管２４を介して熱交換器２１から導かれた媒体と、ファン２５から送出された空気とを熱交換させて、熱交換器２１から導かれた媒体が持っている熱を（一次的に）吸収して、熱交換器２１から導かれた媒体を（一次的に）冷却するものである。熱交換器２２で（一次的に）放熱された媒体は、配管２４を介して熱交換器２３に導かれる。
熱交換器２３は、配管２４を介して熱交換器２２から導かれた媒体と、後述する冷凍機３１から送出されてバイパス管３２を循環する媒体とを熱交換させて、熱交換器２２から導かれた媒体が持っている熱を（二次的に）吸収して、熱交換器２２から導かれた媒体を（二次的に）冷却するものである。熱交換器２３で（二次的に）放熱された媒体（ここでは３０℃の媒体）は、配管２４を介して熱交換器２１に導かれる。

配管２４は、熱交換器２１を通過した媒体を熱交換器２２に導き、熱交換器２２を通過した媒体を熱交換器２３に導いて、熱交換器２３を通過した媒体を熱交換器２１に導く配管であり、その途中には、媒体を循環させる循環ポンプ（図示せず）が設けられている。

吸気冷却装置５は、冷凍機３１と、バイパス管３２と、（第３の）熱交換器２３と、（第４の）熱交換器３４と、配管３５と、を備えている。
冷凍機３１は、バイパス管３２を介して熱交換器２３から導かれた媒体（例えば、水）、および配管３５を介して熱交換器３４から導かれた媒体を冷却する（ここでは２５℃で戻ってきた（流入してきた）媒体を５℃に冷却して送出する）装置である。
バイパス管３２は、一端（上流端）が冷凍機３１の出口近傍に位置する配管３５に接続され、他端（下流端）が冷凍機３１の入口近傍に位置する配管３５に接続されており、熱交換器２３よりも上流側に位置するバイパス管３２の途中には、媒体を循環させる循環ポンプＰ１が設けられている。

熱交換器（第１の熱交換器）２３は、バイパス管３２を介して導かれた媒体と、配管２４を介して導かれた媒体（熱交換器２３を通過する媒体）とを熱交換させて、配管２４を介して導かれた媒体が持つ熱を吸収して（奪い去って）、配管２４を介して導かれた媒体を冷却するものである。配管２４を介して導かれた媒体が持つ熱を吸収した（奪い去った）媒体は、バイパス管３２および配管３５を介して冷凍機３１に導かれる。
熱交換器（第２の熱交換器）３４は、吸気の温度が高い場合（ここでは吸気の温度が３５℃のとき）に、配管３５を介して冷凍機３１から導かれた媒体と、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気（ここでは３５℃の吸気）とを熱交換させて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が持っている熱を吸収して、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気を（ここでは１５℃まで）冷却する熱交換器である。吸気が持つ熱を吸収した（奪い去った）媒体は、配管３５を介して冷凍機３１に導かれる。

配管３５は、冷凍機３１で冷却された媒体を熱交換器３４に導き、熱交換器３４を通過した媒体を冷凍機３１に導く配管であり、熱交換器３４よりも上流側に位置し、かつ、バイパス管３２の一端との接続点（分岐点）よりも下流側に位置する配管３５の途中には、媒体を循環させる循環ポンプＰ２および（オンオフ）弁Ｂが設けられている。また、熱交換器３４よりも下流側に位置し、かつ、バイパス管３２の他端との接続点（合流点）よりも上流側に位置する配管３５の途中には、（オンオフ）弁Ａが設けられている。

吸気加熱装置６は、加熱器４１と、配管４２と、を備えている。
加熱器４１は、吸気の温度が低い場合（ここでは吸気の温度が０℃のとき）に、配管４２を介して熱交換器３４に暖かい（熱い）媒体を供給する装置である。
配管４２は、加熱器４１で加熱された媒体を熱交換器３４に導く配管である。

そして、吸気の温度が低い場合（ここでは吸気の温度が０℃のとき）、熱交換器３４は、配管４２を介して加熱器４１から導かれた媒体と、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気（ここでは０℃の吸気）とを熱交換させて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気に熱を与えて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気を（ここでは１０℃まで）加熱する熱交換器として機能する。

なお、図７に示すように、吸気加熱装置６の代わりに抽気管４５を備えているものもある。
抽気管４５は、圧縮機１１で圧縮された吸気の一部を熱交換器３４に導く配管であり、吸気加熱装置６の代わりに抽気管４５を備えているものでは、抽気管４５を介して熱交換器３４に暖かい（熱い）吸気が供給され、抽気管４５を介して圧縮機１１から導かれた吸気と、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気（ここでは０℃の吸気）とを熱交換させて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気に熱を与えて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が（ここでは１０℃まで）加熱されることになる。

ここで、図８に示すように、上記のように構成されたガスタービン発電設備５１では、吸気の温度ｔがＴ１（例えば、２０℃）よりも高くなった場合、閉じられていた弁Ａおよび弁Ｂが開かれるとともに、停止されていた循環ポンプＰ１，Ｐ２および冷凍機３１が運転され、冷凍機３１で冷却された媒体（ここでは５℃の媒体）が熱交換器３４に導かれて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が（例えば、１５℃まで）冷却されることになる。
なお、吸気の温度ｔがＴ１（例えば、２０℃）以下になると、開かれていた弁Ａおよび弁Ｂが閉じられるとともに、運転されていた循環ポンプＰ１，Ｐ２および冷凍機３１が停止され、冷凍機３１で冷却された媒体の熱交換器２３，３４への供給が停止されることになる。

一方、図９に示すように、上記のように構成されたガスタービン発電設備５１では、吸気の温度ｔがＴ２（例えば、１０℃）よりも低い場合、弁Ａおよび弁Ｂは閉じられたまま、循環ポンプＰ１，Ｐ２および冷凍機３１は停止されたままで、配管４２または抽気管４５を介して熱交換器３４に暖かい（熱い）媒体が導かれて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が（例えば、１５℃まで）加熱されることになる。
なお、吸気の温度ｔがＴ２（例えば、１０℃）以上になると、弁Ａおよび弁Ｂは閉じられたまま、循環ポンプＰ１，Ｐ２および冷凍機３１は停止されたままで、暖かい（熱い）媒体の熱交換器３４への供給が停止されることになる。

しかしながら、上記のように構成されたガスタービン発電設備５１では、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気を加熱するのに、吸気加熱装置６や抽気管４５が必要となる。そして、吸気加熱装置６を設置する場合には、ガスタービン発電設備５１全体の設備費が高騰するといった問題が発生し、抽気管４５を設置する場合には、ガスタービン発電設備５１全体のプラント効率が低下するといった問題が発生するため、何らかの改善を図る必要があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、従来必要とされた吸気加熱装置や抽気管を不要とすることができるガスタービン発電設備を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るガスタービン発電設備は、吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、吸気冷却兼加熱装置と、を備え、前記吸気冷却兼加熱装置は、前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第２の熱交換器に導くとともに前記第２の熱交換器により昇温された媒体を前記第１の熱交換器に導く第１の流路と、前記第１の熱交換器において昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第２の熱交換器において降温した媒体を前記第１の熱交換器に導く第２の流路と、を備えている。

本発明に係るガスタービン発電設備によれば、例えば、吸気の温度が高いときや、ベース負荷付近で運転するときには、第１の流路を介して、冷凍機において降温した媒体が吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器に導かれ、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が冷却されることにより、プラントの効率が向上することになる。
また、例えば、吸気の温度が低いときや、部分負荷で運転するときには、第２の流路を介して、第１の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を第２の熱交換器に導き、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることにより、アイシングが防止されることになる。
これにより、従来必要とされた吸気加熱装置や抽気管を不要とすることができ、設備費の高騰やプラント効率の低下を回避することができる。
また、本発明に係るガスタービン発電設備によれば、部分負荷（ベース負荷の３０％〜７０％の負荷）で運転するときにも、第２の流路を介して、第１の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体が第２の熱交換器に導かれ、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることになる。
これにより、部分負荷運転における（プラント）効率を向上させることができる。

本発明に係るガスタービン発電設備の運転方法は、吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、吸気冷却兼加熱装置と、を備え、前記吸気冷却兼加熱装置は、前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第２の熱交換器に導くとともに前記第２の熱交換器により昇温された媒体を前記第１の熱交換器に導く第１の流路と、前記第１の熱交換器において昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第２の熱交換器において降温した媒体を前記第１の熱交換器に導く第２の流路と、を備えたガスタービン発電設備の運転方法であって、前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が第１の温度よりも高い場合、前記第１の流路を介して、前記冷凍機において降温した媒体を前記吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を冷却し、前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度よりも低い場合、前記第２の流路を介して、前記第１の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱するようにした。

本発明に係るガスタービン発電設備の運転方法によれば、例えば、吸気の温度が高いときや、ベース負荷付近で運転するときには、第１の流路を介して、冷凍機において降温した媒体が吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器に導かれ、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が冷却されることにより、プラントの効率が向上することになる。
また、例えば、吸気の温度が低いときや、部分負荷で運転するときには、第２の流路を介して、第１の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を第２の熱交換器に導き、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることにより、アイシングが防止されることになる。
これにより、従来必要とされた吸気加熱装置や抽気管を不要とすることができ、設備費の高騰やプラント効率の低下を回避することができる。

上記ガスタービン発電設備の運転方法において、部分負荷で運転される場合、前記第２の流路を介して、前記第１の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱するとさらに好適である。

このようなガスタービン発電設備の運転方法によれば、部分負荷（ベース負荷の３０％〜７０％の負荷）で運転するときにも、第２の流路を介して、第１の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体が第２の熱交換器に導かれ、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることになる。
これにより、部分負荷運転における（プラント）効率を向上させることができる。

本発明によれば、従来必要とされた吸気加熱装置や抽気管を不要とすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が高いとき、あるいはベース負荷付近で運転するときの状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が低いとき、あるいは部分負荷で運転するときの状態を示す図である。 吸気の温度が高いとき、あるいはベース負荷付近で運転するときの各弁および各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図表である。 吸気の温度が低いとき、あるいは部分負荷で運転するときの各弁および各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図表である。 本発明の一実施形態に係るガスタービン発電設備（コンバインドサイクル）の（プラント）効率と、（プラント）出力と、圧縮機の吸気入口に導かれる吸気の温度との関係を示す図表である。 近年提案されているガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が高いときの状態を示す図である。 近年提案されているガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が低いときの状態を示す図である。 吸気の温度が高いときの各弁および各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図表である。 吸気の温度が低いときの各弁および各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図表である。

以下、本発明の一実施形態に係るガスタービン発電設備について、図１から図５を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が高いとき、あるいはベース負荷付近で運転するときの状態を示す図、図２は本実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が低いとき、あるいは部分負荷で運転するときの状態を示す図、図３は吸気の温度が高いとき、あるいはベース負荷付近で運転するときの各弁および各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図表、図４は吸気の温度が低いとき、あるいは部分負荷で運転するときの各弁および各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図表、図５は本実施形態に係るガスタービン発電設備（コンバインドサイクル）の（プラント）効率と、（プラント）出力と、圧縮機の吸気入口に導かれる吸気の温度との関係を示す図表である。
なお、図１および図２において開状態のスイッチ記号は、弁が閉状態（オフ）であることを示し、閉状態のスイッチ記号は、弁が開状態（オン）であることを示している。

図１および図２に示すように、本実施形態に係るガスタービン発電設備１は、吸気冷却装置５および吸気加熱装置６の代わりに、吸気冷却・加熱装置（吸気冷却兼加熱装置）７が設けられている、すなわち、発電機２を駆動するガスタービン３と、発電機冷却装置４と、吸気冷却・加熱装置７と、を備えているという点で、図６から図９を用いて説明したガスタービン発電設備５１と異なる。その他の構成要素については図６から図９を用いて説明したガスタービン発電設備５１のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、図６から図９を用いて説明したガスタービン発電設備５１と同一の構成要素には同一の符号を付している。

吸気冷却・加熱装置７は、バイパス管６１と、配管６２と、を備えている。
バイパス管６１は、一端（上流端）が冷凍機３１の入口近傍に位置する配管６２に接続され、他端（下流端）が冷凍機３１の出口近傍に位置する配管６２に接続されており、その途中には、（オンオフ）弁Ｃが設けられている。
配管６２は、冷凍機３１と熱交換器３４とを連通（接続）し、熱交換器３４と熱交換器２３とを連通（接続）するとともに、熱交換器２３と冷凍機３１とを連通（接続）する配管であり、熱交換器２３よりも下流側に位置し、かつ、バイパス管６１の一端との接続点（分岐点）よりも下流側に位置する配管６２の途中には、（オンオフ）弁Ａが設けられている。また、冷凍機３１よりも下流側に位置し、かつ、バイパス管６１の他端との接続点（分岐点）よりも上流側に位置する配管６２の途中には、（オンオフ）弁Ｂが設けられている。さらに、熱交換器３４よりも上流側に位置し、かつ、バイパス管６１の他端との接続点（分岐点）よりも下流側に位置する配管６２の途中には、媒体を循環させる循環ポンプＰが設けられている。

なお、本実施形態における熱交換器２３は、配管６２を介して導かれた媒体と、配管２４を介して導かれた媒体（熱交換器２３を通過する媒体）とを熱交換させて、配管２４を介して導かれた媒体が持つ熱を吸収して（奪い去って）、配管２４を介して導かれた媒体を冷却する熱交換器として機能する。配管２４を介して導かれた媒体が持つ熱を吸収した（奪い去った）媒体は、配管６２を介して冷凍機３１に、または配管６２、バイパス管６１、配管６２を介して熱交換器３４に導かれる。

また、本実施形態における熱交換器３４は、吸気の温度が高い場合（ここでは吸気の温度が３５℃のとき）に、配管６２を介して冷凍機３１から導かれた媒体（ここでは５℃の媒体）と、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気（ここでは３５℃の吸気）とを熱交換させて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が持っている熱を吸収して、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気を（ここでは１５℃まで）冷却する熱交換器として機能する。吸気が持つ熱を吸収した（奪い去った）媒体（ここでは１５℃の媒体）は、配管６２を介して熱交換器２３に導かれる。

一方、本実施形態における熱交換器３４は、吸気の温度が低い場合（ここでは吸気の温度が０℃のとき）に、配管６２、バイパス管６１、配管６２を介して熱交換器２３から導かれた媒体（ここでは２０℃の媒体）と、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気（ここでは０℃の吸気）とを熱交換させて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気に熱を与えて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気を（ここでは１０℃まで）加熱する熱交換器として機能する。吸気に熱を与えた媒体（ここでは１５℃の媒体）は、配管６２を介して熱交換器２３に導かれる。

ここで、図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン発電設備１では、吸気の温度ｔがＴ１（例えば、２０℃）よりも高くなった場合、閉じられていた弁Ａおよび弁Ｂが開かれ、開かれていた弁Ｃが閉じられるとともに、停止されていた循環ポンプＰおよび冷凍機３１が運転され、冷凍機３１で冷却された媒体（ここでは５℃の媒体）が熱交換器３４に導かれて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が（例えば、１５℃まで）冷却されることになる。
なお、吸気の温度ｔがＴ１（例えば、２０℃）以下になると、開かれていた弁Ａおよび弁Ｂが閉じられ、閉じられていた弁Ｃが開かれるとともに、運転されていた循環ポンプＰおよび冷凍機３１が停止され、冷凍機３１で冷却された媒体の熱交換器３４への供給が停止されることになる。

一方、図２に示すように、本実施形態に係るガスタービン発電設備１では、吸気の温度ｔがＴ２（例えば、１０℃）よりも低い場合、弁Ａおよび弁Ｂは閉じられたまま、弁Ｃは開かれたまま、冷凍機３１は停止されたままで、循環ポンプＰが運転され、配管６２、バイパス管６１、配管６２を介して熱交換器３４に暖かい（熱い）媒体が導かれて、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気が（例えば、１０℃まで）加熱されることになる。
なお、吸気の温度ｔがＴ２（例えば、１０℃）以上になると、弁Ａおよび弁Ｂは閉じられたまま、弁Ｃは開かれたまま、冷凍機３１は停止されたままで、循環ポンプＰが停止され、暖かい（熱い）媒体の熱交換器３４への供給が停止されることになる。

さて、本発明の発明者らは、本発明に至る過程で、図５に示すように、部分負荷（ベース負荷の３０％〜７０％の負荷）でガスタービン発電設備１が運転される場合、上限はあるものの、吸気の温度が高ければ高い程、ガスタービン発電設備（コンバインドサイクル）１の（プラント）効率がよくなるという知見を得た。
そこで、本発明では、部分負荷（ベース負荷の３０％〜７０％の負荷）でガスタービン発電設備１が運転される場合にも、図２に示すように、弁Ａおよび弁Ｂは閉じたまま、弁Ｃは開いたまま、冷凍機３１は停止したままで、循環ポンプＰを運転し、配管６２、バイパス管６１、配管６２を介して熱交換器３４に暖かい（熱い）媒体が導かれるようにして、ダクト１５の入口１５ａから取り込まれた吸気を加熱するようにした。

本実施形態に係るガスタービン発電設備１および本実施形態に係るガスタービン発電設備１の運転方法によれば、例えば、吸気の温度が高いときや、ベース負荷付近で運転するときには、第１の流路を介して、冷凍機において降温した媒体が吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器に導かれ、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が冷却されることにより、プラントの効率が向上することになる。
また、例えば、吸気の温度が低いときや、部分負荷で運転するときには、第２の流路を介して、第１の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を第２の熱交換器に導き、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることにより、アイシングが防止されることになる。
これにより、従来必要とされた吸気加熱装置６や抽気管４５（図７参照）を不要とすることができ、設備費の高騰やプラント効率の低下を回避することができる。
また、本発明に係るガスタービン発電設備１および本実施形態に係るガスタービン発電設備１の運転方法によれば、部分負荷（ベース負荷の３０％〜７０％の負荷）で運転するときにも、第２の流路を介して、熱交換器２３において発電機２を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体が熱交換器３４に導かれ、吸気ダクト１５の入口１５ａから取り込まれ、吸気ダクト１５を介して圧縮機１１の吸気入口１１ａに導かれる空気が加熱されることになる。
これにより、部分負荷運転における（プラント）効率を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。

１ ガスタービン発電設備
２ 発電機
３ ガスタービン
７ 吸気冷却兼加熱装置
１１ 圧縮機
１１ａ 吸気入口
１２ 燃焼器
１３ タービン
１５ 吸気ダクト
１５ａ 入口
２３ 熱交換器（第１の熱交換器）
３１ 冷凍機
３４ 熱交換器（第２の熱交換器）
６１ バイパス管（第２の流路）
６２ 配管（第１の流路：第２の流路）

Claims (5)

1. 吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、
   前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
   吸気冷却兼加熱装置と、を備え、
   前記吸気冷却兼加熱装置は、
   前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第１の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、
   前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第２の熱交換器に導くとともに前記第２の熱交換器により昇温された媒体を前記第１の熱交換器に導く第１の流路と、
   前記第１の熱交換器において昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第２の熱交換器において降温した媒体を前記第１の熱交換器に導く第２の流路と、を備えていることを特徴とするガスタービン発電設備。
2. 前記第１の熱交換器により昇温された媒体を、前記冷凍機をバイパスさせて前記第２の熱交換器に導くバイパス管を有し、前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度に応じて、前記第１の熱交換器により昇温された媒体を前記バイパス管に流す請求項１に記載のガスタービン発電設備。
3. 吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、
   前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
   吸気冷却兼加熱装置と、を備え、
   前記吸気冷却兼加熱装置は、
   前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第１の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、
   前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第２の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第２の熱交換器に導くとともに前記第２の熱交換器により昇温された媒体を前記第１の熱交換器に導く第１の流路と、
   前記第１の熱交換器において昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第２の熱交換器において降温した媒体を前記第１の熱交換器に導く第２の流路と、を備えたガスタービン発電設備の運転方法であって、
   前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が第１の温度よりも高い場合、前記第１の流路を介して、前記冷凍機において降温した媒体を前記吸気ダクト内に設けられた前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を冷却し、
   前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度よりも低い場合、前記第２の流路を介して、前記第１の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱するようにしたことを特徴とするガスタービン発電設備の運転方法。
4. 部分負荷で運転される場合、前記第２の流路を介して、前記第１の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を前記第２の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のガスタービン発電設備の運転方法。
5. 前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度よりも低い場合、前記第１の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を、前記冷凍機をバイパスさせて前記第２の熱交換器に導く請求項３又は４に記載のガスタービン発電設備の運転方法。

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