KR20170086135A - 가스 터빈 에너지 보조 시스템 및 가열 시스템, 그리고 그 제작 및 이용 방법 - Google Patents

가스 터빈 에너지 보조 시스템 및 가열 시스템, 그리고 그 제작 및 이용 방법 Download PDF

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Abstract

가스 터빈의 용량을 발생시키는 것을 포함하는, 전력 시스템이며, 추가 전력이 피크 전력 수요 기간 동안 별도로 연료가 공급되는 시스템을 이용하여 발생된다.

Description

가스 터빈 에너지 보조 시스템 및 가열 시스템, 그리고 그 제작 및 이용 방법 {GAS TURBINE ENERGY SUPPLEMENTING SYSTEMS AND HEATING SYSTEMS, AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 가스 터빈의 용량을 발생시키는 것을 포함하는, 전력 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 피크 전력 수요 기간 동안 추가 전력을 제공하고 가스 터빈 및 스팀 터빈을 뜨겁게 유지하고 작동 준비를 유지하여 시동 시간을 감소시키는 시스템을 제공하기 위해 유용한 에너지 저장에 관한 것이다.
현재 한계 에너지(marginal energy)는 단순 사이클 또는 복합 사이클 구성들에서, 주로 가스 터빈에 의해 생산된다. 부하 수요 프로파일의 결과로, 가스 터빈 베이스 시스템들은 높은 수요 기간 동안 회전이 증가(cycle up)되고 낮은 수요 기간 동안 회전이 감소(cycle down)되거나 정지된다. 이러한 사이클링(cycling)은 능동 그리드 제어(active grid control), 또는 AGC라고 하는 프로그램 하에서 그리드 조작자에 의해 일반적으로 구동된다. 불행히도, 설치된 베이스의 대부분을 나타내는, 산업용 가스 터빈들은, 주로 베이스 부하 작동을 위해 설계되었기 때문에, 그것들이 회전될 때, 심각한 불이익이 그 특정 유닛의 유지 보수 비용과 관련되어 있다. 예를 들어, 베이스 부하로 작동되고 있는 가스 터빈은 3년마다, 또는 24,000시간마다 한 번씩 2-3 백만 달러 범위의 비용으로 정기 유지 보수를 행할 수 있다. 그와 동일한 비용은 매일 시동 및 정지할 수밖에 없는 플랜트에 대해서는 1년마다 발생될 수 있다.
현재 이 가스 터빈 플랜트들은 그 정격 용량의 대략 50%로 낮아질 수 있다. 그것들은 가스 터빈으로의 공기 유동을 감소시키는, 압축기의 입구 가이드 베인들을 폐쇄함으로써, 또한 연소 공정에서 일정한 연료 공기 비가 요구됨에 따라 연료 유동을 낮춤으로써 이것을 행한다. 일반적으로 안전한 압축기 작동 및 배출을 유지하는 것은 실제로 달성될 수 있는 감소 수준을 제한한다. 안전한 압축기 하위 작동 한계는 일반적으로 상기 압축기로부터 나온 중간 단계 블리드 추출(bleed extraction)로부터, 가스 터빈의 입구로 따뜻한 공기를 도입함으로써 현재의 가스 터빈들에서 개선된다. 때로는, 이 따뜻한 공기는 또한 결빙을 방지하기 위해 입구에 도입된다. 어느 경우이든, 이것이 행해지면, 압축기에 의해 공기에 행해진 일은 압축기를 안전하게 낮은 유동에서 작동할 수 있기 위해 공정에서 희생됨으로써, 감소 능력을 증가시킨다. 이것은 추출된 공기에 수행된 일이 손실됨에 따라 상기 시스템의 효율에 더 부정적인 영향을 갖는다. 게다가, 연소 시스템은 또한 시스템에 한계를 제시한다.
연소 시스템은 더 적은 연료가 더해짐에 따라, 화염 온도가 감소하여, 생산되는 CO 배출물들의 양을 증가시키기 때문에 보통 시스템이 감소될 수 있는 양을 제한한다. 화염 온도와 CO 배출물들 사이의 관계는 감소하는 온도에 따라 지수적이며, 그 결과, 가스 터빈 시스템이 한계에 가까워짐에 따라, CO 배출물들이 급증하여, 건전한 한계는 이 한계로부터 떨어져 있다. 이 특징은 모든 가스 터빈 시스템들을 대략 50% 감소 용량으로 제한하며, 또는, 100MW 가스 터빈에 대해서, 얻을 수 있는 최소 출력은 약 50%, 또는 50MW이다. 가스 터빈 질량 유동이 감소됨에 따라, 압축기 및 터빈 효율은 마찬가지로 떨어져서, 기계의 열 소비율을 증가시킨다. 일부 조작자들은 매일 이러한 상황에 직면하고 그 결과, 부하 수요가 떨어짐에 따라, 가스 터빈 플랜트들은 그것들의 하부 작동 한계에 이르고 기계들을 정지해야만 하며 이것은 가스 터빈 플랜트들에 엄청난 유지 보수 비용 불이익을 부과한다.
일반적인 가스 터빈의 다른 특징은 주위 온도가 증가함에 따라, 공기의 온도가 증가함에 따른 감소되는 밀도의 선형 효과 때문에 출력 생산량이 비례해서 떨어진다는 것이다. 출력 생산량은 뜨거운 날들 동안, 일반적으로 전력을 제공하기 위해 첨두 가스 터빈들이 대부분 요구될 때, 명판으로부터 10% 보다 더 낮아질 수 있다.
일반적인 가스 터빈들의 다른 특징은 가스 터빈의 압축기 섹션에서 압축되고 가열된 공기가 다양한 구성품들을 냉각하기 위해 이용되는 곳인 가스 터빈의 터빈 섹션의 다양한 부분들로 보내진다는 것이다. 이 공기는 일반적으로 가스 터빈들에 관해 당해 분야에서 잘 알려진 용어인 터빈 냉각 및 누출 공기(turbine cooling and leakage air)(이하 "TCLA")로 불린다. 비록 압축 공정으로부터 가열되지만, TCLA 공기는 여전히 터빈 온도들보다 상당히 더 차갑고, 따라서 압축기의 하류의 터빈에서 그 구성품들을 냉각하는데 효과적이다. 일반적으로 압축기의 입구로 들어가는 공기의 10% 에서 15%는 연소기를 우회하고 이 공정을 위해 이용된다. 따라서, TCLA는 가스 터빈 시스템의 성능에 상당한 불이익이다.
가스 터빈들의 다른 특징은 일반적으로 열 부하 고려사항들 때문에 시동하기 위해 20-30분이 걸리고 복합 사이클 플랜트에서 열 회수 스팀 발생기(heat recovery steam generator;HRSG)는 한 시간 이상 걸린다는 것이다. 이것은 복합 사이클 플랜트가 분 단위로 상당히 변동하는 재생 에너지 간헐성(intermittency)을 상쇄하기 위해 보다 자주 이용되기 때문에 중요하다.
현재의 발명은 가스 터빈의 출력 생산량의 상위 한계를 개선하기 위해, 구체적인 플랜트 필요에 따라, 새로운 또는 기존의 가스 터빈 시스템의 용량 및 조절 능력을 증가시키는, 다수의 선택권을 제공한다.
본 발명의 일 태양은 일반적으로 압축된 공기 분사 시스템들과 관련된 중요한 기생 부하들을 제거하는 별도로 연료가 공급되는 엔진(separately fueled engine)이 시스템을 구동하기 위해 사용되기 때문에 가스 터빈 시스템들이 피크 수요 기간 동안 최대의 추가 출력을 더 효율적으로 제공하도록 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배출물들의 점원(point source)을 제거하는 배기 재순환 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 배기 가스 재순환 시스템과 관련된 폐열을 활용하는 효율 개선들에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 폐열이 스팀 터빈의 출력 생산량을 증가시켜서 복합 사이클 플랜트의 효율을 유지하거나 개선시키는 연료가 공급되는 입구 칠러 시스템(fueled inlet chiller system)에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 발전소가 작동되지 않은 동안 파워 부스트 시스템(power boost system)의 대체 사용에 관한 것이며, 전체 가스 터빈 및 스팀 터빈을 뜨겁게 유지하기 위해 압축된 공기는 가스 터빈을 통하게 하고 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기는 열 회수 스팀 발생기("HRSG")를 통하게 하고, 이것은 시동 시간을 감소시킨다.
본 발명의 다른 태양은 발전소가 작동되지 않은 동안 파워 부스트 시스템의 교대 사용에 관한 것이며, 전체 가스 터빈 및 스팀 터빈을 뜨겁게 유지하기 위해 압축된 공기가 가스 터빈 및 HRSG를 통하게 하고, 이것은 시동 시간을 감소시킨다.
본 발명의 다른 태양은 보통 가스 터빈의 압축기 배출 플레넘(plenum) 또는 중간 단계에서 취해진 냉각 공기를 대체하는 동시에 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기는 추가 출력을 생산하기 위해 HRSG에서 이용되는 파워 부스트 공기 분사 시스템(power boost air injection system)에 관한 것이다. 교대로 공급되는 냉각 공기는 대체되는 공기, 또는 쿨러와 온도 및 압력이 유사할 수 있다(이것은 냉각 공기 요구들의 감소 및 개선된 가스 터빈("GT") 효율의 결과가 된다).
본 발명의 다른 태양은 개선된 효율로 변환되는 냉각 공기 요구들의 감소로 이어지는 상대적으로 차가운 제1 단계 노즐 냉각 공기의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 복합 사이클 플랜트가 작동되지 않는 기간들 동안 상대적으로 차가운 냉각 공기를 전달하고, 터빈 섹션을 뜨겁게 유지하기 위해 뜨거운 압축된 공기를 전달하는 동시에 완전 복합 사이클("CC") 플랜트의 시동 시간을 최소화하기 위해 HRSG 및 스팀 터빈을 통해 스팀을 흐르게 하는 패키지화된 보일러에서 별도로 연료가 공급되는 엔진의 배기를 이용하는 파워 부스트 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 뜨거운 압축된 공기를 연소 배출 플레넘으로 몰아 넣기 위해 별도로 연료가 공급되는 엔진을 이용하는 동시에 GT의 연료를 예열하기 위해 별도로 연료가 공급되는 엔진의 배기로부터 이용할 수 있는 과잉 저품질(즉, 저온) 열을 이용하여, GT의 효율을 개선하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 보조 압축기, 적어도 하나의 압축기, 적어도 하나의 발전기, 적어도 하나의 터빈(적어도 하나의 터빈은 적어도 하나의 발전기 및 적어도 하나의 압축기에 연결됨), 및 (압축기를 위한 배출 매니폴드인) 연소 케이스를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시예의 다른 이점은 별도로 연료가 공급되는 엔진에 의해 전달되는 보조 압축된 뜨거운 공기로 가스 터빈 시스템의 출력 생산량을 급속히 증가시키는 능력이다.
다른 바람직한 실시예의 다른 이점은 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기 가스의 일부 또는 전부의 재순환에 따라 상기 발전소의 제2 배출원으로부터 나온 배출물들을 최소화 또는 제거하는 것이다.
다른 바람직한 실시예의 다른 이점은 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기 가스의 일부 또는 전부의 재순환에 따라 기존의 GT의 배출 제어 시스템을 이용함으로써 배출물들 정화와 관련된 비용을 최소화 또는 제거하는 것이다.
다른 바람직한 실시예들의 이점은 출력 생산량을 증가시키는 동시에 전체 시스템의 효율을 개선시키는 능력이다.
본 발명의 실시예들의 다른 이점은 출력 생산량 및 종래의 칠러(chiller) 시스템의 효율을 개선시키는 능력이다.
본 발명의 실시예들의 다른 이점은 플랜트가 정지되어 있는 동안 가스 터빈 및 스팀 터빈 구성품들을 따뜻하게 유지하여 필요한 시동 시간을 감소시키는 능력이다.
본 발명의 일부 실시예들의 다른 이점은 GT의 냉각된 냉각 공기 순환로들과 관련된 달리 낭비되는 열을 감소시킴으로써 통합된 파워 부스트 시스템의 효율을 개선시키는 능력이다.
본 발명의 일부 실시예들의 다른 이점은 GT에 요구되는 TCLA의 감소 및 통합된 파워 부스트 시스템의 효율의 개선이 되는 냉각기 냉각 공기를 외부적으로 공급된 터빈 구성품들에 전달하는 능력이다.
본 발명의 일부 실시예들의 다른 이점은 GT에 필요한 TCLA의 감소 및 통합된 파워 부스트 시스템의 효율의 개선이 되는 냉각 공기의 우선하는 배출 또는 직접적인 매니폴딩(manifolding)에 의해 냉각기 냉각 공기를 내부적으로 공급된 터빈 구성품들에 전달하는 능력이다.
본 발명의 다른 이점들, 특성들 및 특징들뿐만 아니라 상기 구조 및 상기 부분들의 조합의 관련된 요소들의 작동 방법들 및 기능들은 모두 본 명세서의 부분을 형성하는, 첨부된 도면들을 참조로 다음의 상세한 설명들 및 첨부된 청구항들의 고려를 통해 더 명확해질 것이다.
도 1은 배기 가스 재순환과 함께, 보조 압축기를 구동하는 복열된 연료가 공급되는 엔진(recuperated fueled engine)을 갖는 보조 에너지 시스템을 포함하는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 복열된 연료가 공급되는 엔진의 배기의 일부 또는 전부는 추가 연소를 위해 GT로 전달된다.
도 2는 배기 가스 재순환 및 연료 가열과 함께, 보조 압축기를 구동하는 복열된 연료가 공급되는 엔진을 갖는 보조 에너지 시스템을 포함하는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 복열된 연료가 공급되는 엔진의 배기의 일부 또는 전부는 추가 연소를 위해 GT로 전달되고 저품질 폐열은 GT 연료를 가열시키기 위해 더 이용된다.
도 3은 칠러를 구동하는 별도로 연료가 공급되는 엔진을 이용하는 보조 출력 증대 입구 칠링 시스템을 포함하는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기는 GT의 배기로 통합된다.
도 4는 연료가 공급되는 엔진의 배기를 이용하는 열 회수 스팀 발생기 가열 시스템을 갖는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 압축된 공기 및 연료가 공급되는 엔진의 배기는 모두 단순 또는 복합 사이클 플랜트가 작동되지 않는 동안 상기 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위해 이용된다.
도 5는 압축된 공기를 이용하는 급속 시동 시스템을 포함하는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 압축된 배기 및 압축된 공기의 혼합물은 단순 또는 복합 사이클 플랜트가 작동되지 않는 동안 상기 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위해 이용된다.
도 6은 터빈 냉공기 보충물을 갖는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 차가운 냉각 공기는 보조 압축기 및 연료가 공급되는 엔진에 의해 가스 터빈의 고압 냉각 순환로로 공급되고 연료가 공급되는 엔진의 배기는 가스 터빈의 배기에 추가된다.
도 7은 냉공기 보충물로 냉각되는 하류의 터빈 노즐을 갖는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 차가운 냉각 공기는 보조 압축기 및 연료가 공급되는 엔진에 의해 중압 냉각 순환로로 공급되고 연료가 공급되는 엔진의 배기는 GT의 배기에 추가된다.
도 8은 냉각 공기 보충물로 냉각되는 제1 터빈 노즐을 갖는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 차가운 냉각 공기는 보조 압축기 및 연료가 공급되는 엔진에 의해 가스 터빈의 제1 단계 노즐 냉각 순환로로 공급되고 연료가 공급되는 엔진의 배기는 GT의 배기에 추가된다.
도 9는 공기 및 스팀 분사로 급속 시동되는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 차가운 냉각 공기는 보조 압축기 및 연료가 공급되는 엔진에 의해 가스 터빈의 제1 단계 노즐 냉각 순환로, 고압 냉각 순환로 또는 중압 냉각 순환로로 공급되고, 연료가 공급되는 엔진의 배기는 가스 터빈이 작동되고 있을 때 출력 증대를 위한 스팀을 생산하기 위해 이용되고 압축된 공기 및 스팀은 가스 터빈이 작동되지 않을 때 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위해 이용된다.
도 10은 보조 압축기를 구동하는 복열된 연료가 공급되는 엔진을 갖는 보조 에너지 시스템을 포함하는, 연료 가열을 갖는 본 발명의 실시예의 개략도이며, 연료가 공급되는 엔진의 배기의 일부 또는 전부는 가스 터빈의 연료를 가열하기 위해 이용된다.
도 11은 551bs/sec 분사 (+5.5%)를 갖는 SW501FD2 에 대해 엔탈피-엔트로피 다이어그램의 온도-엔트로피 상에서 본 발명에 적용 가능한 유형의 가스 터빈 사이클을 도시한다.
도 12는 중간 냉각되는 압축기 공정과 비교하여 SW501FD2 압축기에 대해 공기를 대기 조건들로부터 증가된 압력으로 펌핑(pumping)하기 위해 필요한 단위 파운드 질량당 일의 비교를 도시한다.
본 발명의 일 태양은 가스 터빈 시스템들이 작동의 다양한 조건들 또는 모드들에서 더 효율적으로 작동하도록 하는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 낙함킨(Nakhamkin)의 미국 특허 제6,305,158호에서 논의된 것("'158 특허")과 같은 시스템에서, 정상 모드, 충전 모드, 및 공기 분사 모드로 정의된 세 개의 기본적인 작동 모드들이 있지만, 그것은 가스 터빈 시스템이 전달할 수 있는 "최대 정격 출력을 초과하는" 출력을 전달하기 위한 용량을 갖는 발전기에 대한 필요에 의해 제한된다. 이 특허가 10년보다 더 먼저 발행되었고 에너지 비용이 급격히 증가하는 시점에서 아직 그것에 대한 알려진 응용들이 없다는 사실은 그것이 시장의 요구들을 다루지 않는다는 증거이다.
먼저, 가스 터빈 시스템이 현재 전달할 수 있는 "최대 정격 출력을 초과하는" 출력을 전달할 수 있도록 발전기를 대체하고 업그레이드하는 것은 매우 비싸다.
다른 결점은 시스템이 연료 소비에 상당한 부정적 영향 없이 복합 사이클 플랜트에서 실시될 수 없다는 것이다. 요약된 실시들의 대부분은 단순 사이클 작동에서 공기를 가열하기 위해 복열기(recuperator)를 이용하며, 이것은 연료 소비 증가 이슈를 완화시키지만, 상당한 비용 및 복잡성을 추가한다. 아래 요약된 제안된 발명은 '158특허에 개시된 시스템의 비용 및 성능 부족들을 모두 다룬다.
본 발명의 일 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 작동이 전기 그리드와 독립적인 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기를 상기 연소기 케이스로 분사하는 단계를 포함하는,
가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 따뜻한 배기는 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 연료가 공급되는 엔진은 재킷 냉각 시스템을 포함하고, 재킷 냉각 시스템으로부터 제거된 열은 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진의 배기의 전부 또는 일부는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진으로 구동되는 압축 공정에 의해 생산된 가압된 공기는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
본 발명의 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여, 상기 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기 가스들의 일부 및 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기 및 배기 혼합물을 상기 연소기 케이스로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법 관한 것이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 따뜻한 배기는 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 연료가 공급되는 엔진은 재킷 냉각 시스템을 포함하고, 상기 재킷 냉각 시스템으로부터 제거된 열은 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 별도로 연료가 공급되는 엔진의 배기의 전부 또는 일부는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 증기 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진으로 구동되는 압축 공정에 의해 생산된 가압된 공기는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
본 발명의 또 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여, 상기 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기 가스들의 전부 및 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기 및 배기 혼합물을 상기 연소기 케이스로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법 관한 것이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 따뜻한 배기는 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 연료가 공급되는 엔진은 재킷 냉각 시스템을 포함하고, 상기 재킷 냉각 시스템으로부터 제거된 열은 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진의 배기의 전부 또는 일부는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진으로 구동되는 압축 공정에 의해 생산된 가압된 공기는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
본 발명의 또 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여, 오직 상기 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기 가스들만 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기 및 배기 혼합물을 상기 연소기 케이스로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 따뜻한 배기는 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 연료가 공급되는 엔진은 재킷 냉각 시스템을 포함하고, 상기 재킷 냉각 시스템으로부터 제거된 열은 연소기로 공급되는 연료를 예열하기 위해 이용된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진의 배기의 전부 또는 일부는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 연료가 공급되는 엔진으로 구동되는 압축 공정에 의해 생산된 가압된 공기는 가스 터빈이 작동되지 않을 때 열 회수 스팀 발생기 및/또는 터빈으로 열 입력을 제공하기 위해 전환된다.
또 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 냉각(refrigeration) 공정을 이용하여, 가스 터빈 입구 공기를 냉각하는 단계와,
(c) 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기를 상기 가스 터빈의 배기로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
또 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 냉각 공정을 이용하여 가스 터빈 입구 공기를 냉각하는 단계와,
(c) 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기를 상기 가스 터빈의 배기로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
또 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기를 로터 공기 냉각기 상류의 로터 냉각 공기 순환로로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 교대로 연료가 공급되는 엔진(alternately fueled engine)으로부터 나온 배기는 터빈의 배기로 배출된다.
또 다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기를 로터 공기 냉각기 하류의 로터 냉각 공기 순환로로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 교대로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기는 터빈의 배기로 배출된다.
다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기를 중압 냉각 순환로로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 교대로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기는 터빈의 배기로 배출된다.
다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기를 제1 단계 노즐 냉각 순환로로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 교대로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기는 터빈의 배기로 배출된다.
다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가압된 공기를 가스 터빈 냉각 순환로로 분사하는 단계와,
(d) 교대로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 열을 이용하여 생산된 스팀을 상기 터빈으로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 압축기를 이용하여 주위 공기를 가압하는 단계와,
(c) 상기 가스 터빈 시스템이 작동되지 않을 때 상기 가압된 공기를 상기 터빈으로 분사하는 단계를 포함하며,
상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전기 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 상기 가스 터빈 시스템이 작동되고 있는 동안 교대로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 열을 이용하여 생산된 스팀을 열 회수 스팀 발생기로 분사하는 단계를 포함하는,
가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
다른 실시예는
(a) 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 작동하는 단계와,
(b) 상기 가스 터빈 시스템이 작동되지 않는 동안 별도로 연료가 공급되는 엔진의 배기를 열 회수 스팀 발생기로 분사하는 단계를 포함하는,
가스 터빈 에너지 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 방법들을 수행하도록 구성된 장치 및 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 하나 이상의 추가 구성품들(예를 들어, 연료가 공급되는 엔진)에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 구성품들은 기존의 가스 터빈 시스템(1)과 함께 이용되는 것으로서 도 1에 도시되어 있다. 가스 터빈 시스템(1)은 압축기(10), 연소기(12), 연소기 케이스(14), 터빈(16) 및 발전기(18)를 포함한다. 연료를 연소와 같은 발열 반응을 통해 에너지로 전환하는 왕복 내연 엔진, 가스 터빈, 또는 유사한 기계인, 연료가 공급되는 엔진(151)이 주위 공기(115) 및/또는 냉각된 배기(154)를 압축하고 압축된 공기/배기(117)를 배출하는 다단계 중간 냉각 보조 압축기(116)를 구동하기 위해 이용된다. 당해 분야의 통상의 기술자는 용이하게 이해하는 것과 같이, 보조 압축기에서 공기/배기가 하나의 압축기 단계에서 다음으로 통과하는 동안에, 공기는 그 다음 압축기 단계에서 공기를 압축하기 위해 필요한 일을 감소시키기 위해, 냉각 탑과 같은 열교환기를 이용함으로써 중간 냉각된다. 그렇게 하는 것은 보조 압축기(116)의 효율을 증가시키며, 그것을 가스 터빈 시스템(1)의 압축기(10)보다 더 효율적으로 만든다.
이 실시예는 연료가 공급되는 엔진(151)으로부터 나온 배기 가스(152) 및 보조 압축기(116)로부터 나온 압축된 공기/배기(117)를 수용하는 열교환기인, 복열기(144)를 더 포함한다. 복열기(144) 내에서, 뜨거운 배기 가스(152)는 압축된 공기/배기(117)를 가열시키고 그 다음 실질적으로 더 차가운 배기 가스(153)로서 복열기(144)를 떠난다. 동시에 복열기(144)에서, 압축된 공기/배기(117)는 배기 가스(152)로부터 열을 흡수하고 그 다음 복열기(144)에 들어갈 때보다 실질적으로 더 뜨거운 압축된 공기/배기(118)로서 복열기(144)를 떠난다. 실질적으로 더 뜨거운 압축된 공기/배기(118)는 그 다음 가스 터빈 시스템(1)의 연소 케이스(14)로 배출되며, 연소기(12) 및 터빈(16)을 통한 질량 유량에 추가된다.
복열기(144)로부터 배출된 따뜻한 배기 가스(153)는 따뜻한 배기 가스(153)의 일부 또는 전부를 추가 냉각하기 위한 냉각탑(130)으로 향하게 하는 밸브(161)로 들어간다. 차가운 배기 가스(154)는 보조 압축기(116)의 입구로 들어간다. 또한 추가 주위 공기(115)가 보조 압축기(116)의 입구에 추가될 수 있다. 밸브(161)에 의해 냉각탑(130)으로 전환되지 않은 임의의 따뜻한 배기 가스(153)는 대기로, 연료 가열 시스템으로, 또는 GT 배기(22)로 배출될 수 있다.
본 발명의 부분적인 배기 재순환 시스템은 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배출물들을 감소시키는 반면, 100% 배기 재순환 시스템은 배출물들의 발생원으로서의 상기 별도로 연료가 공급되는 엔진을 제거시킨다. 이것은 기존의 가스 터빈의 배기 정화 시스템이 이용될 수 있어서 프로젝트에 대한 잠재적인 비용을 제거시켜서 비용을 감소시키는 것뿐만 아니라 이유들을 허용하기 위해 매우 도움이 될 수 있다.
가솔린, 디젤, 천연 가스, 또는 바이오 연료 및 유사한 왕복 엔진들이 배압에 상대적으로 둔감하여서 연료가 공급되는 엔진(151) 상에 복열기(144)를 부착하는 것이 연료가 공급되는 엔진(151)의 성능에 상당히 측정 가능한 영향을 야기하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 도 11은 TS 또는 HS (엔탈피-엔트로피의 온도-엔트로피) 다이어그램 상의 가스 터빈 사이클을 도시한다. 온도와 엔탈피는 서로 비례하기 때문에(Cp), 14.7psi 주위 압력(P10)과 압축기 배출 압력("CDP") 과정 사이의 수직 거리는 공기를 CDP까지 펌핑하는데 필요한 압축기 일을 나타낸다. 점선(P11)은 218.1 psi인, 분사가 없는 압축기 배출 압력을 도시하는 반면, 파선(P12)은 230.5 psi인, 분사가 있는 압축기 배출 압력을 도시한다. 압축기 배출 압력은 증가된 압축 압력비 때문에 압축된 공기 분사가 없는 770F(P13)로부터 압축된 공기 분사가 있는 794F(P14)로 증가한다. 이 추가의 24F는 공기를 2454F 착화 온도(firing temperature)까지 가열하기 위해 필요한 연료보다 1% 더 적어지는 결과가 되고, 또한 압축기 일에서 (압축된 공기 분사가 없는 압축기 일(P15)과 비교하여) +1.3% 증가, 또는 3.5MW의 결과가 된다. 온도(및 대응하는 엔탈피)는 대략 750F로부터 영국 열량 단위("BTU")로 연료 입력을 나타내는, "착화 온도"(P16)인, 대략 2454F의 터빈 입구 온도("TIT")까지 상승한다. 오른쪽 측 상의 CDP(P11,P12)로부터 14.7psi(P10)까지의 수직 거리는 압축기 일(P15)의 대략 2배인, 터빈 일(P17)을 나타낸다. 배기 온도는 분사함에 따라 더 높은 팽창기(expander) 압력비 때문에, 987F(P18)로부터 967F(P19)로 하락한다(20F의 감소, 또는 공기의 단위 lb당 출력의 +.81% 이상, 또는 베이스 유동에서 +4.7MW).
도 12는 대기 조건들(14.7 psi)로부터 CDP보다 약간 더 높은 압력(230 psi)으로 공기를 펌핑하여 CDP 플레넘으로 배출될 수 있도록 필요한 단위 파운드 질량당 일의 비교를 도시한다. 볼 수 있는 바와 같이, 파선 곡선은 단계별 대략 2.45 압력비를 갖는 3 단계 중간 냉각 압축기를 나타낸다 (제1 단계 이후 36psi 및 제2 단계 이후 92psi, 제3 단계 이후 230psi). 중간 냉각 공정(P20)을 이용하여 공기의 1 lbm을 압축하기 위한 일은 유사한 단계의 압축 효율을 고려해도 중간 냉각하지 않는 압축기보다 상당히 더 적다. 현실적으로, 각각의 단계에서 중간 냉각기 압력 손실들 및 공기를 GT에 효과적으로 분사하기 위해 공기가 CDP보다 더 높은 압력으로 펌핑되어야 한다는 사실 때문에, 도 12에서 의미하는 것보다 더 많은 일이 요구된다. 그러나, 단위 파운드 기초로 이러한 고려 사항들을 고려해도, 중간 냉각 압축기는 터빈 사이클용 공기를 압축하기 위해 GT에 의해 요구되는 일(P21) 보다 더 적은 출력을 이용한다.
도 2는 도 1의 실시예를 도시하며, 연료 가열은 연료 가열기(201)에서 연료를 가열하기 위해 따뜻한 배기(153)를 이용함으로써 수행된다. 이것은 연료 가열이 압축기(10) 배출 공기를 터빈 입구 온도까지 상승시키기 위해 필요한 BTU 연료 입력을 감소시킴에 따라 GT에 의해 요구되는 연료(24)량이 감소되어 발전소의 효율을 개선시킨다.
도 3은 출력 증대를 위해, 대체 기술인 입구 칠링 시스템(401)을 활용한다. 입구 칠링은 방열기(405)에서 순환되는 유체를 냉각시키기 위해 이용되는 차가운 냉매를 제공함으로써 작동된다. 냉각된 유체(403)는 방열기(405)로 들어가고 냉공기(402)가 GT의 입구로 배출되어 GT 사이클을 더 효율적이게 하고 더 많은 출력을 생산하게 하도록 방열기(405)를 통과하는 가스 터빈 입구 공기(20)를 냉각시킨다. 냉각 유체는 그 다음 들어갈 때보다 더 따뜻해져서 방열기(405)로부터 배출(404)되고 칠러 시스템(401)은 그 유체를 다시 냉각시킨다. 통상적으로 이러한 시스템들은 플랜트가 추가 출력을 만들기 위해 노력하는 동시에 많은 기생 부하를 상기 플랜트에 배치하며, 상당한 열 소비율 불이익으로 전환되는, 전기 모터들에 의해 구동된다. 별도로 연료가 공급되는 엔진이 칠러를 구동하기 위해 이용될 때, 기생 부하는 제거된다. 효율적인 천연 가스 왕복 엔진들의 도래, 현재의 인기 및 발전으로, 왕복 엔진으로부터 나온 배기는 스팀 터빈을 위해 HRSG에서 추가 스팀을 만들기 위해 가스 터빈 배기들로 추가될 수 있다. 이러한 추가 스팀의 일부 또는 전부는 또한 추출될 수 있고 원하면 출력 증대를 위해 스팀 분사로서 이용될 수 있다. 이러한 특징들은 모두 복합 사이클 플랜트에 상당한 효율 개선들이다. 단순 사이클 플랜트들에서, 보조 보일러(도시되지 않음)는 출력 증대가 되는 GT로의 스팀 분사를 위해 이용될 수 있는 스팀을 생산하기 위해 뜨거운 배기(352)를 이용할 수 있다.
도 4는 도 1의 대체 실시예를 도시하며, 밸브(501)는 별도로 연료가 공급되는 엔진(151)의 배기(152)에 배치되며, 배기(502)를 엔진(151)으로부터 복합 사이클 플랜트의 HRSG(503)로 전환시키며, 이것은 더 신속한 시동 시간이 가능하도록 시스템을 예열하거나 따뜻하게 유지하기 위해 이용된다. 이 시스템이 작동될 때, 유압 또는 기계적 클러치(504)가 연료가 공급되는 엔진(151)의 샤프트를 압축기(116)로부터 분리하여 압축기가 작동하지 않도록 하기 위해 이용된다.
도 5는 도 4와 매우 유사하지만, 보조 압축기(116)용 클러치는 제거되고 압축기(116)는 복열기(114)를 통해 HRSG(503)로 압축된 공기/배기 혼합물(602)을 제공하고 그리고/또는 가스 터빈으로 압축된 공기/배기 혼합물(118)을 제공한다. 이것은 가압된 공기/배기 혼합물이 상대적으로 저압 공기/배기 혼합물보다 영역들에 흐르도록 더 쉽게 보내질 수 있기 때문에 도 4에 도시된 저압 배기보다 유리할 수 있다. 추가로, 별도로 연료가 공급되는 엔진(151)은 가열 목적들을 위해 바람직할 수 있는 더 뜨거운 배기 온도들을 생산할 것이다. 이 구성은 저압이지만, 매우 높은 온도의 배기(도시되지 않음)가 더 뜨거운 온도 공기를 활용할 수 있는 GT 및 HRSG(503)의 영역들을 예열하기 위해 이용될 수 있고, 더 낮은 온도의 압축된 공기/배기가 더 차가운 온도 공기를 활용할 수 있는 터빈 및 HRSG (503)의 영역들에서 이용될 수 있는 방식으로 변경될 수 있다.
도 6은 공기가 보통 가스 터빈(601)에 의해 공급되고 로터 공기 냉각 시스템(155)에서 공기 또는 스팀에 의해 냉각되는 냉각된 냉각 공기(602)를 대체하기 위해 이용되기 때문에 압축된 공기(117)가 가열되는 것이 요구되지 않기 때문에 압축된 공기를 가스 터빈 시스템(1)으로 분사하기 위한 단순화된 접근법이다. 예를 들어, 지멘스 웨스팅하우스 501F, 501D5, 및 501B6 엔진의 정상 작동 하에서, 압축기(10)에 의해 압축된 공기의 대략 6.5%는 직경이 대략 20"인, 단일 대형 파이프를 통해 압축기 배출 플레넘(14)으로부터 추출된다(601). 추출 공기(601)는 대략 200-250psi 및 650-750F이다. 이 뜨거운 공기는 공기 또는 스팀이 추출 공기(601)를 냉각하기 위해 이용되는 로터 공기 냉각 시스템(155)으로 들어간다. 열은 대기(603)로 배출되고 공기가 추출 공기(601)를 냉각하기 위해 이용될 때 제거된다. 그러나, 만약 스팀이 추출 공기(601)를 냉각하기 위한 냉매로서 이용된다면, 열은 추출 공기(601)로부터 스팀으로 전달되고, 그렇게 함으로써 스팀의 엔탈피를 증가시키고, 스팀은 스팀 사이클에서 이용될 수 있다. 두 케이스들에서, 어떠한 열도 전혀 배출되지 않는다면 가스 GT(1) 사이클의 효율이 개선된다. 차가운 가압된 공기(117)를 로터 공기 냉각기(155)의 상류(601) 또는 하류(602)에 분사함으로써, 버려진 열(603)은 최소화되거나 제거될 것이어서, GT(1) 사이클 효율을 개선시키는 동시에 연소기(12) 섹션 및 터빈 섹션(16)을 통해 공기의 질량 유량을 효과적으로 증가시킨다. 대부분의 가스 터빈들은 도 7에 도시된 바와 같이 감소된 압력들이 요구되는 터빈의 나중 단계들을 냉각하기 위해 이용되는 전용 중간 압력 압축기 추출들(701)을 갖는다. 또한, 모든 가스 터빈들은 도 8에 도시된 바와 같이 압축기 배출 래퍼(wrapper)(14) (또는 연소기 케이스)에 있는, 제1 베인 냉각 순환로에 사용 가능한 가장 높은 압력을 공급한다. 분사 위치, 도 6에 도시된 바와 같은 로터 냉각 공기, 도 7에 도시된 바와 같은 중간 압력 냉각 또는 도 8에 도시된 바와 같은 제1 베인 냉각에 따라, 서로 다른 압력들이 요구된다. 이러한 압력들은 중간 냉각 보조 압축기(116)의 출구에 의해 또는 더 낮은 압력 용도들을 위한 중간 냉각 보조 압축기(116)의 이전 단계들로부터 공급될 수 있다. 모든 케이스들에서, 분사의 이러한 유형은 공기를 가열하기 위해 복열(recuperation)을 조금 활용하거나 (도시되지 않음) 전혀 활용하지 않기 때문에, 별도로 연료가 공급되는 엔진의 배기(152)는 복합 사이클 플랜트를 위한 배기 에너지를 증가시키기 위해 도시된 바와 같이 가스 터빈 배기(22)에 추가될 수 있다. 만약 본 발명의 파워 부스트 시스템이 단순 사이클 플랜트에 위치된다면, 뜨거운 배기(152)는 도 9에 도시된 바와 같이 가스 터빈(903)으로 분사하기 위한 스팀을 만들기 위해 패키지화된 보일러(901)에서 활용될 수 있다. (본 발명이 불리는 바와 같은) 터보페이즈(TurboPHASE) 패키지는 모듈식이 되는 것으로 의도되기 때문에, 피크 시기가 아닌 동안 터보페이즈 모듈식 패키지는 시동 시간 요구조건을 감소시키기 위해 가압된 뜨거운 공기(117)로 가스 터빈을 따뜻하게 유지하고 스팀 순환으로 스팀 터빈/HRSG(503)를 따뜻하게 유지하기 위해 작동될 수 있도록 유닛들 중 적어도 하나 상에 패키지화된 보일러(901)를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
저품질 열을 포함함으로써 달성될 수 있는 추가의 효율 개선들이 있다. 도 10에서 예를 들어, 가스 터빈 연료 입력(24)은 연료가 공급되는 엔진의 재킷 냉각 시스템(1011 및 1012)으로부터 나온 열로 예열(1023)될 수 있다. 이것을 행함으로써, 플랜트 냉각 요구조건들은 감소될 것이고 가스 터빈 연료는 연료 가열기(201)로 들어가기 전에 예열(1023)될 수 있어서, 소정의 연료 온도를 달성하기 위한 열 입력이 적게 요구되고, 또는 더 높은 연료 온도가 달성될 수 있다. 또한 도 10은 복열기(144)로부터 나온 배기(153)가 GT로 분사되기 전의 가스 터빈 연료(1024)로 최종 열을 추가하기 위해 이용되는 다른 실시예를 도시한다. 이 경우, 교대로 연료가 공급되는 엔진(151)의 배기 가스(153)는, 연료 가열기(201)를 통과하고 배출된 후(1002), 상대적으로 차갑다.
본원에 설명되고 상세히 설명된 특정 시스템들, 구성품들, 방법들, 및 장치들은 발명의 이점들 및 상술한 목적들을 완벽하게 달성할 수 있지만, 이것들은 발명의 현재 바람직한 실시예들이고 따라서 본 발명에 의해 광범위하게 고려되는 주제(subject matter)의 대표라는 것이 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백해질 수 있는 다른 실시예들을 충분히 포괄하고, 본 발명의 범위는 청구항에서 다르게 기술되지 않는 한, 단수형인 요소는 "하나 이상"을 의미하고 "하나 그리고 오직 하나"를 의미하지 않는다는 것을 참조로, 따라서 단지 첨부된 청구항들에 의해서만 제한된다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 변경들 및 변형들이 위의 사상들에 의해 커버되고 본 발명의 사상 및 의도된 범위를 벗어나지 않고 첨부된 청구항들의 범위 내에 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (9)

  1. 가스 터빈 에너지 시스템에서 사용하기 위한 뜨거운 압축 공기를 발생시키는 장치이며, 상기 장치는,
    다단계 중간 냉각 압축기,
    전기 그리드와 독립적으로 작동하고, 상기 다단계 중각 냉각 압축기에 연결된 연료가 공급되는 엔진,
    상기 연료가 공급되는 엔진 및 상기 중난 냉각 압축기에 유체 연통하는 복열기,
    상기 복열기를 상기 가스 터빈 에너지 시스템에 연결하는 출구 파이프를 포함하고,
    상기 연료가 공급되는 엔진의 배기로부터 나온 열은 상기 다단계 중간 냉각 압축기로부터 나온 압축 공기를 가열하여 뜨거운 압축 공기를 생산하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출구 파이프와 상기 가스 터빈 에너지 시스템 사이에 밸브를 더 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료가 공급되는 엔진을 위한 공기는 상기 가스 터빈 에너지 시스템에 의해 압축되지 않는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중간 냉각 압축기를 위한 공기는 상기 가스 터빈 에너지 시스템에 의해 압축되지 않는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료가 공급되는 엔진은 왕복 엔진 또는 가스 터빈 엔진인, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복열기는 상기 복열기로 들어오는 압축 공기보다 높은 온도를 갖는 뜨거운 압축 공기를 생산하는, 장치.
  7. 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 방법이며,
    서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 단계와,
    상기 연료가 공급되는 엔진에 의해 구동되는 보조 냉각 공정을 이용하여 입구 공기를 냉각하는 단계와,
    상기 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기를 상기 가스 터빈 에너지 시스템의 배기 영역으로 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 연료가 공급되는 엔진의 작동은 전력 그리드와 독립적인, 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 방법.
  8. 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 방법이며,
    서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 단계와,
    교대로 연료가 공급되는 엔진에서 발생한 열로부터 스팀을 생산하는 단계와,
    상기 가스 터빈 에너지 시스템이 작동하지 않는 동안, 상기 스팀을 열 회수 스팀 발생기로 분사하는 단계를 포함하는, 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 방법.
  9. 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 방법이며,
    서로 유동적으로 연결된 압축기, 연소기 케이스, 연소기, 및 터빈을 포함하는 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 단계와,
    상기 가스 터빈 에너지 시스템이 작동하지 않는 동안, 별도로 연료가 공급되는 엔진으로부터 나온 배기를 열 회수 스팀 발생기로 분사하는 단계를 포함하는, 가스 터빈 에너지 시스템을 작동하는 방법.
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