(57)【要約】【課題】ガスタービン出力を増強するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】ガスタービン出力を増強するためのシステムは、圧縮空気供給装置と、前記圧縮空気供給装置と流体連通する圧縮空気貯蔵プレナムとを含む。前記圧縮空気貯蔵プレナムは、後で使用するために前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気を貯蔵するように構成される。本システムは更に、前記ガスタービンの入口に封止結合された入口プレナムを含む。前記入口プレナムは、ガスタービンの増強運転の際に前記圧縮空気貯蔵プレナムから圧縮空気を前記圧縮機の入口へ導くように前記圧縮空気貯蔵プレナムと流体連通する。【選択図】図２
2014206162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの性能を向上させるためのシステムであって、
圧縮空気供給装置と、
前記圧縮空気供給装置と流体連通する圧縮空気貯蔵プレナムであって、後で使用するために前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気を貯蔵するように構成されている圧縮空気貯蔵プレナムと、
ガスタービンの入口に封止結合された入口プレナムであって、ガスタービンの増強運転モードの際に前記圧縮空気貯蔵プレナムから圧縮空気を圧縮機の入口へ通すように、前記圧縮空気貯蔵プレナムと流体連通する入口プレナムと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記入口プレナムは、加圧できるように封止されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記圧縮空気貯蔵プレナムは、地下の地質学的に形成された空洞、地下の圧力容器及び地上の圧力容器の内の少なくとも１つを有する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記圧縮空気供給装置は、前記ガスタービンに流体結合された圧縮機を有し、前記ガスタービン入口が前記圧縮機の入口に対応する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
更に、前記圧縮空気供給装置と前記圧縮空気貯蔵プレナムとの間に設けられた抽出空気流路、及び前記圧縮空気貯蔵プレナムと前記入口プレナムとの間に設けられた入口加圧流路を有する請求項１記載のシステム。
【請求項６】
更に、前記抽出空気流路及び前記入口加圧流路の内の少なくとも一方の中に配置された少なくとも１つの流れ調整装置を有する請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記入口プレナムは、前記圧縮空気によって、周囲の大気圧よりも大きい圧力まで加圧される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記入口プレナムは少なくとも１．０バールの圧力に加圧される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
入口プレナムと、前記入口プレナムより下流にあって、少なくとも１つの抽出ポートを含む圧縮機と、前記圧縮機より下流の燃焼器と、前記燃焼器より下流のタービンと、前記タービンより下流の排気部分とを持つガスタービンであって、更に
前記圧縮機と流体連通する圧縮空気貯蔵プレナムと、
ガスタービンの増強運転モードの際に前記入口プレナムを加圧するために前記入口プレナムが前記圧縮空気貯蔵プレナムから圧縮空気を受け取るように、前記圧縮空気貯蔵プレナムと前記入口プレナムとの間を流体連通させる入口加圧流路と、
を有するガスタービン。
【請求項１０】
前記圧縮空気貯蔵プレナムは、地質学的に形成された圧縮空気貯蔵空洞及び圧力容器の内の少なくとも１つを有する、請求項９記載のガスタービン。
【請求項１１】
更に、前記圧縮機から前記圧縮空気貯蔵プレナムへ圧縮空気を導くために、前記抽出ポートと前記圧縮空気貯蔵プレナムとの間に設けられた抽出空気流路を有する請求項９記載のガスタービン。
【請求項１２】
更に、前記圧縮機と前記入口プレナムとの間を流体連通させるための少なくとも１つの抽出空気流路を有する請求項１１記載のガスタービン。
【請求項１３】
更に、前記圧縮空気貯蔵プレナムから前記入口プレナムへ圧縮空気を導くために、前記圧縮空気貯蔵プレナムと前記入口プレナムとの間に設けられた入口加圧流路を有する請求項９記載のガスタービン。
【請求項１４】
更に、前記燃焼器、前記タービン及び前記排気部分の内の少なくとも１つと前記入口プレナムとの間を流体連通させるための１つ以上の二次抽出空気流路を有する請求項９記載のガスタービン。
【請求項１５】
更に、１つ以上の二次抽出空気流路の内の少なくとも１つの中に配置された少なくとも１つの流れ調整装置を有する請求項９記載のガスタービン。
【請求項１６】
更に、前記燃焼器、前記タービン及び前記排気部分の内の少なくとも１つと前記圧縮空気貯蔵プレナムとの間を流体連通させる１つ以上の二次抽出空気流路を有する請求項９記載のガスタービン。
【請求項１７】
ガスタービンを運転するための方法であって、
ａ）ガスタービンの圧縮機内で空気を圧縮して、該圧縮空気をガスタービンの加圧運転モードの際に圧縮空気貯蔵プレナムへ導く段階と、
ｂ）前記圧縮機の入口よりも上流に配置された入口プレナムへ前記圧縮空気を導く段階と、
ｃ）前記入口プレナムを前記圧縮空気で加圧する段階と、
ｄ）ガスタービンの増強運転モードの際に前記入口を通って前記圧縮機へ前記圧縮空気を導く段階と、
を有する方法。
【請求項１８】
前記入口プレナムは少なくとも１．０バールに加圧される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
更に、加圧運転モードの際に前記圧縮機から前記入口プレナムへ直接に前記圧縮空気の一部分を導く段階を有する請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
更に、加圧運転モードの際に二次抽出空気流路から前記圧縮空気貯蔵プレナム及び前記入口プレナムの内の少なくとも１つへ過剰な圧縮空気の一部分を導く段階を有する請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、ガスタービンの性能を増強するためのシステム及び方法に関する。より詳しく云えば、本発明は、ガスタービンの入口プレナムを加圧するためのシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
典型的な動力発生プラントは、複数の燃焼器へ圧縮空気を供給する軸流圧縮機を持つガスタービンを含む。圧縮空気は燃料と混合されて、各燃焼器内に可燃性混合気を形成する。該混合気は燃焼して、急速に膨張する高温ガスを生成する。高温ガスは高温ガス通路を通って膨張タービンに導かれる。
【０００３】
高温ガスがタービンを通って流れるにつれて、運動エネルギが、ガスタービンを軸方向に通って延在するシャフトに結合された１つ以上の列又は段のタービン羽根へ伝達されて、シャフトを回転させる。高温ガスはガスタービンから排出ガス・ディフューザを通って排出される。シャフトは圧縮機を駆動して、ガスタービンの運転を維持する。発電機／電動機が、圧縮機の入口より上流でシャフトに結合される。発電機はシャフトの回転運動を電気へ変換する。発電機／電動機はガスタービンの起動中に圧縮機を駆動する。
【０００４】
ガスタービンは吸気エンジンであるので、ガスタービンの出力は、圧縮機に入る空気の密度に影響を与えるものによって影響を受ける。例えば、周囲空気温度、気圧（すなわち、現地の標高）及び相対湿度のような動力プラント設置場所の条件が、全ガスタービン出力に影響する。ガスタービンは一般に、約５９°Ｆの基準温度、約１４．７ｐｓｉａの周囲圧力及び約６０％の相対湿度で運転するように設計される。しかしながら、一日中又は一年を通じてこのような基準条件を満たす動力プラント設置場所は少ない。更に、殆どの設置場所は、空気濾過装置、消音装置、蒸発冷却器又は冷却装置を圧縮機の入口に配置することを必要とし、これにより、ガスタービン・システム内で圧力損失が生じる。その結果、ガスタービンの出力が減少する。
【０００５】
基準外の温度及び圧力の運転条件に対処するために動力プラントの効率を増大し／最適化する様々なシステムが用いられている。例えば、１つのこのようなシステムは、特にピーク運転／需要の際に、地下空洞又は他の格納容器のような圧縮空気貯蔵システムからガスタービンの燃焼部へ圧縮空気を注入する。一般に、圧縮空気貯蔵システムは、オフ・ピーク運転期間中に電動機によって駆動される二次圧縮機からの圧縮空気で充填され又は加圧される。このシステムの問題は、圧縮空気貯蔵システムを加圧するために別個の圧縮システムを据え付けて維持するための余分なコストが掛かることである。
【０００６】
ガスタービンの燃焼部への圧縮空気注入を利用することによって全動力プラント出力が増大し且つ全熱量が減少するが、オペレータは、動力プラント出力を更に増大すると同時にコストを低減するための新規な方法を探し続けている。従って、全動力プラント効率を増大し又は改善するための改良システム及び方法があれば有用であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８０１１１８９号
【発明の概要】
【０００８】
本発明の様々な面及び利点は、以下に記載し、又は以下の記載から明らかであり、或いは本発明の実施を通じて習得することができよう。
【０００９】
本発明の一実施形態は、ガスタービン出力を増強するためのシステム（ガスタービン出力増強システム）であり、本システムは、圧縮空気供給装置と、前記圧縮空気供給装置と流体連通する圧縮空気貯蔵プレナムとを含む。前記圧縮空気貯蔵プレナムは、後で使用するために前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気を貯蔵するように構成される。本システムは更に、前記ガスタービンの入口に封止結合された入口プレナムを含む。前記入口プレナムは、ガスタービンの増強運転の際に前記圧縮空気貯蔵プレナムから圧縮空気を前記圧縮機の入口へ導くように前記圧縮空気貯蔵プレナムと流体連通する。
【００１０】
本発明の別の実施形態はガスタービンである。ガスタービンは、一般に、入口プレナムと、前記入口プレナムより下流の圧縮機と、前記圧縮機より下流の燃焼器と、前記燃焼器より下流のタービンと、前記タービンより下流の排気部分とを含む。前記圧縮機は少なくとも１つの抽出ポートを含む。圧縮空気貯蔵プレナムが前記圧縮機と流体連通し、また、ガスタービンの増強運転モードの際に前記入口プレナムを加圧するために前記入口プレナムが前記圧縮空気貯蔵プレナムから圧縮空気を受け取るように、前記圧縮空気貯蔵プレナムと前記入口プレナムとの間を流体連通させる入口加圧流路が設けられる。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンを運転するための方法を含む。本方法は、ガスタービンの圧縮機内で空気を圧縮して、該圧縮空気をガスタービンの加圧運転モードの際に圧縮空気貯蔵プレナムへ導くことを含む。本方法は更に、前記圧縮機の入口よりも上流に配置された入口プレナムへ圧縮空気を導いて、前記入口プレナムを前記圧縮空気で加圧することを含む。前記方法は更に、ガスタービンの増強運転モードの際に前記入口を通って前記圧縮機へ前記圧縮空気を導くことを含む。
【００１２】
当業者には、明細書を精査すれば、このような実施形態及び他の実施形態の様々な特徴及び側面をより良く理解されよう。
【００１３】
以下の記載では、当業者を対象として、最良の実施形態を含む本発明の完全で実現可能な開示を、添付の図面を参照してより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明を用いることのできる模範的なガスタービンの概略動作系統図である。
【図２】図２は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、図１に示されているようなガスタービンの出力を増強するためのシステム（ガスタービン出力増強システム）の概略動作系統図である。
【図３】図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、通常運転モードの際のガスタービン及びガスタービン出力増強システムの概略動作系統図である。
【図４】図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、加圧運転モードの際の、図３に示されているようなガスタービン及びガスタービン出力増強システムの概略動作系統図である。
【図５】図５は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、増強運転モードの際の、図３に示されているようなガスタービン及びガスタービン出力増強システムの概略動作系統図である。
【図６】図６は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従った、制御装置を含む、図３に示されているようなガスタービン及びガスタービン出力増強システムの概略動作系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に本発明の様々な実施形態について詳しく説明するが、その内の１つ以上の例を図面に示す。詳しい説明では、図面中の特徴部分を表すために英数字表示を用いている。図面及び明細書中の同様な英数字表示は、本発明の同様な部品を表すために用いている。本書で用いられる用語「第１」、「第２」及び「第３」は、一構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置や重要性を表しているものではない。更に、用語「上流」及び「下流」は、流体経路内の構成要素の相対的な位置を表す。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂへ流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂよりも上流にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体の流れを受け取る場合、構成要素Ｂは構成要素Ａよりも下流にある。
【００１６】
各々の例は本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。実際に、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく本発明に様々な修正及び変更を為し得ることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示し説明した特徴を別の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作成することができる。従って、本発明は、このような修正及び変更を「特許請求の範囲」の記載及びその等価な内容の範囲内に入るものとして包含するものとする。
【００１７】
本発明の様々な実施形態は、ガスタービンの出力及び／又は性能を向上させ及び／又は増強するためのシステム及び方法を含む。本システムは、一般に、ガスタービンの圧縮機の入口よりも上流に配置された入口プレナムを含む。入口プレナムは１つ以上のドア又はハッチを含み、それらは、ガスタービンの様々な運転モードの際に閉じて、入口プレナムを周囲環境から封止することができる。本システムは更に、圧縮機と圧縮空気貯蔵プレナムとの間を流体連通させる抽出空気流路を含む。圧縮空気貯蔵プレナムと入口プレナムとの間を流体連通させる入口加圧流路が設けられる。特定の実施形態では、圧縮空気貯蔵プレナムは、地質学的に形成された空洞及び／又は製造された圧力容器によって少なくとも部分的に画成することができる。
【００１８】
オフ・ピーク運転の際、電動機又は発電機のような他の装置により、圧縮機を駆動して、圧縮空気を生成することができる。圧縮空気の一部分は圧縮機から抽出されて、抽出空気流路を通って圧縮空気貯蔵プレナムへ導かれる。圧縮機からの抽出場所は、外部の圧縮機による更なる圧縮を行うことなく、圧縮空気を圧縮空気貯蔵プレナムへ導くのに必要な圧力に基づいて、決定することができる。例えば、相対的に出口に近い又は燃焼器に近い圧縮機の場所又は段で抽出すると、結果として、圧縮機の入口に近い場所で抽出するよりは相対的に高い圧力の圧縮空気が得られる。
【００１９】
様々なガスタービン運転条件又はモードの際に、入口プレナムの１つ以上のドア又はハッチは閉じられて、入口プレナムを封止する。圧縮空気貯蔵プレナムからの圧縮空気は入口加圧流路に沿って流れて、入口プレナムに注入又は供給され、これによって入口プレナムを加圧する。次いで、圧縮空気は、加圧された入口プレナムから圧縮機の入口へ導かれる。その結果、周囲入口空気を様々な濾過又は他の調整装置に通すことに伴って通常生じる圧力損失が低減又は除かれ、これにより圧縮機を通る圧力を増大させ且つ圧縮機、ガスタービン及び／又は動力プラント設備の全体の性能を向上させる。
【００２０】
次に図面について説明すると、図面全体を通じて同じ参照数字は同じ要素を表すが、図１は、本発明の様々な実施形態を取り入れることのできる模範的なガスタービン１０の機能ブロック図である。図示のように、ガスタービン１０は一般に入口部分１２を含み、これは、ガスタービン１０に入る作動流体（例えば、空気）１４を浄化し且つその他の態様で調整するために、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又は他の装置を含むことができる。作動流体１４は圧縮機部分へ流れ、該圧縮機部分では、圧縮機１６が作動流体１４に漸進的に運動エネルギを与えて、高エネルギ状態の圧縮作動流体１８を生成する。
【００２１】
圧縮作動流体１８は燃料供給装置２２からの燃料２０と混合されて、１つ以上の燃焼器２４内に可燃性混合気を形成する。可燃性混合気は燃焼して、高い温度及び圧力を持つ燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６はタービン部分のタービン２８を通って、仕事を生成する。例えば、タービン２８はシャフト３０に接続することにより、タービン２８の回転が圧縮機１６を駆動して圧縮作動流体１８を生じるようにすることができる。この代わりに又はこれに加えて、シャフト３０は、電気を発生するための発電機３２にタービン２８を接続することができる。タービン２８からの排出ガス３４は、タービン２８よりも下流にある排気筒３８にタービン２８を接続する排気部分３６を通って流れる。排気筒３８は、環境への排出ガス３４の流れを制御するためにガスタービン１０の様々な運転モードの際に開放又は閉成することのできる排気キャップ又はハッチ４０を含むことができる。排気部分３６は、例えば、環境へ放出する前に排出ガス３４を浄化し且つ排出ガス３４から付加的に熱を抽出するための熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００２２】
図２は、ガスタービン１０の性能を向上させ及び／又は増強するためのシステム５０の機能ブロック図を示す。図２に示されているように、システム５０は、一般的に、圧縮空気５４の流れを少なくとも１つの圧縮空気貯蔵プレナム５６（本書では、「貯蔵プレナム５６」とも呼ぶ）へ供給するための圧縮空気供給装置５２と、圧縮機１６の入口６０に封止係合される入口プレナム５８とを含む。ここで、本書で用いられる用語「通常モード」とは、ガスタービン１０の圧縮機１６の入口６０へ入る空気が周囲の大気圧である場合のガスタービン１０の運転モードに対応する。また用語「加圧モード」とは、ガスタービン１０の圧縮機１６のような圧縮空気供給装置が電動機などの装置によって駆動されて圧縮空気５４を発生する場合のシステム５０の運転モードに対応する。また用語「増強モード」とは、圧縮空気５４が周囲の大気圧よりも高い圧力で入口プレナム５８から圧縮機１６の入口６０へ入る場合のシステム５０の運転モードに対応する。
【００２３】
一実施形態では、圧縮空気供給装置５２はガスタービン１０の圧縮機１６を含む。圧縮機１６は、一般に、入口６０よりも下流に配置された出口６２を含む。抽出ポート６４が圧縮機１６から外への流体連通のために設けられる。抽出ポート６４は、入口６０と出口６２との間で圧縮機１６に沿った任意の軸方向位置に配置することができる。抽出ポートの位置は、外部の圧縮機からの更なる圧縮を行わずに圧縮空気５４を貯蔵プレナム５６へ供給するのに必要とされる圧力に基づいて決定することができる。
【００２４】
一実施形態では、抽出空気流路６６が抽出ポート６４と貯蔵プレナム５６との間に設けられる。抽出空気流路６６は圧縮機１６と貯蔵プレナム５６との間を流体連通させる。抽出空気流路６６は、パイプ、弁及び／又は流れ分配マニホルドのような１つ以上の流体継手によって少なくとも部分的に画成することができる。特定の実施形態では、絞り弁、復熱装置、熱交換器又は冷却装置のような少なくとも１つの流れ調整装置６８を、圧縮空気供給装置５２と貯蔵プレナム５６との間に配置することができる。流れ調整装置６８は、圧縮空気５４が（圧縮機１６のような）圧縮空気供給装置５２と貯蔵プレナム５６との間を流れているときに、流量を制御し、熱エネルギを抽出し及び／又は熱エネルギを圧縮空気５４へ付加するために使用することができる。それに加えて又はその代わりに、流れ調整装置６８は、圧縮空気５４を貯蔵プレナム５６に導入する前に抽出空気流路６６内の圧力を増大及び／又は減少させるために使用することができる。
【００２５】
貯蔵プレナム５６は、後で述べるように充分な量の圧縮空気５４を受け取って貯蔵するのに適した任意のタンク、容器又は他の貯蔵装置で構成することができる。例えば、貯蔵プレナム５６は、地下の地質学的に形成された空洞７０、地下の圧力容器７２及び地上の圧力容器７４の内の少なくとも１つで構成することができる。
【００２６】
ガスタービン１０の増強運転モードの際に貯蔵プレナム５６から入口プレナム５８へ圧縮空気５４を導くために、入口加圧流路７６が貯蔵プレナム５６と入口プレナム５８との間に設けられる。入口加圧流路７６は、パイプ、弁及び／又は流れ分配マニホルドのような１つ以上の流体継手によって少なくとも部分的に画成することができる。特定の実施形態では、入口加圧流路７６は、絞り弁、復熱装置、熱交換器又は冷却装置のような少なくとも１つの流れ調整装置７８を含む。流れ調整装置７８は入口加圧流路７６に沿った任意の場所に配置することができる。流れ調整装置７８は、圧縮空気５４が貯蔵プレナム５６と入口プレナム５８との間を流れているときに、流量を制御し、熱エネルギを抽出し及び／又は熱エネルギを圧縮空気５４へ付加するために使用することができる。それに加えて又はその代わりに、流れ調整装置７８は、圧縮空気５４を入口プレナム５８に導入する前に入口加圧流路７６内の圧力を更に増大及び／又は減少させるために使用することができる。
【００２７】
特定の実施形態では、図２に示されているように、入口プレナム５８は少なくとも１つの開口８０を含む。開口８０は、一般に、ガスタービン１０の通常運転モードの際及びシステム５０の加圧運転モードの際のようなガスタービン１０の特定の運転モードの際に入口プレナム５８に入る周囲空気１４のための流路８２を画成する。入口プレナム５８に入る周囲空気１４を浄化し、また他の態様で調整するために、開口８０の上流及び／又は下流に一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又は他の装置（図示せず）を配置することができる。
【００２８】
様々な実施形態では、入口プレナム５８は、開口８０に配置された１つ以上のドア又はハッチ８４を含む。１つ以上のハッチ８４は、破線で示した開位置と、実線で示した閉位置又は封止位置８７との間を、図示のように回転するか、或いは摺動（図示せず）することができる。開位置では、ハッチ８４は周囲空気を入口プレナム５８に流入させることができる。閉位置では、ハッチ８４は、増強モードの運転の際に入口プレナム５８からの圧縮空気７６の漏洩を防止するために開口を少なくとも部分的に封止する。特定の実施形態では、図２に示されているように、ハッチ８４は、入口プレナム５８の中へ内向きに開くように構成される。ハッチ８４は、入口プレナム５８の開口８０のまわりに実質的に気密シールを形成するための複数のルーバーの付いたハッチ又は任意の他の封止可能な開口カバーで構成することができる。ドア８４を入口プレナム５８に封止係合させるために、１つ以上のシール（図示せず）をドア８４のまわりに少なくとも部分的に配置することができる。それに加えて又はその代わりに、入口プレナム５８を加圧することができるようにドア８４及び／又は入口プレナム５８に対するシールを構成するために、２つの隣り合うドア８４の間に形成される重ね継ぎにおけるように、ドア８４に対して１つ以上のシール配置することができる。
【００２９】
特定の実施形態では、入口プレナム５８は入口ポート８６を含む。入口ポート８６は入口加圧流路７６と流体連通しており、これによって圧縮空気貯蔵プレナム５６と入口プレナム５８との間を流体連通させる。入口ポート８６は、貯蔵プレナム５６から入口プレナム５８に入る圧縮空気５４を制御又は調整するために噴射ノズル及び／又はフィルタのような様々な制御及び／又は流れ調整装置（図示せず）を有することができる。
【００３０】
特定の実施形態では、システム５０は、（圧縮機１６のような）圧縮空気供給装置５２と入口プレナム５８との間を流体連通させる抽出空気流路８８を含む。抽出空気流路８８は、抽出空気流路６６に沿って配置された（三方弁又は流れ分配マニホルドのような）制御弁９０から延在することができ、或いは圧縮機１６に直接に流体接続することができる。制御弁９０は、システム５０及び／又はガスタービン１０の様々な運転モードの際に圧縮空気５４の抽出部分９２の流れを制御するように、全開位置と全閉位置との間で動かすことができる。特定の実施形態では、（絞り弁、復熱装置、熱交換器又は冷却装置のような）少なくとも１つの流れ調整装置９４が抽出空気流路８８内に配置される。流れ調整装置９４は、圧縮空気５４の抽出空気部分９２が圧縮機１６と入口プレナム５８との間を流れるときに、流量を制御し、熱エネルギを抽出し、及び／又は圧縮空気５４の抽出空気部分９２に熱エネルギを加えるために使用することができる。それに加えて又はその代わりに、流れ調整装置９４は、更に、入口プレナム５８に導入される前の圧縮空気５４の抽出空気部分９２の圧力を増大し及び／又は減少させるために使用することができる。
【００３１】
図３、図４及び図５は、本発明の様々な実施形態に従った、様々な運転モードにおいて入口プレナム５８を加圧するためにシステム５０を取り入れたガスタービン１０の概略動作系統図を示す。詳しく述べると、図３は通常モードで動作するガスタービン１０の系統図を示し、また図４は加圧モードで動作するシステム５０及びガスタービン１０の系統図を示し、また図５は増強モードで動作するシステム５０及びガスタービン１０の系統図を示す。
【００３２】
通常運転モードの際、図３に示されているように、ハッチ８４は開位置にあり、これにより周囲空気１４が流路８２に沿って開口８０を通って入口プレナム５８に入ることができる。周囲空気１４は圧縮機１６の入口６０へ通る。周囲空気１４は圧縮機１６内で圧縮されて、燃焼器２４へ圧縮作動流体１８を供給する。特定の運転モードでは、圧縮作動流体１８の一部分は、入口空気の調整のために抽出空気流路８８を通って入口プレナム５８へ戻すことができる。それに加えて又はその代わりに、圧縮作動流体１８の一部分は、抽出空気流路８８を通って冷却空気流路６６へ導くことができ、該冷却空気流路６６は様々なタービン構成要素を冷却するためにタービン２８と流体連通している。圧縮作動流体１８の残りの部分は燃料２０と混合され点火されて、燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガスはタービン２８を通って流れて、排出ガス３４として排気部分３６に排出され、排気筒３８を通って、排気キャップ４０から大気へ放出される。
【００３３】
図４に示されているように、システム５０は、貯蔵プレナム５６を加圧するようにオフ・ピーク・エネルギ需要期間のような様々な時間に利用することができる。加圧運転モードの際、発電機／電動機３２が圧縮機１６を駆動する。ハッチ８４が少なくとも部分的に開けられ、これにより周囲空気１４が流路８２に沿って開口８０を通り、入口プレナム５８を通って、圧縮機１６の入口６０へ流れることができる。排気キャップ４０を大気に対して閉じるか又は少なくとも部分的に閉じることができる。周囲空気１４は圧縮機を通過するにつれて次第に圧縮されて、圧縮空気５４を生じる。圧縮空気５４の少なくとも幾分かは、抽出ポート６４を通って抽出空気流路６６へ導かれる。圧縮空気５４は抽出空気流路６６を通って貯蔵プレナム５６へ流れる。圧縮空気５４は、貯蔵プレナム５６に流入する前に、流れ調整装置６８によって加熱し、冷却し、又はその他の調整を行うことができる。
【００３４】
加圧運転モードの際、過剰な圧縮空気９８が圧縮機１６の出口６２から、燃焼器２４、次いでタービン２８を通って排気部分３６へ流れることができ、そこで過剰な圧縮空気９８はＨＲＳＧ（装備されている場合）及び／又は排気筒３８に通すことができる。この結果、これらの構成要素には、特に排気筒のキャップ４０が大気に対して閉じられているとき、過大な加圧が生じることがある。ガスタービン１０の様々な構成要素内での過大な加圧を防止するために、システム５０は更に、１つ以上の二次抽出空気流路１００を含むことができる。１つ以上の流れ調整装置１０２を二次抽出空気流路１００と流体連通させることができる。流れ調整装置１０２は、絞り弁、制御弁、高圧ポンプ、補助圧縮機、復熱装置、熱交換器、冷却装置、又は任意の他の流れ調整装置を含むことができる。流れ調整装置１０２は、流量を制御し、熱エネルギを抽出し、及び／又は過剰な圧縮空気９８に熱エネルギを加えるために使用することができる。
【００３５】
過剰な圧縮空気９８が貯蔵プレナム５６内の圧力よりも少なくとも僅かに高いとき、過剰な圧縮空気９８を複数の二次抽出空気流路１００の内の１つ又は全てから貯蔵プレナム５６へ導くことができる。過剰な圧縮空気９８の圧力が貯蔵プレナム５６内の圧力よりも低い場合は、過剰な圧縮空気９８は、再び圧縮するために入口プレナム５８へ導くことができる。流れ調整装置１０２は、更に過剰な圧縮空気９８を入口プレナム５８及び／又は貯蔵プレナム５６に導入する前に二次抽出空気流路１００内の過剰な圧縮空気９８の圧力を増大及び／又は減少させるために使用することができる。
【００３６】
起動の際又はピーク需要の際のようなガスタービン１０の増強運転モードの際には、図５に示されているように、入口プレナム５８に対するハッチ８４が閉じられて、入口プレナム５８を封止する。圧縮空気５４が貯蔵プレナム５６から入口加圧流路７６を通って入口プレナム５８へ導かれ、これによって入口プレナム５８を加圧する。その結果、圧縮空気５４はハッチ８４に外向きの力１０４を加えて、ハッチ８４及び／又は入口プレナム５８に対するシール（図示せず）を圧縮し、これによって開口８０を封止することができる。圧縮空気５４は、ガスタービン１０を取り囲む周囲の又は局部的な大気圧よりも高い圧力まで入口プレナム５８を加圧する。例えば、特定の実施形態では、入口プレナム５８は約１．０バール乃至約２．０バールに加圧することができる。特定の実施形態では、入口プレナム５８は少なくとも１．０ バール又は大気状態に加圧することができる。
【００３７】
次いで、圧縮空気５４は、加圧された入口プレナム５８から圧縮機１６へ導かれる。その結果、圧縮機１６に入る空気の圧力は増大する。更に、濾過装置及び／又は他の流れ調整装置に関連した圧力損失が低減され又は除かれる。また、標高が高くなると生じる低い密度の周囲空気１４（図１）に起因する性能の問題が軽減され、これによって圧縮機１６の性能及び／又はガスタービン１０の全体の性能／効率を増強し及び／又は向上させることができる。
【００３８】
図６は、本発明の一実施形態に従ったシステム５０を含むガスタービン１０の機能的系統図を示す。図６に示されているように、システム５０は更に、制御装置１０６を含むことができる。この制御装置は、ガスタービン１０及びシステム５０の中の又は周りの様々な位置に配置されている様々なセンサ１０８、流れ制御弁１１２及び／又は機械的アクチュエータ１１０と電気通信することができる。
【００３９】
一実施形態では、制御装置１０６は、ゼネラル・エレクトリック社のＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（登録商標）プラント制御システム（これはまた、ＤＣＳとして知られている）である。制御装置１０６は、操作員からの命令及びセンサ入力を用いてガスタービンの動作を制御するプログラムを実行するプロセッサを持つコンピュータ・システムとすることができる。制御装置１０６によって発生された指令信号は、アクチュエータ１１０及び／又は流れ制御弁に、ガスタービン１０及び／又はシステム５０の動作及び制御に関する様々な機能を遂行させることができる。
【００４０】
一実施形態では、制御装置１０６は、圧縮機１６、燃焼器２４、タービン２８、排気ディフューザ３６、排気筒３８又は入口プレナム５８の内の少なくとも１つに配置された複数のセンサ１０８の内の少なくとも１つから、過大な加圧事象に対応する信号を受け取ることができる。次いで、制御装置１０６は、センサ１０８からの信号に基づいて指令信号を発生し、該指令信号により、アクチュエータ１１０及び／又は流れ制御弁１１２を開閉させて、過大な加圧を解放／防止するように過剰な圧縮空気９８（図５）を抽出空気流路６６の複数の二次抽出空気流路１００（図５）の内の少なくとも１つに導き、これによって様々な構成要素の損傷を防止する。
【００４１】
本発明の様々な実施形態は、図２、図３、図４、図５及び図６に示されているように、ガスタービン出力を向上させ及び／又は増強するためにガスタービンを運転する方法を提供することができる。本方法は、一般に、ガスタービン１０の圧縮機１６内の空気を圧縮して、ガスタービン１０の加圧運転モードの際に圧縮空気５４を圧縮空気貯蔵プレナム５６へ導く段階を含む。本方法は更に、圧縮空気５４を、圧縮機１６の入口６０よりも上流に配置された入口プレナム５８へ導く段階を含む。本方法は更に、入口プレナム５８を圧縮空気５４で加圧する段階と、ガスタービン１０の増強運転モードの際に入口６０を通って圧縮機１６へ圧縮空気５４を導く段階とを含む。本方法は更に、入口プレナム５８を少なくとも１．０バールに加圧する段階を含むことができる。本方法は更に、加圧運転モードの際に圧縮機１６から入口プレナム５８へ直接に圧縮空気５４の一部分を導く段階を含むことができる。本方法は更に、加圧運転モードの際に二次抽出空気流路１００から圧縮空気貯蔵プレナム５６及び入口プレナム５８の内の少なくとも１つへ過剰な圧縮空気９８の一部分を導く段階を含むことができる。
【００４２】
本明細書は、取り得る様々な運転モードを含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施できるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を含む場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ガスタービン
１２  入口プレナム
１４  周囲空気
１６  圧縮機
１８  圧縮作動流体
２０  燃料
２２  燃料供給装置
２４  燃焼器
２６  燃焼ガス
２８  タービン
３０  シャフト
３２  発電機／電動機
３４  排出ガス
３６  排気部分
３８  排気筒
５０  システム
５２  圧縮空気供給装置
５４  圧縮空気
５６  圧縮空気貯蔵プレナム
５８  入口プレナム
６０  入口
６２  出口
６４  抽出ポート
６６  冷却空気流路
６８  流れ調整装置
７０  地下の地質学的に形成された空洞
７２  地下の圧力容器
７４  地上の圧力容器
７６  入口加圧流路
７８  流れ調整装置
８０  開口
８２  流路
８４  ドア／ハッチ
８８  抽出空気流路
９０  制御弁
９２  抽出空気部分
９４  流れ調整装置
９８  過剰な圧縮空気
１００  二次抽出空気流路
１０２  流れ調整装置
１０４  外向きの力
１０６  制御装置
１０８  センサ
１１０  アクチュエータ
１１２  流れ制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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