(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの圧縮機段（１１）と１つのタービン段（１３）とを有する１台のガスタービン（１０）を含み、１つの軸（１５）を介して結合された１台の発電機（１４）を有し、この発電機（１４）が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所（１）の運転方法であって、次のステップを有する方法：
軸（１５）を回転駆動するために発電機（１４）を電動機として運転するステップと、
タービン段（１１）から出てくるガス流（１６）を方向転換するステップと、
このガス流（１６）を第１熱交換器（３０）に導き、熱エネルギをガス流（１６）から熱交換流体（３１）に移行するステップと、
熱交換流体（３１）を蓄熱器（５０）に導くステップ。
【請求項２】
１つの圧縮機段（１１）と１つのタービン段（１３）とを有する１台のガスタービン（１０）を含み、１つの軸（１５）を介して結合された１台の発電機（１４）を有し、この発電機（１４）が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所（１）の運転方法であって、次のステップを有する方法：
軸（１５）を回転駆動するために発電機（１４）を電動機として運転するステップと、
タービン段（１１）から出てくるガス流（１６）を方向転換するステップと、
このガス流（１６）を第１熱交換器（３０）に導き、熱エネルギをガス流（１６）から熱交換流体（３１）に移行するステップと、
熱交換流体（３１）の熱エネルギを蓄熱流体（３６）に移行し、この蓄熱流体（３６）がその次のステップで蓄熱器（５０）に導かれるステップ。
【請求項３】
前記発電機（１４）が余剰電力を用いて電動機として運転されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記発電機（１４）が電動機として可変回転数で運転されることを特徴とする請求項１〜３の１つに記載の方法。
【請求項５】
前記発電機（１４）が、前記ガス流（１６）の温度が少なくとも１００℃であるように運転されることを特徴とする請求項１〜４の１つに記載の方法。
【請求項６】
前記ガスタービン（１０）のガス流（１６）により熱エネルギを放出するために前記発電機（１４）が電動機として運転される期間中は、燃料が供給されないことを特徴とする請求項１〜５の１つに記載の方法。
【請求項７】
前記ガスタービン（１０）のガス流（１６）により熱エネルギを放出するために前記発電機（１４）が電動機として運転される期間中は、通常の発電運転時にガスタービン（１０）に供給される燃料の量よりも少ない量の燃料が供給され、この燃料がガスタービン（１０）内で熱エネルギを発生するために燃焼されることを特徴とする請求項１〜５の１つに記載の方法。
【請求項８】
前記ガスタービン（１０）のガス流（１６）により熱エネルギを放出するための前記発電機（１４）の電動機としての運転が、前記発電機（１４）の通常の発電運転から１時間よりも少ない時間遅れで行われることを特徴とする請求項１〜７の１つに記載の方法。
【請求項９】
その次のステップにおいて熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）の蓄熱器（５０）からの取り出しが行われ、取り出された熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）がプロセス蒸気として、または、プロセス蒸気を準備するために、蒸気利用先に供給されることを特徴とする請求項１〜８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
その次のステップにおいて熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）の蓄熱器（５０）からの取り出しが行われ、取り出された熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）が蒸気タービン（７０）運転のための水蒸気循環回路における供給水の熱的なコンディションニングのために供給されることを特徴とする請求項１〜８の１つに記載の方法。
【請求項１１】
その次のステップにおいて熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）の蓄熱器（５０）からの取り出しが行われ、取り出された熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）が通常の発電運転時のガスタービン（１０）の取入れ空気の熱的なコンディションニングのために供給されることを特徴とする請求項１〜８の１つに記載の方法。
【請求項１２】
その次のステップにおいて熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）の蓄熱器（５０）からの取り出しが行われ、取り出された熱交換流体（３１）または蓄熱流体（３６）が地域暖房系統に導かれることを特徴とする請求項１〜８の１つに記載の方法。
【請求項１３】
１つの圧縮機段（１１）と１つのタービン段（１３）とを有する１台のガスタービン（１０）を含み、１つの軸（１５）を介して結合された１台の発電機（１４）を有し、この発電機（１４）が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所（１）であって、この発電所がさらに、
前記ガスタービン（１０）から出てくるガス流（１６）が方向転換されて第１熱交換器（３０）に供給されるように、前記タービン段（１３）と協働する１つのガス配管装置（２０）を有し、前記熱交換器（３０）が、ガス流（１６）から熱エネルギを取り出して熱交換流体（３１）に移行するために構成され、この熱交換流体が中間貯蔵のために蓄熱器（５０）に導かれることを特徴とするガスタービン発電所。
【請求項１４】
１つの圧縮機段（１１）と１つのタービン段（１３）とを有する１台のガスタービン（１０）を含み、１つの軸（１５）を介して結合された１台の発電機（１４）を有し、この発電機（１４）が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所（１）であって、この発電所がさらに
前記ガスタービン（１０）から出てくるガス流（１６）が方向転換されて第１熱交換器（３０）に供給されるように、前記タービン段（１３）と協働するガス配管装置（２０）を有し、前記熱交換器（３０）が、ガス流（１６）から熱エネルギを取り出して熱交換流体（３１）に移行するために構成され、この熱交換流体が第２熱交換器（３５）においてその熱エネルギの少なくとも１部を蓄熱流体（３６）に与えることができ、この蓄熱流体が中間貯蔵のために蓄熱器（５０）に導かれることを特徴とするガスタービン発電所。
【請求項１５】
少なくとも１つの追加加熱段（４０）を有し、これがガスタービン（１０）の下流、且つ、第１熱交換器（３０）の上流に在って、前記ガス流（１６）と協働して追加の熱エネルギをこのガス流（１６）に供給することができることを特徴とする請求項１３または１４に記載のガスタービン発電所。
【請求項１６】
前記追加加熱段（４０）が燃焼プロセスにより熱エネルギを供給され、この燃焼プロセスが天然ガスを供給される燃焼プロセスであることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービン発電所。
【請求項１７】
前記熱交換流体（３１）が水であることを特徴とする請求項１３〜１６の１つに記載のガスタービン発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンを含むガスタービン発電所の運転方法に関し、このガスタービンは１本の軸を介して１つの発電機と結合されており、この発電機は電動機としても運転されるように構成されている。さらに本発明はこのようなガスタービン発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
公共の電力供給系統において分散配置された再利用可能電源による電力供給への転換が進むにつれて、需要あるいは電力注入が大きく変動する場合にも電力供給系統の安定運用を可能にするために、電気エネルギの改善された調節あるいは適切な中間貯蔵の必要性が高まっている。
【０００３】
特に、例えば圧力あるいは蓄電媒体のポテンシャルエネルギの変化を用いた機械的エネルギの形態での電気エネルギの中間貯蔵が、特に短期および中期のエネルギ貯蔵に適している。この場合典型的には公共の電力供給系統において使用可能な余剰電力が、蓄電媒体の機械的エネルギ状態を変化させるのに使われる。揚水発電所では適切な搬送手段により例えば水がより高いポテンシャルエネルギレベルに持ち上げられ、元のレベルに落下する水により時間をずらしてタービンと発電機を駆動して発電することができる。その電力は公共の電力供給系統に再び供給され、特に電力需要あるいは調節需要が高い時間帯のために供給することができる。
【０００４】
しかし従来の揚水発電技術の欠点は、設置する場所が制約されることにある。揚水発電所は殆どの場合、地形が適切な高低差を有する場所にのみ設置可能である。この欠点に加えて、土地の景観と自然に好ましくない負荷をかけることがしばしば批判されている。特に地上に大きな構造設備を建設する必要があるので、この種の欠点を避けることはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気エネルギの中間貯蔵のための従来技術のこれらの欠点から、改善された技術的解決を提供することが必要となっている。本発明の課題は特に、既存の発電所技術を用いて公共の電力系統から電力を貯蔵可能な適切な形態に移行することができる方法を提案することにある。さらに、既存の発電所技術に基づいてごく僅かで、低コストの変更により発電所の改装を可能とする方法を提案することも特に好ましく、これによってこの発電所は発電のためだけでなく、適切な諸形態での貯蔵可能なエネルギを供給するためにも適したものとなる。特に、自然と環境への負荷が比較的少ない、あるいはこれを全く避けることができる貯蔵可能エネルギの供給方法も提案されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は本発明によって、請求項１と２による方法、および、請求項１３と１４によるガスタービン発電所により解決される。
【０００７】
この課題は特に、１つの圧縮機段と１つのタービン段とを有する１台のガスタービンを含み、１つの軸を介して結合された１台の発電機を有し、この発電機が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所の運転方法であって、次のステップを有する方法により解決される：
軸を回転駆動するために発電機を電動機として運転するステップと、
タービン段から出てくるガス流を同時に方向転換するステップと、
このガス流を第１熱交換器に導き、熱エネルギをガス流から熱交換流体に移行するステップと、
熱交換流体を蓄熱器に導くステップ。
【０００８】
この課題はさらに、１つの圧縮機段と１つのタービン段とを有する１台のガスタービンを含み、１つの軸を介して結合された１台の発電機を有し、この発電機が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所の運転方法であって、次のステップを有する方法により解決される：
軸を回転駆動するために発電機を電動機として運転するステップと、
タービン段から出てくるガス流を同時に方向転換するステップと、
このガス流を第１熱交換器に導き、熱エネルギをガス流から熱交換流体に移行するステップと、
熱交換流体の熱エネルギを蓄熱流体に移行し、この蓄熱流体がその次のステップで蓄熱器に導かれるステップ。
【０００９】
この課題はさらに、１つの圧縮機段と１つのタービン段とを有する１台のガスタービンを含み、１つの軸を介して結合された１台の発電機を有し、この発電機が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所であって、この発電所がさらに
前記ガスタービンから出てくるガス流が方向転換されて第１熱交換器に供給されるように、前記タービン段と協働するガス配管装置を有し、前記熱交換器が、ガス流から熱エネルギを取り出して熱交換流体に移行するために構成され、この熱交換流体が中間貯蔵のために蓄熱器に導かれるガスタービン発電所により解決される。
【００１０】
この課題はさらに、１つの圧縮機段と１つのタービン段とを有する１台のガスタービンを含み、１つの軸を介して結合された１台の発電機を有し、この発電機が電動機としても運転されるように構成されているガスタービン発電所であって、この発電所がさらに
前記ガスタービンから出てくるガス流が方向転換されて第１熱交換器に供給されるように、前記タービン段と協働するガス配管装置を有し、この熱交換器が、ガス流から熱エネルギを取り出して熱交換流体に移行するために構成され、この熱交換流体が第２熱交換器においてその熱エネルギの少なくとも１部を蓄熱流体に与えることができ、この蓄熱流体が中間貯蔵のために蓄熱器に導かれるガスタービン発電所により解決される。
【００１１】
すなわち本発明により、電気エネルギが熱エネルギに移行される。この移行は既に多くの場所で実施されているガスタービン発電所の技術を用いて実現することができる、すなわち、発電用に備えられている発電機を、熱的に加熱されたガス流を発生するために電動機としても運転することができるように適合させることにより実現できる。
【００１２】
発電機は電動機に対して技術原理を単に逆にしたものであるので、発電機を適合させるには比較的小さい、低コストの変更をするだけでよく、これによって発電機を電動機としても運転することが可能となる。この場合、例えば発電機の保護コンセプトを見直す必要がある。しばしばガスタービン用の発電機は既に、所望の回転数に達するまでの始動期間では電動機として運転するように構成されている。しかしこのような電動機としての運転は非同期運転しか保証せず、この電動機運転はガスタービンの定格回転数に達するための高い入力を供給するために行われるのではない。加熱されたガス流の供給は電動機による補助加熱なしの従来の入力では殆ど不可能である。というのはガスタービンの従来の運転では、定格回転数に達するまでの燃焼器段での燃料の点火により補助的な燃焼出力が提供される、すなわち、所望の圧縮機質量流量が得られるようにするからである。すなわち、電動機はこの通常の運転では、ガスタービンを定格回転数に引き入れるための全出力を提供できない。しかし、燃焼出力が供給されないか、あるいは、従来の運転における量ほどには供給されない場合には、電動機による補助的な入力が必要となるが、電動機として運転される従来の発電機はこれを考慮して設計されてはいない。
【００１３】
発電機を電動機として運転する時には、軸を回転駆動するために電気エネルギが使用され、これは公的な電力系統から得ることができる。これは次にガスタービンに含まれるタービン段と圧縮機段を駆動し、これによりガスタービンを通るガス流の流れを生じさせる。これはガスタービンの発電運転の場合の流れと同一方向である。しかし、ガスタービンの発電運転の場合とは異なり、本発明による運転では発電は行われず、電気エネルギの適切に貯蔵可能な形態のエネルギへの変換が行われるだけである。つまり、電力が消費される。この電力消費は、ガスタービンの軸、圧縮機およびタービンの質量慣性が大きいので、周波数を公的供給系統の系統周波数に対して安定させるように作用する。この点に関しては、公的電力系統から電気エネルギが取り出されている間に、僅かな系統変動も適切な仕方で均衡させることができる。
【００１４】
ガスタービンを用いての熱的エネルギ発生のための本発明による発電機の運転では、先ず、周囲から空気が圧縮機段に吸入され、この空気が圧縮され、この圧縮された空気の断熱加熱が少なくとも部分的に達成される。したがって、本発明による、発電機を電動機として運転する場合には、相対的により高温の空気が圧縮機段から流出し、燃焼器段とタービン段を通過する。タービン段から流出する際にこのガスは適切な方法で方向転換され、適切に案内された後でその熱エネルギは第１の熱交換器での熱交換作用によって熱交換流体に移行される。この熱交換流体はその次の、時間的に後で生じる利用、例えば公的電力系統におけるより大きな電力需要に際しての電力への転換のために、蓄熱器に備蓄することができる。代案としてガスタービン発電所を、この熱交換流体がその熱エネルギを第２の熱交換器で蓄熱流体に移行し、その蓄熱流体が同様に蓄熱器に貯蔵されるように構成することもできる。これによって、熱交換流体および／または蓄熱流体の熱エネルギを後の時点においてもさらなる熱利用に供することができる。このような利用が、公的電力系統からの電力が相対的に高価な時期に行われると特に有利である。
【００１５】
ここで留意すべきは、この蓄熱器が、蒸気タービン運転用の蒸気発生のために設けられている既存の蒸気発生ユニットには含まれていない部品であることである。この蓄熱器はむしろ、これまでのガス・蒸気複合発電所には含まれていない付加的な部品である。さらに、加熱された空気の排出がタービン段から行われ、ガスタービン自体の構造的な変更が不要であることにも留意すべきである。圧縮機で加熱された空気が引出される付加的な出口を設ける必要がないことも特筆される。
【００１６】
ここではガスタービン発電所という用語は広義に解釈される。ガスタービン発電所には、特に、ガスタービンの燃焼ガスの廃熱で駆動されるガス・蒸気複合発電所も含まれる。さらに、外部の蒸気タービン発電所に熱エネルギを供給するガスタービン発電所も含まれる。同様にガスタービン発電所という用語には、発電用のガスタービンを備えた工業的なプロセス技術応用も含まれる。
【００１７】
本発明によるガスタービン発電所の運転方法の特に有利な１実施形態によれば、この方法は余剰電力を利用して発電機が電動機として運転されるようになされている。余剰電力は時々、無料で、あるいは、それどころか還付金つきで公共の電力系統から取り出すことができるので、発電機を電動機として運転することはコスト的に非常に有利に行うことができる。その上、公共電力系統で余剰電力が供給可能な時期には一般的にはガスタービンは発電のために投入されていないので、この実施形態による発電機の電動機運転は経済的な観点から特に適している。
【００１８】
本発明による方法の他の有利な実施形態によれば、発電機は電動機として可変回転数で運転される。このような運転により、電力系統から異なる量の電気エネルギを取り出すことが可能となり、これによって適切な仕方で供給可能な余剰電力量に適合することができる。さらに可変速運転により、異なる圧縮機出力に基づき温度の異なるガス流を供給することが可能となる。したがって適切な温度選択により、ガス流の熱含有量を適用先の要求に合わせることができる。
【００１９】
本発明による方法の他の実施形態によれば、発電機は電動機として、ガス流の温度が最低でも１００℃、好ましくは最低でも１５０℃、特に好ましくは最低でも３００℃となるように運転される。この場合、電動機出力ないしは回転数をガス流の温度に適合させることができる。圧縮機の質量流量がより大きくなれば、そしてその結果、圧縮機出口圧力がより高くなれば、電動機の圧縮比もより大きくなるので、このような運転条件では時折、より高温におけるより高い熱量をガス流に移行することができる。このことは熱エネルギを取得するための温度制御方法を行う場合には特に有利であり、あるいはこの方法の温度制御ステップを行う場合には有利である。ガスタービンでの追加燃焼なしに圧縮を行う場合には１２０℃〜２００℃の温度レベルが予期され、適切な追加燃焼時には２００℃を超えるより高い温度レベルも、特には３００℃を超える温度レベルも到達可能である。
【００２０】
本発明による方法の他の有利な実施形態によれば、ガス流によって熱エネルギを放出するために発電機を電動機として運転している間、ガスタービンには燃料が供給されない。すなわち、ガスタービン内での熱エネルギのガス流への移行は、ガス流がガスタービンの圧縮段で受ける圧縮にのみ起因する。そこで支配的な圧縮比に応じてガス流の温度レベルは多かれ少なかれ上昇する。すなわちこの実施形態によれば、熱エネルギをガス流に移行するために燃料は不要であるので、特にコスト的に有利な方法が得られる。
【００２１】
本発明による方法の代案としての実施形態によれば、ガス流によって熱エネルギを放出するために発電機を電動機として運転している間、ガスタービンに燃料が供給されるが、その量は通常の発電運転時にガスタービンに供給される量よりも少なく、この燃料は熱エネルギを発生するためにガスタービン内で燃焼される。例えば圧縮機段での圧縮比がガス流が予め決められた温度レベルに達するのに不十分な場合には、ガスタービンに燃料を供給することができ、この燃料が点火により燃焼する。この燃焼が、ガス流に移行される熱エネルギの供給に役立つ。
【００２２】
しかしガス流に燃料を供給することは本実施形態によれば、発電のための通常のガスタービン運転とは次の点で異なる。すなわち、この熱エネルギは、ガスタービンにおけるタービン段の駆動のための従来の運転における量ほどは供給されない。この熱エネルギは、一方では、ガス流の熱エネルギ含有量を、タービン段の駆動を通常は可能としないレベルに高めるために使われる。他方、燃焼器での燃料、例えば天然ガスの追加燃焼によりタービン段での熱出力の放出も可能となり、これによって、通常運転時よりは少ないけれども、機械的な駆動が得られる。この点に関して、適切に調整された燃料の供給とその燃焼によって、電動機はその負荷を軽減され、それどころか制御可能となる。この場合、発電のための従来の運転に比べて少量の燃料があればよい。すなわち、この実施例により、ガス流の温度ないし熱エネルギ含有量を有利に高めることができる。
【００２３】
本方法の別の実施例によれば、ガス流によって熱エネルギを放出するための発電機の電動機としての運転を、通常の発電運転における発電機の運転に対して１時間より短い、好ましくは半時間より短い時間的な遅れで行なうこともできる。ここでは通常の運転は全負荷運転と考える。これに関して、発電時の全負荷運転と、発生された熱エネルギを同時に貯蔵しながらの電力系統からの電力の取り出し運転との比較的短時間の切り替えも、実現することができる。所定のブリッジ時間が典型的には発電のためのガスタービンの下降運転時の熱平衡に役立つ。特に、例えば全負荷から電力を消費する運転への余りにも急速な負荷切り替えによる熱的な損傷を恐れる必要がないようにするために、このようなブリッジ時間が必要である。
【００２４】
本発明の特に有利な実施形態に応じて、その次のステップで蓄熱器から熱交換流体および／または蓄熱流体が取り出され、この取り出された熱交換流体および／または蓄熱流体はプロセス蒸気として、または蒸気利用におけるプロセス蒸気の供給のために提供される。このような蒸気利用は特にプロセス蒸気が持ち込まれる工業プロセスへの水・蒸気循環回路からの蒸気の供給である。
【００２５】
本発明の他の有利な実施形態に応じて、その次のステップで蓄熱器から熱交換流体および／または蓄熱流体が取り出され、この取り出された熱交換流体および／または蓄熱流体は蒸気タービン運転のための水・蒸気循環回路における供給水の熱的なコンディショニングのために使用される。さらにこの供給水は熱移行によって余熱目的のために、および／または、蒸発目的のためにも熱的にコンディショニングされる。熱的なコンディショニングのさらなるステップ、特に供給水の蒸気の過熱が典型的にはこれに続く。ここで供給水とはガス・蒸気複合発電所のプロセスで生じる凝縮水を意味すると共に、例えば外部の蒸気タービン発電所における例えば外部の蒸気プロセスに供給するための従来の意味での供給水をも意味する。
【００２６】
他の実施形態によれば、その次のステップで蓄熱器から熱交換流体および／または蓄熱流体が取り出され、この取り出された熱交換流体および／または蓄熱流体はガスタービンが通常の発電運転される際の取り入れ空気のコンディショニングのために使用される。このようなコンディショニングは典型的には圧縮機段の吸入部に設置されている取り入れ空気コンディショナーを用いて行われる。熱交換流体および／または蓄熱流体からの適切な熱移行により取り入れ空気を加熱することができ、これによって特に部分負荷時にガスタービンの効率的な運転が達成できる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、その次のステップで蓄熱器から熱交換流体および／または蓄熱流体が取り出され、この取り出された熱交換流体および／または蓄熱流体は地域暖房系統に導入される。
【００２８】
ガスタービン発電所の第１の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの追加加熱段が含まれるように構成され、この追加加熱段はガスタービンの下流で、且つ、第１の熱交換器の上流に設けられ、付加的な熱エネルギがガス流に供給されるべくガス流と協働するように構成されている。すなわち、この実施形態により、追加加熱段からガス流にさらに熱エネルギを供給することによってガス流の温度レベルを上げることができる。したがって第１熱交換器の温度レベルはより上昇し、その結果、より大きな熱量を供給することが可能となり、この熱量を熱交換流体に移行することができる。こうして、熱的にコンディショニングされた熱交換流体の供給を必要とする全ての他の用途をより高いエネルギ含有量ないしはより高い熱量で運転することができる。このことはこれらの用途の効率に有利に作用する。
【００２９】
この実施形態の他の有利な展開によれば、この追加加熱段は特に天然ガスが供給される燃焼プロセスによって熱エネルギを供給される。天然ガスが、ガスタービンに燃料を供給するためにも使用される燃料容器から取り出されると特に有利である。さらに天然ガスは例えば石油に比べて環境にやさしいエネルギ担体であり、より高い効率で燃焼することができ、その燃焼残渣もより少ない。これによりこの実施形態は特に環境保全に適している。さらに、ガスタービンに供給するためにも設けられている燃料容器と同一の燃料容器から取り出すに際して、別の燃料を用意する必要がない。
【００３０】
さらに、第１熱交換器での熱移行が、この熱交換流体を蒸気または加圧下の過熱流体に熱的に移行させるのに十分な大きさであると有利であり、この場合にはこの熱交換流体が蓄熱器内で加圧されて備蓄されていると有利である。特にこの熱交換流体は水であり、過熱状態で備蓄される。次にこの水は蒸気タービン発電所の蒸気プロセスでの使用のために導かれる。代案として、熱交換流体の代わりに蓄熱流体でこの課題を満たすこともできる。
【００３１】
特に有利な実施形態では、この熱交換流体は水である。この水は例えば蒸気循環回路に含むことができる。このような蒸気循環回路は特に、例えば蒸気タービンを用いた発電に適している。したがって、この熱交換流体に含まれている熱エネルギを発電プロセスに効率よく供給することができ、この発電プロセスは特に時間的に遅れて発電された電力をも公的電力系統へ注入することができる。このために熱交換流体の代わりに蓄熱流体も同様に適している。
【００３２】
本発明の他の実施形態によれば、熱交換流体および／または蓄熱流体は、通常の発電運転時にガスタービンにより圧縮機段に吸入される取り入れ空気を余熱すべく構成された取り入れ空気コンディショナーに供給される。取り入れ空気の余熱により燃焼プロセスをより効率的に形成することができる。さらに、燃焼過程で燃焼残渣が、特に固体の燃焼残渣がより少なくなる。したがって、一方では燃焼過程の効率が向上し、他方では残渣物についての燃焼過程の燃焼空気への影響が改善される。
【００３３】
本発明によるガスタービン発電所の有利な実施形態によれば、熱交換流体および／または蓄熱流体を、蒸気タービンを運転するための蒸気プロセスにおける供給水を余熱すべく構成された第３の熱交換器に導入することができる。これによって供給水の熱エネルギ含有量が適切な方法で高められ、引き続いて行われる蒸気タービンによる発電プロセスがより効率よく行われる。
【００３４】
他の有利な実施形態では、熱交換流体および／または蓄熱流体は地域暖房系統と熱的におよび／または流体的に接続されている。したがって、ガスタービンによって供給された熱を低損失で直接にエンドユーザーに導入することができる。
【００３５】
以下において本発明が模式的な図に基づいて示されている。ここで、これらの図は単に模式的なものであり、示された実施形態を実施する際の制約とはならないことに留意されたい。さらに、これらの図に示された個々の特徴はそれら単独でも、図に示された他の特徴との組み合わせにおいても権利請求される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるガスタービン発電所の第１実施形態の模式図
【図２】本発明によるガスタービン発電所の第２実施形態の模式図
【図３】本発明によるガスタービン発電所の第３実施形態の模式図
【図４】本発明による方法の１実施形態を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は本発明によるガスタービン発電所１の第１実施形態の模式図である。この場合、ガスタービン発電所１は１台のガスタービン１０を含み、このガスタービンは１つの圧縮機段１１と１つの燃焼器段１２と１つのタービン段１３とを有する。ガスタービン１０は１本の軸１５を介して１台の発電機１４と結合されている。本発明により発電機１４は電動機としての運転にも適している。こうして、このガスタービン１０は通常の発電方法でも、電気エネルギを消費する熱供給のための方法だけでも運転することができる。
【００３８】
電気エネルギを消費して熱を供給することだけに適した方法では、発電機１４は電動機として運転され、取入れ空気が圧縮機段１１に吸入され、ガス流１６を形成する。このガス流は燃焼器段１２を貫流するが、通常運転時にガス流１６に混合されるほどの量の燃料は混合されない。特に、ガス流１６には燃料は混合されない。ガス流１６は圧縮機段１１での圧縮に基づき流体力学的な圧縮によって熱含有量が増加する。ガス流１６はさらにタービン段１３に流入し、これを貫流する。ここでガス流１６はタービンにエネルギを与えることができるが、これは通常の発電のための場合よりも著しく少ない量である。典型的にはこのガス流のタービンでの熱損失による温度レベルの変化は殆どない。タービン段１３から出た後で、ガス流１６はガス配管装置２０に流入し、適切な方法で第１の熱交換器３０に導かれ、そこで熱エネルギがガス流１６から熱交換流体３１（図示されていない）に放出される。
【００３９】
ガス流１６の温度レベルを必要に応じて高めるために、ガスタービン１０と第１熱交換器３０の間に追加加熱段４０を設けることができ、この追加加熱段はガス流１６に追加の熱エネルギを供給するのに適するように構成されている。有利な１実施形態では、この追加加熱段４０に天然ガス配管を通って天然ガスを燃料として供給することができ、燃焼プロセスによって燃焼熱を追加加熱段４０を通してガス流１６に与えることができる。したがって、第１熱交換器３０に十分な熱エネルギを供給することが保証される。
【００４０】
この実施例によれば、第１熱交換器３０は熱交換流体３１の循環回路と熱的に有効に結合されている。
【００４１】
ガス流１６の温度レベルに応じて、熱交換流体３１の相転移を惹き起こす温度に達することができる。特に、熱交換流体３１に十分な熱が流入すると、これは蒸気相あるいはガス相に転移することができる。同様に加圧下でも過熱することができ、この場合には液相が維持される。この実施例によれば、熱交換流体３１は蒸気管３２を通って蒸気としてこの循環回路から取り出すことができ、別の蒸気技術的な利用に供することができる。
【００４２】
さらに、熱交換流体３１の熱エネルギを、ポンプ３７で流体力学的に駆動されるこの熱循環回路から第２の熱交換器３５の蓄熱流体３６（ここには図示されていない）に移行し、この蓄熱流体を例えば蓄熱器５０に中間貯蔵することができる。こうして、第２熱交換器３５の蓄熱流体３６は熱エネルギを受け取り、これを後で使用するために蓄熱器５０に備蓄することができる。代案の実施形態によれば、熱交換流体３１も後で使用するために蓄熱器５０に備蓄することができる。
【００４３】
必要とあらば、例えばこの蓄熱流体３６を蓄熱器５０から取出し配管５６を介して取り出すことができる。例えばこの蓄熱流体３６を地域暖房配管に供給するために取り出すと有利である。この蓄熱流体３６を蓄熱器５０から直接的に取出す代わりに、第３の熱交換器６０を用いて熱エネルギを取り出すこともできる。この場合、この熱交換器６０はあらかじめ決められた熱利用に適合させることができる。これらの熱利用は例えば、給水の余熱あるいはプロセス用流体の余熱あるいはプロセスガスの余熱である。
【００４４】
図２は本発明によるガスタービン発電所の他の実施形態であり、これが図１に示された実施形態と異なるのは単に、ガス配管装置２０が蒸気発生ユニット７１を有することである。この蒸気発生ユニット７１がガス配管装置２０において追加加熱段４０とガスタービン１０との間に設置されていると有利である。この蒸気発生ユニット７１はガスタービン１０の通常の発電運転中は蒸気を発生するために利用され、こうして発生された蒸気は蒸気タービン７０へ駆動のために導かれる。この実施形態による改善は第３熱交換器６０を介して熱エネルギを供給することによって得られ、この第３熱交換器は備蓄された蓄熱流体３６のエネルギを蓄熱器５０から取り出す。これによって蒸気発生ユニット７１に熱あるいは余熱された流体（例えば、水）を供給することができる。これに基づいて、この蒸気発生ユニット７１では、あらかじめ決められた温度レベルに昇温するための熱移行が、この実施形態による余熱を行わないガスタービン発電所の場合よりも、少なくて済む。この場合、この蒸気発生ユニット７１はさらに複数段の余熱加熱器を有することもできるし、単に１つの蒸気発生器あるいは１つの過熱器を有することもできる。
【００４５】
蒸気発生ユニット７１に供給された流体（例えば、水）の余熱は、ガスタービン１０が休止状態から運転状態に移行する時に特に有利である。すなわち、蒸気発生ユニット７１に存在する流体がガスタービンの始動時に既により高い温度レベルになっていると、蒸気発生が相対的により早い時点で生じる。こうして、蒸気タービン７０も相対的により早い時点で発電に投入することができる。したがって蒸気タービン７０の始動時間を短縮することができる。
【００４６】
図２には示されていない代案では、蒸気発生ユニット７１に導かれる流体へのエネルギの移行は第２熱交換器３５を用いて行うこともできる。
【００４７】
図３は本発明によるガスタービン発電所１の他の実施形態を示す。これは図１に示された実施形態とは単に次の点で異なる。すなわち、第３熱交換器６０を用いて熱エネルギを蓄熱器５０から取り出すことができ、このエネルギはガスタービン１０の通常の発電運転時に圧縮機段１１に吸入される取入れ空気を余熱すべく設けられた取入れ空気コンディショナー６２に導かれる。
【００４８】
図４は本発明の方法による１実施形態を示すフローチャートである。この場合、第１ステップで発電機１０は、周囲温度に比べて高められた温度レベルを有するガス流１６を生じさせるために電動機として運転される。同時に第２ステップで、タービン段１３から出てくる高められた熱エネルギレベルを有するガス流１６が方向転換され、すなわち、所望の方向に導かれる。次いで、ガス流１６が第１の熱交換器３０に導かれ、その熱エネルギの少なくとも一部を熱交換流体３１に移行する。次に本発明により、この熱エネルギを後で使用するために蓄熱器５０に中間貯蔵することができる。しかし、代案として、この熱エネルギを第２熱交換器３５において（追加して示されてはいない）蓄熱流体３６に移行することができ、この蓄熱流体を同様に中間貯蔵のために蓄熱器５０に供給することができる。
【００４９】
本発明による更なる実施形態は従属請求項に記載されている。
【符号の説明】
【００５０】
１      ガスタービン発電所
１０    ガスタービン
１１    圧縮機段
１２    燃焼器段
１３    タービン段
１４    発電機
１６    ガス流
２０    ガス配管装置
３０    第１熱交換器
３５    第２熱交換器
４０    追加加熱段
５０    蓄熱器
６０    第３熱交換器
６２    取入れ空気コンディショナー
７０    蒸気タービン
７１    蒸気発生ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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