(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システム（１００）であって、
第１のタービン構成要素（１０４）と、第１の一体形圧縮機（１０６）と、該第１の一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器（１０８）とを含み、前記第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記第１のタービン構成要素（１０４）に供給するよう構成され、前記第１の一体形圧縮機（１０６）が、前記第１の燃焼器（１０８）及び前記第１のタービン構成要素（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流（２００）を生成する第１のガスタービンシステム（１０２）と、
第２のタービン構成要素（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、前記第２の圧縮機（１４６）からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器（１４８）とを含み、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成要素（１４４）に供給するよう構成された第２のガスタービンシステム（１４０）と、
前記第２のガスタービンシステム（１４０）に動作可能に結合されたターボ膨張器（２５２）と、
前記第２のガスタービンシステム（１４０）及び前記ターボ膨張器（２５２）のうちの少なくとも一方への過剰空気流経路（２５０）に沿った前記過剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御バルブシステム（２０２）と、
前記第１の一体形圧縮機（１０６）及び前記第２の圧縮機（１４６）のうちの少なくとも一方の入口への前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の流れを制御する第２の制御バルブシステム（２７０）と
を備え、前記第２の制御バルブシステム（２７０）が、前記第１の一体形圧縮機（１０６）の入口への前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の第１の部分を制御する第１の制御バルブ（２１２，２７４）と、前記第２の圧縮機（１４６）の入口への前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の第２の部分を制御する第２の制御バルブ（２１４）とを含む、発電システム（１００）。
【請求項２】
前記過剰空気流（２００）が、前記第１の制御バルブシステム（２０２）により前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０，２７２）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項３】
前記過剰空気流（２００）が、前記第１の制御バルブシステム（２０２）により前記第２の燃焼器（１４８）に供給される、請求項１又は請求項２に記載の発電システム（１００）。
【請求項４】
前記過剰空気流（２００）が、前記第１の制御バルブシステム（２０２）により前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）に供給される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項５】
前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０，２７２）、前記第２の燃焼器（１４８）、及び前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記過剰空気流（２００）の流れを制御する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項６】
前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０，２７２）への前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する第１の制御バルブ（２１２，２７４）と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する第２の制御バルブ（２１４）と、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）への前記過剰空気流（２００）の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブ（２１６）とを含む、請求項５に記載の発電システム（１００）。
【請求項７】
前記過剰空気流（２００）の少なくとも一部（２５４）についての流量を測定する少なくとも１つのセンサ（２２０）を更に備え、前記センサ（２２０）の各々が、前記第１の制御バルブシステム（２０２）に動作可能に結合されている、請求項６に記載の発電システム（１００）。
【請求項８】
前記第１のタービンシステム及び前記第２のタービンシステムの各々の排気ガス（１７２，１７４）が、蒸気タービンシステム（１６０）を駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器（１６８，１７０）に供給される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項９】
前記第２のガスタービンシステム（１４０）が更に、前記第２の圧縮機（１４６）、前記第２のタービン構成要素（１４４）、スタータモータ（１５６）及び前記ターボ膨張器（２５２）を結合する回転シャフト（１６２，１５２）を含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項１０】
前記第１のガスタービンシステム（１０２）が更に、前記第１の一体形圧縮機（１０６）、前記第１のタービン構成要素（１０４）、及び負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータを結合する回転シャフト（１６２，１５２）を含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項１１】
前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）が、前記第１の一体形圧縮機（１０６）の入口及び前記第２の圧縮機（１４６）の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項１２】
発電システム（１００）であって、
第１のタービン構成要素（１０４）と、第１の一体形圧縮機（１０６）と、該第１の一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器（１０８）とを含み、前記第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記第１のタービン構成要素（１０４）に供給するよう構成され、前記第１の一体形圧縮機（１０６）が、前記第１の燃焼器（１０８）及び前記第１のタービン構成要素（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流（２００）を生成する第１のガスタービンシステム（１０２）と、
第２のタービン構成要素（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、前記第２の圧縮機（１４６）からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器（１４８）とを含み、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成要素（１４４）に供給するよう構成された第２のガスタービンシステム（１４０）と、
前記第２のガスタービンシステム（１４０）に動作可能に結合されたターボ膨張器（２５２）と、
前記第２のガスタービンシステム（１４０）及び前記ターボ膨張器（２５２）のうちの少なくとも一方への過剰空気流経路（２５０）に沿った前記過剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御バルブシステム（２０２）と、
前記第１の一体形圧縮機（１０６）及び前記第２の圧縮機（１４６）のうちの少なくとも一方の入口への前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の流れを制御する第２の制御バルブシステム（２７０）と
を備え、前記第２の制御バルブシステム（２７０）が、前記第１の一体形圧縮機（１０６）の入口への前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の第１の部分を制御する第１の制御バルブ（２１２，２７４）と、前記第２の圧縮機（１４６）の入口への前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の第２の部分を制御する第２の制御バルブ（２１４）とを含み、前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）が、前記第１の一体形圧縮機（１０６）の入口及び前記第２の圧縮機（１４６）の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する、発電システム（１００）。
【請求項１３】
前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０，２７２）、前記第２の燃焼器（１４８）、及び前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記過剰空気流（２００）の流れを制御する、請求項１２に記載の発電システム（１００）。
【請求項１４】
前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０，２７２）への前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する第１の制御バルブ（２１２，２７４）と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する第２の制御バルブ（２１４）と、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）への前記過剰空気流（２００）の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブ（２１６）とを含む、請求項１３に記載の発電システム（１００）。
【請求項１５】
前記第１のタービンシステム及び前記第２のタービンシステムの各々の排気ガス（１７２，１７４）が、蒸気タービンシステム（１６０）を駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器（１６８，１７０）に供給される、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項１６】
前記第２のガスタービンシステム（１４０）が更に、前記第２の圧縮機（１４６）、前記第２のタービン構成要素（１４４）、スタータモータ（１５６）及びターボ膨張器（２５２）を結合する回転シャフト（１６２，１５２）を含む、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項１７】
前記第１のガスタービンシステム（１０２）が更に、前記第１の一体形圧縮機（１０６）、前記第１のタービン構成要素（１０４）、及び負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータを結合する回転シャフト（１６２，１５２）を含む、請求項１２乃至請求項１６のいずれか１項に記載の発電システム（１００）。
【請求項１８】
第１のタービン構成要素（１０４）と、第１の一体形圧縮機（１０６）と、該第１の一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器（１０８）とを含み、前記第１の一体形圧縮機（１０６）が前記第１の燃焼器（１０８）及び前記第１のタービン構成要素（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流（２００）を生成する第１のガスタービンシステム（１０２）の前記第１の一体形圧縮機（１０６）から過剰空気流（２００）を取り出すステップと、
第２のタービン構成要素（１４４）と第２の圧縮機（１４６）と前記第２の圧縮機（１４６）からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器（１４８）とを含み且つ前記第２の燃焼器（１４８）が高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成要素（１４４）に供給するよう構成された第２のガスタービンシステム（１４０）と、前記第２のガスタービンシステム（１４０）に動作可能に結合されたターボ膨張器（２５２）とのうちの少なくとも１つに過剰空気流経路（２５０）に沿って前記過剰空気流（２００）を配向するステップと、
前記第１の一体形圧縮機（１０６）及び前記第２の圧縮機（１４６）のうちの少なくとも一方の入口に前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）の流れを配向するステップと
を含んでおり、
前記ターボ膨張器（２５２）の吐出部（２１０，２７２）が、前記第１の一体形圧縮機（１０６）の入口及び前記第２の圧縮機（１４６）の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に発電システムに関し、より詳細には、過剰空気流を生成する圧縮機並びに発電機出力を増強し且つ圧縮機又は別のガスタービンシステムの圧縮機への入口空気を冷却するターボ膨張器を有するガスタービンシステムを備えた発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムは、多くの場合、１又はそれ以上の蒸気タービンシステムと結合することができる１又はそれ以上のガスタービンシステムを利用して電力を生成している。ガスタービンシステムは、回転シャフトを有する多段軸流圧縮機を含むことができる。空気は、圧縮機の入口に流入して圧縮機ブレード段により圧縮され、次いで燃焼器に吐出されて、ここで天然ガスなどの燃料が燃焼して高エネルギー燃焼ガス流を提供し、タービン構成要素を駆動するようにする。タービン構成要素において、高温ガスのエネルギーは仕事に変換され、その一部を使用して、回転シャフトを通じて一体形圧縮機を駆動することができ、残りの部分は、電気を生成するため回転シャフト（例えば、回転シャフトの延伸部）を介して発電機などの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。発電システム内では、複数のガスタービンシステムを並行して利用することができる。複合サイクルシステムでは、１又はそれ以上の蒸気タービンシステムもまた、１又は複数のガスタービンシステムと共に利用することができる。この設定では、１又は複数のガスタービンシステムからの高温の排気ガスが１又はそれ以上の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に送給されて蒸気を生成し、次いで、この蒸気は、１又は複数のガスタービンシステムとは別個の又は一体形の回転シャフトを有する蒸気タービン構成要素に送給される。何れの場合においても、蒸気のエネルギーは仕事に変換され、これを利用して電力を生成するための発電機のような負荷を駆動することができる。
【０００３】
発電システムが開発されるときには、該発電システムの部品は、協働して所望の出力を有するシステムをもたらすように構成される。需要に応じて出力を増大する能力及び／又は厳しい環境設定下で出力を維持する能力は、当該産業分野における継続した課題である。例えば、真夏日では電力消費量が増大し、従って、発電需要が増大する。真夏日の別の課題は、温度が上昇すると圧縮機の流量が減少し、その結果、発電機出力が低下することである。出力を増大させる（又は例えば真夏日に出力を維持する）１つの手法は、１又は複数のガスタービンシステムの燃焼器への空気流を増大させることができる構成要素を発電システムに追加することである。空気流を増大させる１つの手法は、ガスタービン燃焼器に送り込むための貯蔵容器を追加することである。しかしながら、この特定の手法は通常、貯蔵容器用に別個の動力源を必要とするので、効率的ではない。
【０００４】
空気流を増大させる別の手法は、圧縮機の性能を向上させることである。現在のところ、圧縮機は、先行する圧縮機よりも流れ能力が高くなるように改善されている。これらの新しくより高い能力の圧縮機は通常、同様に構成された新しい燃焼器か又は大きな能力を処理可能な旧式の燃焼器の何れにも対応するように製造される。より新しくより高い能力の圧縮機を利用するために旧式のガスタービンシステムの性能を向上させることにおける課題は、システムの他の高価な部品の性能を向上させることなく、大きな能力を処理することが可能ではないシステムと共により高い能力の圧縮機を利用する機構が、現在のところ存在しないことである。圧縮機の性能向上と同時に性能を向上させることが必要とされることが多い他の部品には、限定ではないが、燃焼器、ガスタービン構成要素、発電機、変圧器、スイッチギヤ、ＨＲＳＧ、蒸気タービン構成要素、蒸気タービン制御バルブ、その他が挙げられる。そのため、圧縮機の性能向上が理論的には望ましいにもかかわらず、他の部品の性能を向上させるコストが追加されることで、追加費用に起因して性能向上が望ましくないものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，４７９，５２３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様は発電システムを提供し、該発電システムが、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、上記第１の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第１のタービン構成要素に供給するよう構成され、上記第１の一体形圧縮機が、上記第１の燃焼器及び上記第１のタービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成する第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、上記第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、上記第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、上記第２のガスタービンシステムに動作可能に結合されたターボ膨張器と、上記第２のガスタービンシステム及び上記ターボ膨張器のうちの少なくとも一方への上記過剰空気流の経路に沿った上記過剰空気流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、上記第１の一体形圧縮機及び上記第２の圧縮機のうちの少なくとも一方の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の流れを制御する第２の制御バルブシステムと、を備える。
【０００７】
本開示の第２の態様は発電システムを提供し、該発電システムが、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、上記第１の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第１のタービン構成要素に供給するよう構成され、上記第１の一体形圧縮機が、上記第１の燃焼器及び上記第１のタービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成する第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、上記第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、上記第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、上記第２のガスタービンシステムに動作可能に結合されたターボ膨張器と、上記第２のガスタービンシステム及び上記ターボ膨張器のうちの少なくとも一方への上記過剰空気流の経路に沿った上記過剰空気流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、上記第１の一体形圧縮機及び上記第２の圧縮機のうちの少なくとも一方の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の流れを制御する第２の制御バルブシステムと、を備え、上記第２の制御バルブシステムが、上記第１の一体形圧縮機の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の第１の部分を制御する第１の制御バルブと、上記第２の圧縮機の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の第２の部分を制御する第２の制御バルブと、を含み、上記ターボ膨張器の吐出部が、上記第１の一体形圧縮機の入口及び上記第２の圧縮機の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する。
【０００８】
本開示の第３の態様は、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、上記第１の一体形圧縮機が上記第１の燃焼器及び上記第１のタービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成する第１のガスタービンシステムの上記第１の一体形圧縮機から過剰空気流を取り出すステップと、第２のタービン構成要素と第２の圧縮機と上記第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み且つ上記第２の燃焼器が高温燃焼ガスを上記第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、上記第２のガスタービンシステムに動作可能に結合されたターボ膨張器とのうちの少なくとも１つに上記過剰空気流の経路に沿って上記過剰空気流を配向するステップと、上記第１の一体形圧縮機及び上記第２の圧縮機のうちの少なくとも一方の入口に上記ターボ膨張器の吐出部の流れを配向するステップと、を含む、方法を提供する。
【０００９】
本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は考察していない他の問題を解決するように意図されている。
【００１０】
本開示のこれらの及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を描いた添付図面を参照しながら、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による発電システムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを描いているものであり、従って、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１３】
上述のように、本開示は、過剰空気流を生成する圧縮機を有するガスタービンシステムを備えた発電システムを提供する。本発明の実施形態は、過剰空気流を利用して発電システムの出力を向上させる方法を提供する。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施形態による発電システム１００の概略図が示される。システム１００は、第１のガスタービンシステム１０２を含む。第１のガスタービンシステム１０２は、他の構成要素の中でもとりわけ、第１のタービン構成要素１０４、第１の一体形圧縮機１０６、及び第１の燃焼器１０８を含むことができる。本明細書で使用される第１の「一体形」圧縮機１０６は、圧縮機１０６とタービン構成要素１０４が、とりわけ共通の圧縮機／タービン回転シャフト１１０（ロータ１１０と呼ばれる場合もある）により共に一体的に結合することができるので、このように呼ばれる。この構造は、別個に動力供給されてタービン構成要素１０４と一体化されない多くの圧縮機とは異なっている。
【００１５】
燃焼器１０８は、燃焼領域及び燃料ノズル組立体を一般に含む、何れかの現在既知の又は将来開発される燃焼器システムを含むことができる。燃焼器１０８は、アニュラ燃焼システム又は缶アニュラ燃焼システム（同様に図に例示される）の形態をとることができる。作動時には、第１の一体形圧縮機１０６からの空気及び天然ガスのような燃料は、燃焼器１０８に供給される。任意選択的に、希釈剤もまた、何らかの既知の又は将来開発される方式で燃焼器１０８に供給することができる。第１の一体形圧縮機１０６によって吸い込まれる空気は、何らかの既知の又は将来開発される入口フィルタハウジング１２０を通過することができる。理解されるように、燃焼器１０８は、燃料及び空気混合気の燃焼により高温燃焼ガスを第１のタービン構成要素１０４に供給するよう構成される。タービン構成要素１０４において、高温燃焼ガスのエネルギーが仕事に変換され、その一部を用いて、回転シャフト１１０を通じて圧縮機１０６を駆動し、残りの部分は、限定ではないが、電気を生成するための発電機１２２及び／又は回転シャフト（回転シャフト１１０の延伸部）を介して別のタービンなどの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。限定ではないが、従来のスタータモータ又は負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータ（図示）などのスタータモータ１１２はまた、（第２のガスタービン１４０に関して本明細書で説明される）第１のガスタービンシステム１０２を始動させる目的で回転シャフト１１０に結合することができる。タービン構成要素１０４は、回転シャフト１１０を介して高温燃焼ガス流を仕事に変換するための何らかの既知の又は将来開発されるタービンを含むことができる。
【００１６】
１つの実施形態において、ガスタービンシステム１０２は、米国サウスカロライナ州グリーンヴィル所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能な７ＦＢエンジンと呼ばれることもあるモデルＭＳ７００１ＦＢを含むことができる。しかしながら、本発明は、何らかの１つの特定のガスタービンシステムに限定されず、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）及びＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）モデルを含む他のシステムに関して実施することができる。
【００１７】
従来のガスタービンシステムモデルとは対照的に、第１の一体形圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４及び／又は第１燃焼器１０８の吸入能力よりも大きな流れ能力を有する。すなわち、圧縮機１０６は、燃焼器１０８及びタービン構成要素１０４と適合するよう構成された圧縮機と比べて、性能が向上した圧縮機である。本明細書で使用される「能力」とは、流量能力を指す。例えば、ガスタービンシステム１０２の初期圧縮機は、約４８７キログラム／秒（ｋｇ／ｓ）（１，０７５ポンド質量／秒（ｌｂｍ／ｓ））の最大流れ能力を有することができ、タービン構成要素１０４は、実質的に同じ最大流れ能力、すなわちおよそ４８７ｋｇ／ｓを有することができる。しかしながら、ここでは圧縮機１０６は、初期の圧縮機を交換しており、例えば、約５４４ｋｇ／ｓ（１，２００ｌｂｍ／ｓ）の増大した最大流れ能力を有することができ、他方、タービン構成要素１０４は、例えばおよそ４８７ｋｇ／ｓの最大流れ能力を引き続き有する。（必要に応じて、スタータモータ１１２もまた、例えば、例示のＬＣＩモータに性能が向上され、第１の一体形圧縮機１０６の始動のため増大した出力要件に対応することができる。）そのため、タービン構成要素１０４は、圧縮機１０６の能力全てを活用することができず、過剰空気流２００は、タービン構成要素１０４の最大能力を上回って圧縮機１０６により生成される。同様に、一体形圧縮機１０６の流れ能力は、燃焼器１０８の最大吸入能力を超えることができる。同様の方式で、タービン構成要素１０４の出力は、一体形圧縮機１０６の全流れ能力に晒された場合には、発電機１２２に対する最大許容入力を超える可能性がある。特定の例示的な流量値を本明細書で説明してきたが、流量能力は、ガスタービンシステム及び利用される新規の高能力一体形圧縮機１０６に応じて大きく変わる可能性があることは強調される。本明細書で記載されるように、本発明は、発電システム１００の他の部品において過剰空気流を利用する発電システム１００の様々な実施形態を提供する。
【００１８】
図１に示す実施形態において、発電システム１００はまた、１又はそれ以上の第２のガスタービンシステム１４０を含む。各第２のガスタービンシステム１４０は、第２のタービン構成要素１４４、第２の圧縮機１４６及び第２の燃焼器１４８を含むことができる。各第２のガスタービンシステム１４０は、圧縮機１４６が性能向上又は交換されてはおらず、それぞれのタービン構成要素１４４及び／又は燃焼器１４８の流れ能力に適合するよう構成された流れ能力を引き続き有することを除いて、実質的に第１のガスタービンシステム１０２と同様とすることができる。第１の一体形圧縮機１０６に関して本明細書で説明されるように、第２の圧縮機１４６からの空気は、燃料と共に第２の燃焼器１４８に供給され、第２の燃焼器１４８は、高温燃焼ガスを第２のタービン構成要素１４４に供給するよう構成される。任意選択的に、希釈剤も何らかの既知の又は将来開発される方式で第２の燃焼器１４８に送給することができる。第２の圧縮機１４６によって吸い込まれる空気は、何らかの既知の又は将来開発される入口フィルタハウジング１５０を通過することができる。第２のタービン構成要素１４４において、高温燃焼ガスのエネルギーが仕事に変換され、その一部を用いて、回転シャフト１５２を通じて圧縮機１４６を駆動することができ、残りの部分は、限定ではないが電気を生成するための発電機１２２及び／又は回転シャフト１５２（回転シャフト１５２の延伸部）を介して別のタービンなどの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。
【００１９】
第２のタービン構成要素１４４はまた、１又はそれ以上のタービンノズル冷却入口１５８を含むことができる。当該技術分野において理解されるように、タービン構成要素における固定ノズルは、とりわけタービン構成要素のノズルを冷却するため噴射されることになる冷却流体流れのための複数の入口（図示せず）を含むことができる。ノズル内又はその周辺の通路は、必要に応じて冷却流体を配向する。明確にするためにタービン構成要素１４４の第１段において１つの入口のみが図示されているが、タービン構成要素１４４の各段は、例えば、タービン構成要素の周りに円周方向に離間した１又はそれ以上の入口を含むことができることは理解される。加えて、タービンノズル冷却入口１５８は、第２のタービン構成要素１４４の第１段又はその近傍で入るものとして例示されているが、理解されるように、実際の何れの段においても１又は複数の入口を設けることができる。
【００２０】
図１にも示されるように、１つの実施形態において、発電システム１００は、任意選択的に、蒸気タービンシステム１６０を含む複合サイクル発電プラントの形態をとることができる。蒸気タービンシステム１６０は、何らかの既知の又は将来開発される蒸気タービン構成を含むことができる。図示の実施例において、高圧（ＨＰ）、中圧（ＩＰ）、及び低圧（ＬＰ）セクションが例示されているが、必ずしも全ての事例において全てが必須という訳ではない。当該技術分野で知られるように、作動時には、蒸気は、１又は複数の蒸気タービンセクションの入口に流入して、固定ベーンを通って送られ、該固定ベーンは、蒸気を下流側に配向して回転シャフト１６２に結合されたブレード（ロータ）に衝突させる。蒸気は、残りの段を通過し、ブレードに力を与えて回転シャフト１６２を回転させるようにすることができる。回転シャフト１６２の少なくとも１つの端部は、限定ではないが、発電機１６６などの負荷又は他の機械、及び／又は別のタービン（例えば、ガスタービン１０２，１０４のうちの１つ）に取り付けることができる。蒸気タービンシステム１６０の蒸気は、１又はそれ以上の蒸気発生器１６８，１０７、すなわち、熱回収蒸気タービン（ＨＲＳＧ）により生成することができる。ＨＲＳＧ１６８は、第１のタービンシステム１０２の排気ガス１７２に結合することができ、ＨＲＳＧ１７０は、１又は複数の第２のガスタービンシステム１４０の排気ガス１７４に結合することができる。すなわち、ガスタービンシステム１０２及び／又は１又は複数のガスタービンシステム１４０の排気ガス１７２，１７４はそれぞれ、蒸気タービンシステム１６０を駆動するため少なくとも１つのＨＲＳＧ１６８、１７０に供給することができる。各ガスタービンシステムは、専用のＨＲＳＧに結合することができ、或いは、一部のシステムは、ＨＲＳＧを共用することができる。後者の場合、２つのＨＲＳＧ１６８，１７０が例示されているが、１つの蒸気発生器だけを設けて、排気ガス１７２，１７４の両方をこれに配向するようにしてもよい。燃焼ガス流は、蒸気発生器１６８，１７０を通過した後、熱が奪われ、何らかの既知の又は将来開発されるエミッション制御システム１７８（例えば、スタック、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット、窒化酸化物フィルタ、その他）を介して排気することができる。図１は、複合サイクルの実施形態を示しているが、ＨＲＳＧ１６８，１７０を含む蒸気タービンシステム１６０を省いてもよい点は強調される。この後者の場合、排気ガス１７２，１７４は、エミッション制御システム１８０に直接渡され、又は他のプロセスで使用されることになる。
【００２１】
発電システム１００はまた、その様々な構成要素を制御するため何らかの既知の又は将来開発される制御システム１８０を含むことができる。制御システム１８０は、構成要素とは別に図示されているが、構成要素全てと、並びにそれぞれの制御可能な特徴要素（例えば、バルブ、ポンプ、モータ、センサ、配電網、発電機制御装置、その他）と電気的に結合されている。
【００２２】
第１のガスタービンシステム１０２の詳細に戻ると、本明細書で説明されるように、第１の一体形圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４及び／又は第１の燃焼器１０８の吸入能力よりも大きな流れ能力を有し、これにより過剰空気流２００が生成される。過剰空気流２００は、第１の一体形圧縮機１０６からその吐出部にて取り出される流れとして図示されている。しかしながら、過剰空気流２００は、必要に応じて一体形圧縮機１０６の何れかの段（例えば、吐出部の上流側の１又はそれ以上の位置、吐出部と該吐出部の上流側の１又はそれ以上の位置、その他）にて適切なバルブ及び関連の制御システムを用いて取り出すことができることは強調される。何れの場合においても、過剰空気流２００は、最終的には、１又は複数の第２のタービンシステム１４０への１又はそれ以上のパイプを含むことができる過剰空気流路２５０に沿って通過する。図１の実施形態において、１又は複数の第２のガスタービンシステム１４０への過剰空気流２００の流れを制御するため、制御バルブシステム２０２が設けられる。過剰空気流２００は、１つの第２のガスタービンシステム１４０にのみ配向されるように例示されているが、必要に応じて及び過剰空気流が１つよりも多くのシステムをサポートできる場合には、１又はそれ以上の第２のガスタービンシステム１４０に過剰空気流を配向することができることは理解される。
【００２３】
発電システム１００はまた、第２のタービンシステム１４０に動作可能に結合されたターボ膨張器２５２を含むことができる。ターボ膨張器２５２は、空気又は蒸気などの高圧ガスを受け取って、この高圧ガスを膨張させることにより仕事を生成することが可能な何らかの既知の又は将来開発される軸流又は遠心流タービンを含むことができる。本事例の場合、過剰空気流２００の少なくとも一部２５４を利用して、ターボ膨張器２５２を駆動することができる。過剰空気流２００の少なくとも一部２５４は、必要に応じて、別の高圧ガス供給源（例えば、ＨＲＳＧ１６８及び／又は１７０、又は別の加圧空気供給源からの蒸気）によって増強することができる。以下では、ターボ膨張器２５２に関する作動及び利点を説明する。
【００２４】
過剰空気流２００は、制御バルブシステム２０２により幾つかの方法で第１のガスタービンシステム１０２から第２のガスタービンシステム１４０及び／又はターボ膨張器２５２に配向することができる。１つの実施形態において、第１の制御バルブシステム２０２は、過剰空気流路２５０に沿った第２のガスタービンシステム１４０及びターボ膨張器２５２の少なくとも一方への過剰空気流２００の流れを制御する。第２のガスタービンシステム１４０に関して、第１の制御バルブシステム２０２は、第２の圧縮機１４６の吐出部２１０、第２の燃焼器１４８、及び第２のタービン構成要素１４４の１又は複数のタービンノズル冷却入口１５８のうちの少なくとも１つへの過剰空気流２００の流れを制御する。制御バルブシステム２０２は、第２のガスタービンシステム１４０の所望の部分に過剰空気流２００の少なくとも一部を供給するのに必要なあらゆる数のバルブを含むことができる。例示されるように、制御バルブシステム２０２は、３つのバルブを含むことができる。第１の制御バルブ２１２は、第２の圧縮機１４６の吐出部２１０への過剰空気流２００の第１の部分を制御することができる。このようにして、過剰空気流２００は、これによる追加のエネルギー消費なしで圧縮機１４６からの空気の流れに付加することができる。第２の制御バルブ２１４は、第２の燃焼器１４８への過剰空気流２００の第２の部分を制御し、すなわち、燃焼のための追加空気を提供することができる。第３の制御バルブ２１６は、第２のタービン構成要素１４４の１又は複数のタービンノズル冷却入口１５８の第３の部分を制御して、とりわけタービン構成要素のノズルに冷却流体を提供することができる。作動時には、図示の実施例は、以下のように機能することができ、すなわち、最初に、制御バルブ２１２が開放して制御バルブ２１４，２１６が閉成した状態で、過剰空気流２００が第２の圧縮機１４６の吐出部２１０に供給され、次いで、制御バルブ２１２及び２１６が閉成し制御バルブ２１４が開放した状態で、過剰空気流２００が燃焼器１４８に供給され、最後に、制御バルブ２１２，２１４が閉成し制御バルブ２１６が開放した状態で、過剰空気流２００が第２のタービン構成要素１４４の１又は複数のタービンノズル冷却入口１５８に供給される。
【００２５】
第１の制御バルブ２０２はまた、過剰空気流路２５０において過剰空気流２００を制御する制御バルブ２５６を含むことができる。ターボ膨張器２５２への過剰空気流２００の送給に関して、第１の制御バルブシステム２０２はまた、ターボ膨張器を駆動するためターボ膨張器２５２に、すなわちターボ膨張器２５２の入口に供給される過剰空気流２００の少なくとも一部２５４を制御する制御バルブ２６６を含むことができる。
【００２６】
第２の制御バルブシステム２７０は、第１の一体形圧縮機１０６及び第２の圧縮機１４６の少なくとも一方の入口へのターボ膨張器２５２の吐出部２７２（明確にするために破線で示される配管）の流れを制御することができる。例示するように、第２の制御バルブシステム２７０は、第１の一体形圧縮機１０６の入口へのターボ膨張器２５２の吐出部２７２の第１の部分を制御する第１の制御バルブ２７４と、第２の圧縮機１４６の入口へのターボ膨張器２５２の吐出部２７２の第２の部分を制御する第２の制御バルブ２７６とを含むことができる。吐出部２７２の各部分は、ゼロを含めて吐出部２７２の何れかの割合とすることができる。
【００２７】
更に各制御システム２０２，２７０に関して、その各制御バルブは、規定の構成要素に所要の部分流れを提供するため開放位置と閉鎖位置の何れかの位置に位置付けることができる。更に、各制御バルブの後に各構成要素への１つの通路が例示されているが、様々な副部品（例えば、第２のタービン構成要素１４４上の多数のタービンノズル冷却入口１５８、燃焼器１４８の多数の燃焼缶、その他）に過剰空気流２００のそれぞれの部分を更に分配するよう、別の配管及び制御バルブを設けてもよい点は強調される。同様に例示されるように、例えば、第１の一体形圧縮機１０６から取り出されるような、各制御バルブ２１２，２１４，２１６の後、その他の過剰空気流２００の少なくとも一部に関する流量を測定するため少なくとも１つのセンサ２２０を設けることができる。各センサ２２０は、例示の種々の制御バルブの自動動作のための何らかの既知の又は将来開発される産業用制御装置を含むことができる制御バルブシステム２０２に動作可能に結合することができる。発電システム１００全体にわたって必要に応じて他のセンサを設けることができる。
【００２８】
上述のように、制御バルブシステム２０２は、過剰空気流路２５０における過剰空気流２００の量を制御するよう動作することができ、制御バルブシステム２６６は、過剰空気流路２５０からターボ膨張器２５２に提供される空気２５４の量を制御するよう動作することができる。制御バルブシステム２０２，７０並びにひいては過剰空気流２００の流れ及びターボ膨張器２５２の動作は、全体の発電システム１００の制御システム１８０の一部とすることができる何らかの既知の又は将来開発される産業用コントローラを用いて制御することができる。制御システム１８０は、制御バルブシステム２０２を制御することを含めて、発電システム１００の種々の構成要素の全ての動作を既知の方式で制御することができる。
【００２９】
過剰空気流２００を生成する第１の一体形圧縮機１０６を含む第１のガスタービンシステム１０２を備えた発電システム１００は、従来のシステムに優る複数の利点を提供する。例えば、圧縮機１０６は、幾つかのガスタービンが利用される場合には極めて高価となる可能性がある、システムにおける全ての構成要素を性能向上させることに関してより低コストで発電システム１００の発電ブロックピーク、ベース及び真夏日出力を改善することができる。加えて、本発明の実施形態は、性能向上した圧縮機、すなわち圧縮機１０６の相対コストを低減させ、その結果、より多くの過剰空気流を効率的に消費する方法を提供することにより、性能向上させた圧縮機の実行可能性及び利点を改善する。更に、第１の一体形圧縮機１０６を含む発電システム１００は、以下の例示的なサブシステム、すなわち、タービン構成要素１０４、発電機１２２、変圧器（図示せず）、スイッチギヤ、ＨＲＳＧ１６８、蒸気タービンシステム１６０、蒸気タービン制御バルブ、その他の何れか１又はそれ以上が小型にされる場合のプロジェクトの実行可能性を改善することにより、システム１００の作動エンベロープを拡張する。このようにして、システム１００は、圧縮機１０６，１４６の両方を性能向上させる場合又は何もしない場合と比べて、例えば、２つのガスタービンと単一の蒸気タービンの複合サイクル（２×１ＣＣ）システムにおける単一圧縮機を性能向上させる改善された事象を提供する。
【００３０】
ターボ膨張器２５２は、単独で、或いは、過剰空気流２００を生成する第１の一体形圧縮機１０６と併せて幾つかの利点を提供することができる。１つの利点は、始動時に回転シャフト１５２に対して追加の転回動力を提供し、スタータモータ１５６の出力を増強できることである。例示のように、第２のガスタービンシステム１４０は、第２の圧縮機１４６、第２のタービン構成要素１４４、スタータモータ１５６、及びターボ膨張器２５２を結合する回転シャフト１５２を含むことができる。発電機１５４また、回転シャフト１５２に結合される。スタータモータ１５６は、第２のガスタービンシステム１４０の始動用の何らかの既知の又は将来開発されるモータを含むことができる。当該技術分野で理解されるように、始動は、スタータモータ１５６がギヤ速度（すなわち、タービンロータが連続的に転回してロータの湾曲を防ぐようにする速度）で転回して、次いでモータの影響下でパージ速度（すなわち、空気が流動可能な速度）まで増大し、次に燃焼器１４８が初期燃料流を点火する速度に低下することを含むことができる。その後、回転シャフト１５２及びシステムの残りの部分は、全速無負荷条件（ＦＳＮＬ）に達するまでモータ１９０の影響下で加速する。この時点では、ガスタービンシステム１４０は、出力を発生していないが、自続しており、燃焼器１４８内の燃料が速度を制御している。続いて、ガスタービンシステム１４０は、負荷運転（ブレーカ閉）に入って、発電機１５４を用いて出力生成を開始し、その後、全速無負荷条件（ＦＳＮＬ）ステータスが達成されるまで、燃焼器１４８内の燃料、第２のタービン構成要素１４４のベーン、その他などの調整が行われる。第２のガスタービンシステム１４０の性能が向上されるような場合には、そのスタータモータ１５６は小型化することができる。すなわち、第２の圧縮機１４６、第２のタービン構成要素１４４及び／又は発電機（１５４）などの構成要素は、スタータモータ１５６が第２のガスタービンシステム１４０の始動用に機能させるには不十分な出力を有するようなサイズにされる場合がある。しかしながら、ターボ膨張器２５２を設けることで、始動時に回転シャフト１５２に対して追加の転回出力を提供し、スタータモータ１５６を増強することができる。このようにして、小型のスタータモータ１５６を交換する必要がなくなり、負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータなどの大型のモータのコストを排除することができる（第１のガスタービンシステム１０２はＬＣＩモータ１１２を備えて図示されている）。加えて、ターボ膨張器２５２のトルク出力はまた、第１の圧縮機１０６からの過剰空気流２００の供給の方が１又は複数の第２のガスタービンシステム１４０によって消費できる量よりも大きいピーク負荷運転の期間中に、発電機１５４の出力を増強することができる。ターボ膨張器２５２の別の利点は、第１の一体形圧縮機１０６の入口及び／又は第２の圧縮機１４６の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を吐出部２７２が有することである。このようにして、ターボ膨張器２５２は、第２の制御バルブシステム２７０を介して、圧縮機の一方又は両方への入口空気を冷却し、１又は両方の圧縮機１０６，１４６の出力及び効率を向上するように機能することができる。
【００３１】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図していない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００３２】
以下の請求項における全ての全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する内部構造、材料、動作、及びその均等物は、明確に特許請求される他の特許請求された要素と組み合せて機能を実行するあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容に対して排他的又は限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最もよく説明するように、また、企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解できるように選択し説明された。
【００３３】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
発電システムであって、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、上記第１の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第１のタービン構成要素に供給するよう構成され、上記第１の一体形圧縮機が、上記第１の燃焼器及び上記第１のタービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成する第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、上記第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、上記第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、上記第２のガスタービンシステムに動作可能に結合されたターボ膨張器と、上記第２のガスタービンシステム及び上記ターボ膨張器のうちの少なくとも一方への上記過剰空気流の経路に沿った上記過剰空気流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、上記第１の一体形圧縮機及び上記第２の圧縮機のうちの少なくとも一方の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の流れを制御する第２の制御バルブシステムと、を備える、発電システム。
［実施態様２］
上記過剰空気流が、上記第１の制御バルブシステムにより上記第２の圧縮機の吐出部に供給される、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様３］
上記過剰空気流が、上記第１の制御バルブシステムにより上記第２の燃焼器に供給される、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様４］
上記過剰空気流が、上記第１の制御バルブシステムにより上記第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口に供給される、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様５］
上記第１の制御バルブシステムが、上記第２の圧縮機の吐出部、上記第２の燃焼器、及び上記第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口のうちの少なくとも１つへの上記過剰空気流の流れを制御する、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様６］
上記第１の制御バルブシステムが、上記第２の圧縮機の吐出部への上記過剰空気流の第１の部分を制御する第１の制御バルブと、上記第２の燃焼器への上記過剰空気流の第２の部分を制御する第２の制御バルブと、上記第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口への上記過剰空気流の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブと、を含む、実施態様５に記載の発電システム。
［実施態様７］
上記過剰空気流の少なくとも一部についての流量を測定する少なくとも１つのセンサを更に備え、上記センサの各々が、上記第１の制御バルブシステムに動作可能に結合されている、実施態様６に記載の発電システム。
［実施態様８］
上記第１のタービンシステム及び上記第２のタービンシステムの各々の排気ガスが、蒸気タービンシステムを駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器に供給される、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様９］
上記第２の制御バルブシステムが、上記第１の一体形圧縮機の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の第１の部分を制御する第１の制御バルブと、上記第２の圧縮機の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の第２の部分を制御する第２の制御バルブと、を含む、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様１０］
上記第２のガスタービンシステムが更に、上記第２の圧縮機、上記第２のタービン構成要素、スタータモータ及び上記ターボ膨張器を結合する回転シャフトを含む、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様１１］
上記第１のガスタービンシステムが更に、上記第１の一体形圧縮機、上記第１のタービン構成要素、及び負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータを結合する回転シャフトを含む、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様１２］
上記ターボ膨張器の吐出部が、上記第１の一体形圧縮機の入口及び上記第２の圧縮機の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様１３］
発電システムであって、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、上記第１の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第１のタービン構成要素に供給するよう構成され、上記第１の一体形圧縮機が、上記第１の燃焼器及び上記第１のタービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成する第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、上記第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、上記第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを上記第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、上記第２のガスタービンシステムに動作可能に結合されたターボ膨張器と、上記第２のガスタービンシステム及び上記ターボ膨張器のうちの少なくとも一方への上記過剰空気流の経路に沿った上記過剰空気流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、上記第１の一体形圧縮機及び上記第２の圧縮機のうちの少なくとも一方の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の流れを制御する第２の制御バルブシステムと、を備え、上記第２の制御バルブシステムが、上記第１の一体形圧縮機の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の第１の部分を制御する第１の制御バルブと、上記第２の圧縮機の入口への上記ターボ膨張器の吐出部の第２の部分を制御する第２の制御バルブと、を含み、上記ターボ膨張器の吐出部が、上記第１の一体形圧縮機の入口及び上記第２の圧縮機の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する、発電システム。
［実施態様１４］
上記第１の制御バルブシステムが、上記第２の圧縮機の吐出部、上記第２の燃焼器、及び上記第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口のうちの少なくとも１つへの上記過剰空気流の流れを制御する、実施態様１３に記載の発電システム。
［実施態様１５］
上記第１の制御バルブシステムが、上記第２の圧縮機の吐出部への上記過剰空気流の第１の部分を制御する第１の制御バルブと、上記第２の燃焼器への上記過剰空気流の第２の部分を制御する第２の制御バルブと、上記第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口への上記過剰空気流の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブと、を含む、実施態様１４に記載の発電システム。
［実施態様１６］
上記第１のタービンシステム及び上記第２のタービンシステムの各々の排気ガスが、蒸気タービンシステムを駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器に供給される、実施態様１３に記載の発電システム。
［実施態様１７］
上記第２のガスタービンシステムが更に、上記第２の圧縮機、上記第２のタービン構成要素、スタータモータ及びターボ膨張器を結合する回転シャフトを含む、実施態様１に記載の発電システム。
［実施態様１８］
上記第１のガスタービンシステムが更に、上記第１の一体形圧縮機、上記第１のタービン構成要素、及び負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータを結合する回転シャフトを含む、実施態様１３に記載の発電システム。
［実施態様１９］
第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、上記第１の一体形圧縮機が上記第１の燃焼器及び上記第１のタービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成する第１のガスタービンシステムの上記第１の一体形圧縮機から過剰空気流を取り出すステップと、第２のタービン構成要素と第２の圧縮機と上記第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み且つ上記第２の燃焼器が高温燃焼ガスを上記第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、上記第２のガスタービンシステムに動作可能に結合されたターボ膨張器とのうちの少なくとも１つに上記過剰空気流の経路に沿って上記過剰空気流を配向するステップと、上記第１の一体形圧縮機及び上記第２の圧縮機のうちの少なくとも一方の入口に上記ターボ膨張器の吐出部の流れを配向するステップと、を含む、方法。
［実施態様２０］
上記ターボ膨張器の吐出部が、上記第１の一体形圧縮機の入口及び上記第２の圧縮機の入口に流入する空気の入口温度よりも低い吐出温度を有する、実施態様１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００３４】
１００  発電システム
１０２  第１のガスタービンシステム
１０４  第１のタービン構成要素
１０６  第１の一体形圧縮機
１０８  第１の燃焼器
１１０  タービン回転シャフト
１２０  入口フィルタハウジング
１２２，１５４，１６６  発電機
１４０  第２のガスタービンシステム
１４４  第２のタービン構成要素
１４６  第２の圧縮機
１４８  第２の燃焼器
１５０  将来開発される入口フィルタハウジング
１５２  回転シャフト
１５８  ノズル冷却入口
１６０  蒸気タービンシステム
１６２  回転シャフト
１６６  発電機
１６８，１７０  蒸気発生器
１７２，１７４  排気ガス
１７８  エミッション制御システム
１８０  制御システム
２００  空気流
２０２  第１の制御バルブシステム
２１０，２７２  吐出部
２１２，２７４  第１の制御バルブ
２１４  第２の制御バルブ
２１６  第３の制御バルブ
２２０  センサ
２５０  過剰空気流路
２５２  ターボ膨張器
２５４  少なくとも一部
２５６，２６６  制御バルブ
２７０  第２の制御バルブシステム
【図１】
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