(57)【要約】【課題】余剰空気を作り出す圧縮機および補助圧縮機を備えるガスタービンシステムを含む発電システムを提供する。【解決手段】第１燃焼器（１０８）が第１タービン部品（１０４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されており、第１一体型圧縮機（１０６）が第１燃焼器（１０８）および第１タービン部品（１０４）の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有している、第１ガスタービンシステム（１０２）を含む発電システム（１００）。第２ガスタービンシステム（１４０）は、圧縮機に余剰容量がないこと以外は、第１タービンシステムと同様の部品を含み得る。制御弁システム（２０２）は、第１ガスタービンシステム（１０２）から第２ガスタービンシステム（１４０）に向かう余剰空気（２００）の流れを制御する。補助圧縮機（２５２）は、追加空気を含む余剰空気（２００）の増加のために、余剰空気（２００）経路と接続されてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１タービン部品（１０４）、第１一体型圧縮機（１０６）、ならびに燃料および前記第１一体型圧縮機（１０６）からの空気が供給される第１燃焼器（１０８）を含む第１ガスタービンシステム（１０２）であって、前記第１燃焼器（１０８）が前記第１タービン部品（１０４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されており、前記第１一体型圧縮機（１０６）が前記第１燃焼器（１０８）および前記第１タービン部品（１０４）の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有し、それによって余剰空気（２００）を作り出す、第１ガスタービンシステム（１０２）と、
第２タービン部品（１４４）、第２圧縮機（１４６）、ならびに燃料および前記第２圧縮機（１４６）からの空気が供給される第２燃焼器（１４８）を含む第２ガスタービンシステム（１４０）であって、前記第２燃焼器（１４８）が前記第２タービン部品（１４４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されている、第２ガスタービンシステム（１４０）と、
前記第１ガスタービンシステム（１０２）から、余剰空気（２００）経路を通って、前記第２ガスタービンシステム（１４０）に向かう前記余剰空気（２００）の流れを制御する制御弁システム（２０２）と、
追加空気を含む前記余剰空気（２００）の増加のために、前記余剰空気（２００）経路と接続された補助圧縮機（２５２）と
を備える発電システム（１００）。
【請求項２】
前記余剰空気（２００）が前記第２圧縮機（１４６）の放出部（２１０）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】
前記余剰空気（２００）が前記第２燃焼器（１４８）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項４】
前記余剰空気（２００）が前記第２タービン部品（１４４）のタービンノズル冷却用吸気口（１５８）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項５】
前記制御弁システム（２０２）が、前記第２圧縮機（１４６）の前記放出部（２１０）、前記第２燃焼器（１４８）、および前記第２タービン部品（１４４）の前記タービンノズル冷却用吸気口（１５８）の少なくとも１つに向かう前記余剰空気（２００）の流れを制御する、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項６】
前記制御弁システム（２０２）が、前記第２圧縮機（１４６）の前記放出部（２１０）に向かう前記余剰空気（２００）の第１部分を制御する第１制御弁（２５６）と、前記第２燃焼器（１４８）に向かう前記余剰空気（２００）の第２部分を制御する第２制御弁（２１４）と、前記第２タービン部品（１４４）の前記タービンノズル冷却用吸気口（１５８）に向かう前記余剰空気（２００）の前記流れの第３部分を制御する第３制御弁（２１６）とを含む、請求項５に記載の発電システム（１００）。
【請求項７】
前記余剰空気（２００）の少なくとも一部の流量を計測するために、少なくとも１つのセンサ（２２０）をさらに含み、前記センサ（２２０）の各々が前記制御弁システム（２０２）と動作可能に接続されている、請求項６に記載の発電システム（１００）。
【請求項８】
前記第１タービンシステム（１０２）および前記第２タービンシステム（１４０）の各々の排気（１７２、１７４）が、蒸気タービンシステム（１６０）に電力を供給するために、少なくとも１つのボイラに供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項９】
前記補助圧縮機（２５２）が、前記第１タービンシステム（１０２）および前記第２タービンシステム（１４０）の少なくとも１つによって電力を供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１０】
前記補助圧縮機（２５２）が、蒸気タービンシステム（１６０）によって電力を供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１１】
前記補助圧縮機（２５２）が往復動機関によって電力を供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１２】
前記補助圧縮機（２５２）が、可変速電動モータによって電力を供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１３】
前記補助圧縮機（２５２）が、航空転用ガスタービンドライブによって電力を供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１４】
第１タービン部品（１０４）、第１一体型圧縮機（１０６）、ならびに燃料および前記第１一体型圧縮機（１０６）からの空気が供給される第１燃焼器（１０８）を含む第１ガスタービンシステム（１０２）であって、前記第１燃焼器（１０８）が前記第１タービン部品（１０４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されており、前記第１一体型圧縮機（１０６）が前記第１燃焼器（１０８）および前記第１タービン部品（１０４）の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有し、それによって余剰空気（２００）を作り出す、第１ガスタービンシステム（１０２）と、
第２タービン部品（１４４）、第２圧縮機（１４６）、ならびに燃料および前記第２圧縮機（１４６）からの空気が供給される第２燃焼器（１４８）を含む第２ガスタービンシステム（１４０）であって、前記第２燃焼器（１４８）が前記第２タービン部品（１４４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されている、第２ガスタービンシステム（１４０）と、
前記第２圧縮機（１４６）の放出部（２１０）、前記第２燃焼器（１４８）、および前記第２ガスタービン部品（１４４）のノズル冷却吸気口（１５８）の少なくとも１つに、余剰空気（２００）経路を通って向かう余剰空気（２００）の流れを制御する制御弁システム（２０２）と、
追加空気を含む前記余剰空気（２００）の増加のために、前記余剰空気（２００）経路と接続された補助圧縮機（２５２）と
を備える発電システム（１００）であって、前記制御弁システム（２０２）が、
前記第２圧縮機（１４６）の放出部（２１０）に向かう前記余剰空気（２００）の第１部分を制御する第１制御弁（２５６）と、
前記第２燃焼器（１４８）に向かう前記余剰空気（２００）の第２部分を制御する第２制御弁（２１４）と、
前記第２タービン部品（１４４）の前記タービンノズル冷却用吸気口（１５８）に向かう前記余剰空気（２００）の前記流れの第３部分を制御する第３制御弁（２１６）と
を含み、
前記第１タービンシステム（１０２）および前記第２タービンシステム（１４０）の各々の排気（１７２、１７４）が、蒸気タービンシステム（１６０）に電力を供給するために、少なくとも１つのボイラに供給される発電システム（１００）。
【請求項１５】
前記補助圧縮機（２５２）が、前記第１タービンシステム（１０２）および前記第２タービンシステム（１４０）の少なくとも１つによって電力を供給される、請求項１４に記載の発電システム（１００）。
【請求項１６】
前記補助圧縮機（２５２）が、蒸気タービンシステム（１６０）によって電力を供給される、請求項１４に記載の発電システム（１００）。
【請求項１７】
前記補助圧縮機（２５２）が、往復動機関によって電力を供給される、請求項１４に記載の発電システム（１００）。
【請求項１８】
前記補助圧縮機（２５２）が、可変速電動モータによって電力を供給される、請求項１４に記載の発電システム（１００）。
【請求項１９】
前記補助圧縮機（２５２）が、航空転用ガスタービン駆動装置によって電力を供給される、請求項１４に記載の発電システム（１００）。
【請求項２０】
第１タービン部品（１０４）、第１一体型圧縮機（１０６）、ならびに燃料および前記第１一体型圧縮機（１０６）からの空気が供給される第１燃焼器（１０８）を含む第１ガスタービンシステム（１０２）であって、前記第１燃焼器（１０８）が前記第１タービン部品（１０４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されており、前記第１一体型圧縮機（１０６）が前記第１燃焼器（１０８）および前記第１タービン部品（１０４）の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有している、第１ガスタービンシステム（１０２）の前記第１一体型圧縮機（１０６）から余剰空気（２００）を取り出すことと、
第２タービン部品（１４４）、第２圧縮機（１４６）、ならびに燃料および前記第２圧縮機（１４６）からの空気が供給される第２燃焼器（１４８）を含む第２ガスタービンシステム（１４０）であって、前記第２燃焼器（１４８）が前記第２タービン部品（１４４）に高温燃焼ガスを供給するように配置されている、第２ガスタービンシステム（１４０）に、前記余剰空気（２００）を導くことと、
余剰空気（２００）経路と接続された補助圧縮機（２５２）を用いて、前記余剰空気（２００）を増加させることと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に発電システムに関し、より詳細には、余剰空気を作り出す圧縮機および補助圧縮機を備えるガスタービンシステムを含む発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムは、１以上の蒸気タービンシステムと接続され得る、１以上のガスタービンシステムを用いて、発電を行うことが多い。ガスタービンシステムは、回転軸を備える多段軸流圧縮機を含んでいてもよい。空気は、圧縮機の吸気口から入り、圧縮機ブレード段によって圧縮された後、燃焼器に放出される。燃焼器では、天然ガスなどの燃料が燃焼し、タービン部品を駆動するための高エネルギー燃焼ガス流を供給する。タービン部品では、高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、この仕事の一部が、回転軸を通じて一体型圧縮機を駆動させるために用いられ得る。この際の残余は、電気を発生させるために、回転軸（例えば、回転軸の延長部分）を介して発電機などの負荷を駆動させる有益な仕事に用いられ得る。いくつかのガスタービンシステムが、発電システム内部で並行して用いられてもよい。また、複合サイクルシステムでは、１以上の蒸気タービンシステムが、ガスタービンシステムと共に用いられてもよい。こうした設定において、ガスタービンシステムからの高温排ガスは、１以上の廃熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）に送り込まれ、蒸気を作り出す。次いでこの蒸気は、ガスタービンシステムと別体または一体の回転軸を備えるスチームタービン部品に送り込まれる。いずれにしても、蒸気エネルギーは仕事に変換され、この仕事は、電気を発生させる発電機などの負荷を駆動するために用いられ得る。
【０００３】
発電システムが作り出される場合、このシステムの部品は、所望の発電出力を有するシステムを提供するために、共に動作するように構成される。要望に応じて発電出力を増やす能力、および／または困難な周辺環境のもとで発電出力を維持する能力は、産業界において絶えず問題となっている。例えば、暑い日には、電力消費が増加し、そのために発電需要が増加する。暑い日に起こる別の問題は、温度が高くなるにつれて、圧縮機の流量が減少し、結果的に発電機出力が減少することである。発電出力を増加させる（または、例えば暑い日に、発電出力を維持する）ための一手法は、発電システムに、ガスタービンシステムの燃焼器に入る空気流量を増加させ得る部品を加えることである。空気流量を増加させるための一手法は、ガスタービン燃焼器に空気を供給する補助圧縮機を追加することである。しかし、当該の手法は、補助圧縮機用の別個の電源を通常必要とし、効率的ではない。
【０００４】
空気流量を増加させるための別の手法は、圧縮機をアップグレードすることである。現在、圧縮機は改良されており、以前の圧縮機よりも流量容量が大きくなっている。これらの、より大容量の新たな圧縮機は、通常、同様に構成された新たな燃焼器、またはより古い燃焼器ではあるが増加した容量を扱うことができる燃焼器に対応するように製造される。ガスタービンシステムをアップグレードして、より大容量の新たな圧縮機を用いることの問題は、システムの他の高価な部品をアップグレードすることなく、増加した容量を扱うことができるシステムを備えた、より大容量の圧縮機を用いる機械は、現在のところ存在しないということである。圧縮機のアップグレードと同時に、しばしばアップグレードされる必要がある他の部品には、燃焼器、ガスタービン部品、発電機、変圧器、開閉装置、ＨＲＳＧ、蒸気タービン部品、蒸気タービン制御弁などが含まれるが、これらに限定されるものではない。したがって、理論的には圧縮機のアップグレードを推奨し得るとしても、他の部品のアップグレードに付随するコストがあり、この追加の出費のために、アップグレードは賢明ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４−０３５２３１８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第一の態様は、第１タービン部品、第１一体型圧縮機、ならびに燃料および第１一体型圧縮機からの空気が供給される第１燃焼器を含む第１ガスタービンシステムであって、第１燃焼器が第１タービン部品に高温燃焼ガスを供給するように配置されており、第１一体型圧縮機が第１燃焼器および第１タービン部品の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有し、それによって余剰空気を作り出す、第１ガスタービンシステムと、第２タービン部品、第２圧縮機、ならびに燃料および第２圧縮機からの空気が供給される第２燃焼器を含む第２ガスタービンシステムであって、第２燃焼器が第２タービン部品に高温燃焼ガスを供給するように配置されている、第２ガスタービンシステムと、第１ガスタービンシステムから、余剰空気経路を通って、第２ガスタービンシステムに向かう余剰空気の流れを制御する制御弁システムと、追加空気を含む余剰空気の増加のために、余剰空気経路と接続された補助圧縮機とを備える発電システムを提供する。
【０００７】
本開示の第２の態様は、第１タービン部品、第１一体型圧縮機、ならびに燃料および第１一体型圧縮機からの空気が供給される第１燃焼器を含む第１ガスタービンシステムであって、第１燃焼器が第１タービン部品に高温燃焼ガスを供給するように配置されており、第１一体型圧縮機が第１燃焼器および第１タービン部品の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有し、それによって余剰空気を作り出す、第１ガスタービンシステムと、第２タービン部品、第２圧縮機、ならびに燃料および第２圧縮機からの空気が供給される第２燃焼器を含む第２ガスタービンシステムであって、第２燃焼器が第２タービン部品に高温燃焼ガスを供給するように配置されている、第２ガスタービンシステムと、第１ガスタービンシステムから、余剰空気経路を通って、第２ガスタービンシステムに向かう余剰空気の流れを制御する制御弁システムと、追加空気を含む余剰空気の増加のために、余剰空気経路と接続された補助圧縮機とを備える発電システムで、制御弁システムが、第２圧縮機の放出部に向かう余剰空気の第１部分を制御する第１制御弁と、第２燃焼器に向かう余剰空気の第２部分を制御する第２制御弁と、第２タービン部品のタービンノズル冷却用吸気口に向かう余剰空気の流れの第３部分を制御する第３制御弁とを含み、第１タービンシステムおよび第２タービンシステムの各々の排気が、蒸気タービンシステムに電力を供給するために、少なくとも１つのボイラに提供される発電システムを提供する。
【０００８】
本開示の第３の態様は、第１タービン部品、第１一体型圧縮機、ならびに燃料および第１一体型圧縮機からの空気が供給される第１燃焼器を含む第１ガスタービンシステムであって、第１一体型圧縮機が第１燃焼器および第１タービン部品の少なくとも１つの吸気容量よりも大きな流量容量を有する第１ガスタービンシステムの、第１一体型圧縮機から余剰空気を取り出すことと、第２タービン部品、第２圧縮機、ならびに燃料および第２圧縮機からの空気が供給される第２燃焼器を含む第２ガスタービンシステムであって、第２燃焼器が第２タービン部品に高温燃焼ガスを供給するように配置されている第２ガスタービンシステムに、余剰空気を向けることと、余剰空気経路と接続された補助圧縮機を用いて、余剰空気を増加させることとを含む方法を提供する。
【０００９】
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明されている問題、および／または論じられていない問題を解決するために設計されている。
【００１０】
本開示の上記および他の特徴は、本開示の様々な実施形態を描いた添付図面を参照した、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、より容易に明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る発電システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
なお、本開示の図は縮尺通りではない。図は、本開示の典型的な様態のみを描くことを目的としている。そのため、本開示の範囲を限定するものと理解されるべきではない。図においては、同様の番号が、複数の図にある同様の構成要素を表す。
【００１３】
本開示は、上述の通り、余剰空気を作り出す圧縮機を含むガスタービンシステムを含む、発電システムを提供する。本発明の実施形態は、発電システムの出力を向上させるために、余剰空気を用いる方法を提供する。
【００１４】
図１を参照すると、本開示の実施形態に関する発電システム１００の概略図が提供される。システム１００は、第１ガスタービンシステム１０２を含む。第１ガスタービンシステム１０２は、主として、第１タービン部品１０４、第１一体型圧縮機１０６、および第１燃焼器１０８を含んでいてもよい。本明細書で用いられる場合、第１「一体型」圧縮機１０６は、圧縮機１０６と称され、タービン部品１０４は、特に、共通の圧縮機／タービン回転軸１１０（ロータ１１０と呼ばれることもある）によって一体に接続されていてもよい。多くの補助圧縮機は、タービン部品１０４とは別個に電力が供給され、タービン部品１０４と一体でないため、本構成とは対照的である。
【００１５】
燃焼器１０８は、燃焼領域および燃料ノズルアセンブリを一般的に含む、現在知られている、または将来開発される任意の燃焼器システムを含んでいてもよい。燃焼器１０８は、環状燃焼システム、または（図が示すように）環状筒型燃焼システムの形態をとってもよい。運転中は、第１一体型圧縮機１０６からの空気、および天然ガスなどの燃料が、燃焼器１０８に供給される。また、現在知られている、または将来開発される任意の方法で、希釈剤も、燃焼器１０８に任意選択的に送り出され得る。第１一体型圧縮機１０６によって送り込まれる空気は、現在知られている、または将来開発される任意の吸気口フィルタハウジング１２０を通過してもよい。理解されるように、燃焼器１０８は、燃料および空気の混合物の燃焼によって、第１タービン部品１０４に高温燃焼ガスを供給するように配置されている。タービン部品１０４において、高温燃焼ガスのエネルギーは仕事に変換され、この一部は、回転軸１１０を通じて圧縮機１０６を駆動させるために用いられる。この際の残余は、以下に限定されないが、電気を発生させるための発電機１２２、および／または回転軸１１０を介した別のタービン（回転軸１１０の拡張部）などの負荷を駆動させる、有益な仕事に用いられ得る。タービン部品１０４は、回転軸１１０を介して高温燃焼ガス流を仕事に変換する、現在知られている、または将来開発される任意のタービンを含んでいてもよい。
【００１６】
一実施形態では、ガスタービンシステム１０２は、グリーンビル、サウスカロライナのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている、７ＦＢエンジンと呼ばれることもあるＭＳ７００１ＦＢ型を含んでいてもよい。しかし、本発明は、特定のガスタービンシステムに限定されるものではなく、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）型およびＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）型を含む、他のシステムとの連関で実現され得る。
【００１７】
従来のガスタービンシステムモデルとは対照的に、第１一体型圧縮機１０６は、タービン部品１０４および／または第１燃焼器１０８の吸気容量よりも大きい流量容量を有する。すなわち、燃焼器１０８およびタービン部品１０４と合うように構成された燃焼器と比較して、圧縮機１０６は、アップグレードされた燃焼器である。本明細書では、「容量」は流量容量を示す。例えば、ガスタービンシステム１０２の最初の圧縮機は、約４８７キログラム／秒（ｋｇ／ｓ）（１，０７５ポンド質料／秒（ｌｂｍ／ｓ））の最大流量容量を有し得る。また、タービン部品１０４は、最大流量容量と実質的に等しい、すなわち約４８７ｋｇ／ｓの容量を有し得る。しかし、ここで最初の圧縮機を圧縮機１０６に交換すると、タービン部品１０４は、引き続き最大流量容量、すなわち約４８７ｋｇ／ｓを有するのに対し、圧縮機１０６は、例えば約５４４ｋｇ／ｓ（１，２００ｌｂｍ／ｓ）の増加した最大流量容量を有し得る。したがって、タービン部品１０４は、圧縮機１０６の容量すべてを利用することができず、圧縮機１０６により、タービン部品１０４の最大容量を超える余剰空気２００が作り出される。同様に、一体型圧縮機１０６の流量容量は、燃焼器１０８の最大吸気容量を超え得る。同様に、タービン部品１０４が一体型圧縮機１０６の全流量容量にさらされると、タービン部品１０４の発電出力は、発電機１２２に対する最大の許容入力量を超えることもあり得る。本明細書では、特に具体例となる流量値が説明されているが、用いられるガスタービンシステムおよび大容量の新たな一体型圧縮機１０６に応じて、流量容量には大きな差があり得ることを強調しておく。本明細書で以下に説明されるように、本発明は、発電システム１００が、発電システム１００の他の部品において余剰空気を用いるために、様々な実施形態を提供する。
【００１８】
図１が示す実施形態では、発電システム１００はさらに、１以上のガスタービンシステム１４０を含む。第２ガスタービンシステム１４０の各々は、第２タービン部品１４４、第２圧縮機１４６、および第２燃焼器１４８を含んでいてもよい。第２ガスタービンシステム１４０の各々は、第２ガスタービンシステム１４０の圧縮機１４６を除いて、第１ガスタービンシステム１０２と実質的に同様であり得る。この圧縮機は、アップグレードも交換もされておらず、タービン部品１４４および／または燃焼器１４８の各流量容量に合うように構成された流量容量を依然として有している。第１一体型圧縮機１０６に関して本明細書で説明されるように、第２圧縮機１４６からの空気は、燃料と共に第２燃焼器１４８に供給される。第２燃焼器１４８は、第２タービン部品１４４に高温燃焼ガスを供給するように構成されている。現在知られている、または将来開発される任意の方法で、希釈剤も、第２燃焼器１４８に任意選択的に送り出され得る。第２圧縮機１４６によって引き込まれた空気は、現在知られている、または将来開発される任意の吸気口フィルタハウジング１５０を通過し得る。第２タービン部品１４４において、高温燃焼ガスのエネルギーは、仕事に変換され、この一部は、回転軸１５２を通じて圧縮機１４６を駆動させるために用いられる。この際の残余は、以下に限定されないが、電気を発生させるための発電機１５４、および／または回転軸１５２を介した別のタービン（回転軸１５２の拡張部）などの負荷を駆動させる、有益な仕事に用いられ得る。
【００１９】
第２タービン部品１４４は、１以上のタービンノズル冷却用吸気口１５８を含んでいてもよい。当技術分野で理解されているように、タービン部品における固定ノズルは、特にタービン部品のノズルを冷却するために注入される冷却流体が入る、いくつかの吸気口（図示せず）を含んでいてもよい。ノズルの内部および周辺の流路は、必要な場所に冷却液を送り出す。明確にするために、タービン部品１４４の初段には、１つの吸気口しか示されていないが、タービン部品１４４の各段は、例えばタービン部品周辺に間隔をあけて配置された１以上の吸気口を含む。さらに、タービンノズル冷却用吸気口１５８は、第２タービン部品１４４の初段、またはこの近くで入るものとして描かれているが、理解されるように、実際には、吸気口はどの段で供給されてもよい。
【００２０】
図１にも示されているように、一実施形態では、発電システム１００は、蒸気タービンシステム１６０を含む複合サイクル発電所の形態を任意選択的に取ってもよい。蒸気タービンシステム１６０は、現在知られている、または将来開発される任意の蒸気タービン設備を含んでいてもよい。図示されている例では、高圧（ＨＰ）部、中圧（ＩＰ）部、および低圧（ＬＰ）部が描かれているが、必ずしもすべての部分が必要ではない。当技術分野で知られているように、運転中は、蒸気が蒸気タービン部の吸気口に入り、固定翼によって運ばれる。固定翼は、回転軸１６２（ロータ）と接続されたブレードに逆らって、蒸気を下流に向ける。蒸気は、ブレードに力を与えながら残りの段を通過し、それによって回転軸１６２を回転させ得る。回転軸１６２の少なくとも一端は、以下には限定されないが、発電機１６６、および／または、例えばガスタービンシステム１０２、１４０の１つのような別のタービンなどの、負荷または機械と接続され得る。蒸気タービンシステム１６０のための蒸気は、１以上のボイラ１６８、１７０、すなわち排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）によって発生し得る。ＨＲＳＧ１６８は、第１タービンシステム１０２の排気１７２と接続されてもよい。ＨＲＳＧ１７０は、第２ガスタービンシステム１４０の排気１７４と接続されてもよい。すなわち、ガスタービンシステム１０２および／またはガスタービンシステム１４０の排気１７２、１７４は、蒸気タービンシステム１６０に電力を供給するために、それぞれ少なくとも１つのＨＲＳＧ１６８、１７０に供給され得る。ガスタービンシステムの各々は、専用のＨＲＳＧに接続されてもよく、またいくつかのシステムが、ＨＲＳＧを共有してもよい。後者の場合、２つのボイラ１６８、１７０が描かれているが、１つのボイラのみが提供されて、ここに両排気１７２、１７４が導かれてもよい。ＨＲＳＧ１６８、１７０を通過して熱を消耗した燃焼ガス流は、その後、例えば煙突、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット、亜酸化窒素フィルタなどの、現在知られている、または将来開発される任意の排気制御システム１７８を介して排出され得る。図１は、複合サイクルの実施形態を示しているが、ボイラ１６８、１７０を含む蒸気タービンシステム１６０は、省略され得ることを強調しておく。蒸気タービンシステム１６０が省略された場合、排気１７２、１７４は、排気制御システム１７８に直接送られるか、他のプロセスで用いられてもよい。
【００２１】
発電システム１００は、様々な部品を制御するための、現在知られている、または将来開発される任意の制御システム１８０を含み得る。制御システム１８０は、部品から切り離されて示されているが、例えば弁、ポンプ、モータ、センサ、配電網、発電機制御装置などの部品すべて、およびそれぞれの制御可能な機構と電気的に接続されていることが理解される。
【００２２】
第１ガスタービンシステム１０２の詳細に戻ると、本明細書で言及されるように、第１一体型圧縮機１０６は、タービン部品１０４および／または第１燃焼器１０８の吸気容量よりも大きな流量容量を有しており、それによって余剰空気２００を作り出す。余剰空気２００は、放出の際に第１一体型圧縮機１０６から取り込まれた流れとして示されている。しかし、余剰空気２００は、適切な弁および関連した制御システムを用いて、一体型圧縮機１０６の、所望のされるいずれの段階でも放出され得ることを強調しておく。所望のされる段階は、例えば、放出上流の１以上の場所、放出および放出上流の１以上の場所などにある。余剰空気２００は、いかなる場合でも、最終的に余剰空気経路２５０を通る。この余剰空気経路は、第２タービンシステム１４０への１以上のパイプを含んでいてもよい。図１の実施形態では、第２ガスタービンシステム１４０に向かう余剰空気２００の流れを制御するために、制御弁システム２０２が提供される。余剰空気２００は、ただ１つの第２ガスタービンシステム１４０に導かれるかのように描かれているが、必要であれば、また余剰空気が１以上のシステムをサポートできる場合には、余剰空気は、１以上のガスタービンシステム１４０に導かれてもよい。
【００２３】
また、発電システム１００は、追加空気２５４を含む余剰空気２００の増加のために、余剰空気経路２５０と接続された補助圧縮機２５２も含んでいてもよい。補助圧縮機２５２は、周囲空気流を取り込み、圧縮する任意の圧縮機の形態をとってもよい。一実施形態では、補助圧縮機２５２は、第２ガスタービンシステム１４０の吸気口フィルタハウジング１５０と流動的に接続されていてもよい。ただし、補助圧縮機は、任意の形態の吸気システムと接続されていてもよい。補助圧縮機２５２は、例えば、回転軸２６２、または回転力を伝達する他の機械を用いて、電源２６０によって電力を供給されてもよい。電源２６０は、様々な形態をとり得る。一実施形態では、補助圧縮機２５２は、第１タービンシステム１０２および第２タービンシステム１４０の少なくとも１つによって電力を供給されてもよい。この場合、電源２６０は、回転軸１１０および／または回転軸１５２に回転軸２６２を接続するトランスミッションの形態をとり得る。別の実施形態では、補助圧縮機２５２は、蒸気タービンシステム１６０などの蒸気タービンシステムによって電力を供給されてもよい。この場合、電源２６０は、蒸気タービンシステム１６０の回転軸１６２に回転軸２６２を接続するトランスミッションの形態をとり得る。別の実施形態は、往復動機関によって電力を供給される補助圧縮機２５２を有してもよい。この場合、電源２６０は、燃焼機関やディーゼル機関などであってもよいが、これらに限定されない回転軸２６２に電力を供給することができる、現在知られている、または将来開発される任意の往復動機関の形態をとり得る。別の実施形態では、補助圧縮機２５２は、可変速電動モータによって電力を供給されてもよい。この場合、電源２６０は、回転軸２６２に電力を供給することができる、現在知られている、または将来開発される任意の可変速電動モータの形態をとり得る。最後に、別の実施形態では、補助圧縮機２５２は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＬＭ２５００、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＬＭ６０００、Ｒｏｌｌｓ−Ｒｏｙｃｅ  ＲＢ２１１、Ｒｏｌｌｓ−Ｒｏｙｃｅ  Ａｖｏｎ、またはソーラータービンなどであってもよいが、これらに限定されない航空転用ガスタービンドライブによって電力を供給されてもよい。
【００２４】
制御弁２５６は、余剰空気経路２５０における余剰空気２００の量を制御するように動作し得る。制御弁２６６は、補助圧縮機２５２によって、余剰空気経路２５０に供給される追加空気２５４の量を制御するように動作し得る。
【００２５】
余剰空気２００は、制御弁システム２０２によって、いくつかの方法で、第１ガスタービンシステム１０２から第２タービンシステム１４０に導かれてもよい。図に示すように、制御弁システム２０２は、第２圧縮機１４６の放出部２１０、第２燃焼器１４８、および第２タービン部品１４４のタービンノズル冷却用吸気口１５８の少なくとも１つに向かう余剰空気２００の流れを制御する。制御弁システム２０２は、余剰空気２００の少なくとも一部を伴う第２タービンシステム１４０の所望の部分を供給するのに必要な、任意の数の弁を含んでいてもよい。図に示すように、制御弁システム２０２は、３つの弁を含み得る。第１制御弁２１２は、第２圧縮機１４６の放出部２１０に向かう余剰空気２００の第１部分を制御し得る。このような方法で、余剰空気２００によってさらにエネルギーが圧縮されることなく、余剰空気２００は、圧縮機１４６からの空気の流れを増加するができる。第２制御弁２１４は、第２燃焼器１４８に向かう余剰空気２００の第２部分を制御し得る。こうして、燃焼器に追加空気が供給される。第３制御弁２１６は、第２タービン部品１４４のタービンノズル冷却用吸気口１５８に向かう余剰空気２００の第３部分を制御し、特に、タービン部品のノズルのための冷却液を提供し得る。図示された例は、運転の際、以下のように機能し得る。最初に、制御弁２１２が解放され、制御弁２１４、２１６が閉鎖された状態で、余剰空気２００は、第２圧縮機１４６の放出２１０に供給される。次に、制御弁２１２および２１６が閉鎖され、制御弁２１４が開放された状態で、余剰空気２００は、燃焼器１４８に供給される。最後に、制御弁２１２、２１４が閉鎖され、制御弁２１６が開放された状態で、余剰空気２００は、第２タービン部品１４４のタービンノズル冷却用吸気口１５８に供給される。制御弁２１２、２１４、２１６の各々は、蒸気の部品に所望する部分的な流れを供給するために、開放と閉鎖の間のいずれの位置に位置づけられてもよい。さらに、各部品に向かう１つの経路が、各制御弁の後に描かれているが、例えば、第２タービン部品１４４の複数のタービンノズル冷却用吸気口１５８や、燃焼器１４８の複数の燃焼缶などの、様々な補助部品に余剰空気２００の各部分をさらに配分するように、さらなる配管および制御弁が提供されてもよいことを強調しておく。制御弁システム２０２は、余剰空気経路２５０において余剰空気２００を制御するための制御弁２５６、および補助圧縮機２５２によって供給される追加空気を制御する制御弁２６６も含み得る。さらに図示されているように、例えば、第１一体型圧縮機１０６から取り込まれる、余剰空気２００の少なくとも一部の流量を計測するために、少なくとも１つのセンサ２２０が制御弁２１２、２１４、２１６の各々の後に提供されてもよい。センサ２２０の各々は、制御弁システム２０２に動作可能に接続されている。制御弁システム２０２は、図示された様々な制御弁を自動運転するための、現在知られている、または将来開発される任意の産業用制御装置を含み得る。
【００２６】
制御弁システム２０２は、現在知られている、または将来開発される任意の産業用制御装置を用いて制御されてもよく、したがって余剰空気２００の流量および補助圧縮機２５２の運転は、現在知られている、または将来開発される任意の産業用制御装置を用いて制御されてもよい。この制御装置は、発電システム１００全体の一部である制御システム１８０であってもよい。制御システム１８０は、制御弁システム２０２の制御を含む、発電システム１００の様々な部品すべての運転を既知の方法で制御してもよい。
【００２７】
余剰空気２００を作り出す第１一体型圧縮機１０６を備える第１ガスタービンシステム１０２を含む発電システム１００は、従来のシステムと比較して、いくつかの利点を提供する。例えば、発電システムにおいて複数のガスタービンが用いられる場合、発電システム内のすべての圧縮機をアップグレードすることは非常に高価になり得るが、これと比較して、圧縮機１０６は、低コストで、発電システム１００の、発電ブロックのピーク出力、ベース出力、および暑い日の出力を向上し得る。さらに本発明の実施形態は、アップグレードされた圧縮機、すなわち圧縮機１０６の相対的なコストを低減し、さらに、より多くの余剰空気を効果的に消費する方法を提供することで、アップグレードされた圧縮機をより実現可能とし、より好ましいものにする。さらに、第１一体型圧縮機１０６を含む発電システム１００は、システム１００の動作範囲（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を拡大する。これは、以下に示すサブシステムの任意の１以上が小型化された場合に、プロジェクトの実現性が向上することによる。このサブシステムには、タービン部品１０４、発電機１２２、変圧器（図示せず）、開閉装置、ＨＲＳＧ１６８、蒸気タービンシステム１６０、蒸気タービン制御弁などがある。このような方法で、システム１００は、例えば、２つのガスタービンおよび１つの蒸気タービンの複合サイクル（２×１）システムにおいて、１つの圧縮機をアップグレードする事例を提供する。これは、両圧縮機１０６、１４をアップグレードする場合、または何もしない場合と比較して、改良された事例である。
【００２８】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のみを有しており、本開示を限定する意図を有していない。本明細書で用いられる単数の表現は、文脈により明確にそうでないことが示されない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、本明細書で用いられる用語「含む」、「備える」は、記載された特徴、完全体（ｉｎｔｅｇｅｒ）、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、その他の１以上の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を除外するものではないことが理解されるであろう。
【００２９】
以下の特許請求の範囲におけるすべての対応する構造、材料、動作、および機能手段もしくは機能ステップ（ｍｅａｎｓ  ｏｒ  ｓｔｅｐ  ｐｌｕｓ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の全要素の等価物は、特許請求の範囲で明確に特許請求される他の特許請求の要素と組み合わされて、当該機能を実行するための、任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本開示の説明は、図示および説明の目的で提示されたものであるが、網羅することや、本開示を開示された形態に限定することを意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨を逸脱することなく、多くの修正例および変形例が明らかである。本実施形態は、本開示の原理および実際的な応用例を最もよく説明するため、および他の当業者が、考えられた特定の使用に合わせて様々な修正を加えた様々な実施形態を得るために、本開示を理解できるようにするために、選択され記述されたものである。
【符号の説明】
【００３０】
１００  発電システム
１０２  第１ガスタービンシステム
１０４  第１タービン部品
１０６  第１一体型圧縮機
１０８  第１燃焼器
１１０  圧縮機／タービン回転軸
１２０  吸気口フィルタハウジング
１２２、１５４、１６６  発電機
１４０  第２ガスタービンシステム
１４４  第２タービン部品
１４６  第２圧縮機
１４８  第２燃焼器
１５０  将来開発される吸気口フィルタハウジング
１５２  回転軸
１５８  ノズル冷却用吸気口
１６０  蒸気タービンシステム
１６２、２６２  回転軸
１６８、１７０  ボイラ
１７２、１７４  排気
１７８  排気制御システム
１８０  制御システム
２００  余剰空気
２０２  制御弁システム
２１０  放出部
２１４  第２制御弁
２１６  第３制御弁
２２０  センサ
２５０  余剰空気経路
２５２、２５４  補助圧縮機
２５６  制御弁
【図１】
2016176466.tif 000003
【外国語明細書】
2016176466000001.pdf