專利名稱：帶補充壓縮空氣的燃氣輪機的運行的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機發(fā)電站，更具體地是涉及燃氣輪機發(fā)電站的運行方法，以便恢復當燃氣輪機裝置在高外界溫度或低空氣密度條件下運行時可能產生的功率損失和/或應用補充空氣流體的方法生產出比傳統燃氣輪機裝置生產的電力更多的電力。
燃氣輪機發(fā)電站是被選用于用電峰期供電的電站。對于壓倒多數的電力用戶(美國的和國外的)其電力消費高峰期是在夏季期間，這一時期由于高的外界溫度，正是燃氣輪機的電力生產處于其最低谷時期。電力生產降低的簡單解釋是高外界溫度與輸入空氣密度較低有關，它使通過燃氣輪機裝置的物質流體減少，帶來電力生產相應的減少。

圖1a、1b、1c分別表示了傳統的通用電力體系7EA燃氣輪機裝置12分別運行在三種外界溫度華氏59°(圖1a)、華氏0°(圖1b)、華氏90°(圖1c)時簡化的熱量與物質平衡情況。燃氣輪機12包含壓縮機14、膨脹式氣輪機16及向膨脹式氣輪機16供應熱的燃燒成品燃氣的燃燒室18。膨脹式氣輪機16被聯接用來驅動壓縮機14及發(fā)電機20，發(fā)電機20與電力網17相聯接。
圖1a-1c用實例說明了傳統的通用電力燃氣輪機裝置，其額定功率84.5MW(兆瓦)，在ISO條件下(華氏59°，相對溫度60％)，當外界溫度為華氏0°時，將產出的最大功率約為102.5MW；在華氏90°時，功率將減至大約76.4MW。在高外界溫度期間燃氣輪機裝置造成的巨大功率損失需要公用事業(yè)公司購買附加的峰期電量以滿足夏天峰值需求。在高外界溫度時運行的聯合循環(huán)發(fā)電站的功率損失近似于該條件下燃氣輪機裝置的功率損失。
有一些在高外界溫度期間部分地恢復燃氣輪機/聯合循環(huán)發(fā)電站的功率損失的方便方法蒸發(fā)冷卻及各種燃氣輪機入口空氣冷卻器(機械式的或吸收式的)。這些方法只能部分地恢復燃氣輪機功率而同時顯著地增加了資金成本，成本增加不能永遠作為限制在高外界溫度期間運行的正當理由。
因此，需要開發(fā)一種能使燃氣輪機裝置在最大功率條件下運行而不用顧及外界溫度的方法。
類似的功率損失問題存在于燃氣輪機裝置安裝在高海拔處的情況下。這些應用方面的問題與較低的空氣密度及燃氣輪機功率的相應損失有關。目前沒有辦法恢復與高海拔處應用有關的功率損失。
因此，需要發(fā)展一種方法，它將使燃氣輪機裝置即使運行在高海拔處還能維持最大功率。
本發(fā)明的目的是要滿足上述提到的各種需求。根據本發(fā)明的原理，這些目的可通過一種方法來實現，該方法通過由一個空氣存儲器提供饋送空氣的辦法可保證燃氣輪機發(fā)電系統在升高的外界溫度下和/或在低空氣密度時和/或在超過傳統燃氣輪機裝置的功率的條件下運行于允許的最大功率狀態(tài)下。該方法包括提供至少一種燃氣輪機裝置，該裝置包含壓縮機、工作時與該壓縮機相聯的膨脹式氣輪機、與該膨脹式氣輪機聯接的發(fā)電機；向該膨脹式氣輪機供氣的燃燒室；流通通道結構，該通道結構使壓縮機的出口與燃燒室的入口流體上相聯通；壓縮空氣存儲器；向空氣存儲器加載的加載壓縮機；使加載壓縮機的出口與空氣存儲器的入口流體上聯通的加載結構；使空氣存儲器的出口與燃燒室的入口流體上聯通的聯接結構；以及與該聯接結構及該加載結構相聯的閥結構，以便分別地控制通過該聯接結構及加載結構的流體。
控制上述閥結構以便允許選擇以下運行模式中的一種(1)燃氣輪機運行模式，其中來自壓縮機的被壓縮空氣流動通過流通通道結構至向膨脹式氣輪機供氣的燃燒室，使膨脹式氣輪機驅動發(fā)電機；(2)壓縮空氣擴張運行模式，其中除了壓縮空氣穿過流通通道結構流至燃燒室外，來自空氣存儲器的壓縮空氣被供輸通過聯接結構供給燃燒室，這增加了供給膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體，并由于向膨脹式氣輪機供應了附加的壓縮空氣而可使發(fā)電機增加發(fā)電量；以及(3)空氣存儲器加載運行模式，其中來自加載壓縮機的壓縮空氣流動通過加載結構以向空氣存儲器加載。
根據本發(fā)明的一個方面，來自空氣存儲器的壓縮空氣被導向飽和器，該壓縮空氣和熱水在該飽和器內混合。在被注入燃燒室的上游之前，飽和的和已預熱的壓縮空氣被送至換熱器進一步加熱。
根據本發(fā)明的另一個方面，壓縮空氣存儲器被取消，而補充壓縮機結構的尺寸定得可向燃燒室提供全部的補充空氣流，以便可以連續(xù)地運行及增加發(fā)電量而不受空氣存儲器尺寸的限制。
在下列詳細說明及附加權利要求書的過程中，本發(fā)明的上述及其它目的會變得明顯起來。
在參考附圖時能最好地理解本發(fā)明，在附圖中圖示了解釋用的實施例，相同部分的標號是相同的。
附圖的簡要說明圖1a是傳統的GE7EA燃氣輪機運行在華氏59°時的示意圖；圖1b是傳統的GE7EA燃氣輪機運行在華氏0°時的示意圖；圖1c是傳統的GE7EA燃氣輪機運行在華氏90°時的示意圖；圖2是根據本發(fā)明的原理提供的燃氣輪機發(fā)電系統的實施例圖；圖3是本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電系統的另一實施例圖；圖4還是本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電系統的另一個實施例圖，該系統具有底部蒸汽循環(huán)；圖5是可應用于圖2及3中說明的實施例的運行參數的示意圖，其中燃氣輪機裝置以空氣擴張運行模式運行于外界溫度華氏90°條件下；圖6是本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電系統的另一實施例，包含了對補充空氣流體進行加溫；圖7是可應用于圖6中說明的實施例的運行參數的示意圖，其中燃氣輪機裝置以空氣擴張運行模式運行于外界溫度華氏90°的條件下；圖8是本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電系統的另一實施例，該實施例取消了壓縮空氣存儲器，但含有補充空氣流體的加濕；以及圖9是可應用于圖8中說明的實施例的運行參數示意圖，其中燃氣輪機裝置以空氣擴張運行模式運行于外界溫度華氏90°的條件下。
本發(fā)明的詳細說明參考圖2，它圖示了根據本發(fā)明的原理提供的燃氣輪機發(fā)電系統，通常以標號10來指明。應該理解到對于本發(fā)明系統10在高外界溫度條件下與在高海拔條件下運行，在物理學上和機械學上是一樣的。因此，此處所有的說明將只描述在高外界溫度下應用時的方法及其效率。再有，應明白本發(fā)明同等地應用于聯合循環(huán)電站，其中燃氣輪機是主要的組成部分。
參考圖2，用圖說明了燃氣輪機發(fā)電系統10的一個實施例，該實施例包含了傳統的燃氣輪機裝置12，該裝置12可以是，例如GE7EA燃氣輪機裝置。該燃氣輪機裝置12包括傳動裝置及燃燒室18，該傳動裝置含有壓縮機14及膨脹式氣輪機16，而燃燒室18向膨脹式氣輪機16供應熱的燃燒用成品燃氣。膨脹式氣輪機16與壓縮機14聯接以驅動它。氣輪機16還和發(fā)電機20聯接。該發(fā)電機20與電力網17相聯接。在燃氣輪機運行模式中，空氣在壓縮機14中被壓縮并流經流通通道結構21，壓縮空氣被送至燃燒室18，這之后熱的燃燒用成品燃氣在膨脹式氣輪機16中膨脹以產生動力。
根據本發(fā)明，設置了燃氣輪機裝置12，以便把存儲的壓縮空氣預先地注入燃燒室18的入口，該燃燒室向膨脹式氣輪機16供氣。如果要提供的功率超過了燃氣輪機裝置12產生的功率，就要提高發(fā)電機的容量，其機制將在下面更全面的解釋。
在圖2中說明的實施例中，設置了附加的壓縮空氣壓縮存儲及補償系統(CACSRS)并且包含有經過管子狀的加載結構34向壓縮空氣存儲器28供應壓縮空氣的壓縮機系32。在圖示的實施例中，該壓縮機系32分別地包括第一及第二壓縮機36及38，它們由電機40驅動。中間冷卻器42配置在第一壓縮機36與第二壓縮機38之間。另外，后冷卻器44配置在第二壓縮機38的出口與壓縮空氣存儲器28的入口之間。閥46配置在第二壓縮機38的出口與后冷卻器44的入口之間。閥48配置在后冷卻器的出口與壓縮空氣存儲器28的入口之間。閥46及48構成第一閥系統。
壓縮空氣存儲器28的出口經聯接結構50與燃燒室18的入口流體上接通。在圖示的實施例中，換熱器52設置在空氣存儲器28的出口與燃燒室18的入口之間。閥54設置在換熱器52的出口與燃燒室18的入口之間并且閥55設置在聯接結構50之內，該聯接結構50位于空氣存儲器28的出口與換熱器52的入口之間。閥54及55構成第二閥系統。另外，任選的閥56設置在加載結構34與聯接結構50之間的接合點的下流處并通向空氣存儲器28?？梢岳斫獾氖?，如果不設置換熱器52，那就不需要閥54。同樣地，如果不設置后冷卻器44，就不需要閥46。
電機40與電力網17相聯，這樣在非用電高峰期間，電機40就可驅動壓縮機系32以便向空氣存儲器28加載。
壓縮空氣存儲器可以是地下的地質構造物，諸如鹽礦圓拱、鹽礦床、砂石含水層或由堅硬的巖石構成。要不然，空氣存儲器28也可是人造的壓力容器，它可設置在地面上。
本發(fā)明的方法包含燃氣輪機裝置12及附加的壓縮空氣加載存儲及補償系統，可提供給以下三種運行模式(1)壓縮空氣存儲系統加載運行模式，具有通過壓縮機系32的流通通道、后冷卻器44、向壓縮空氣存儲器28加載的加載結構34；其中在加載結構34中的閥46及48是開啟的而聯接結構50中的閥54及55是關閉的；而使用非用電高峰期的電力網17能量的電機驅動壓縮機系32把外界空氣壓縮至指定壓力而壓入空氣存儲器28內。
(2)空氣擴張運行模式，其中傳統的燃氣輪機裝置12的運行集成了來自空氣存儲器28的壓縮空氣流體；來自空氣存儲器28的空氣，它在換熱器52中被預熱并被注入燃燒室18的上游；而且其中來自空氣存儲器28的壓縮空氣穿過聯接結構50，經過換熱器52至燃燒室18的上游點；在此運行期間，加載結構34中的閥46及48是關閉的而聯接結構50中的閥54及55是開啟的并控制來自空氣存儲器28的附加氣流；此種運行模式的電力生產顯著地超過燃氣輪機裝置12的，因由膨脹式氣輪機16產生的功率源自總氣流的膨脹，總氣流是被壓縮機14壓縮的氣流與來自壓縮空氣存儲器28的附加氣流之和；壓縮機14的入口導向輪葉可被關閉以減少壓縮機14的電力消耗而增加由發(fā)電機20產生的輸向電力網17的電力；以及(3)傳統的燃氣輪機運行模式，其中CACSRS被從燃氣輪機裝置12中撤除，并且加載結構34中的閥46及48以及聯接結構50中的閥54及55被關閉，使得壓縮空氣從壓縮機14穿過流通通道結構21流至向膨脹式氣輪機16供氣的燃燒室18。
雖然在此處實施例中顯示的只是一臺燃氣輪機裝置12，應理解的是可以設置許多臺燃氣輪機裝置并與通用的空氣存儲器相聯接，以提供所希望的擴張的氣流并因之而獲得所希望的電力輸出。
圖3是本發(fā)明的第二實施例的圖解示意圖并含有燃氣輪機裝置12。如上所述，采取措施預先地向燃燒室18的上游注入存儲的壓縮空氣并且采取措施向壓縮機14的下游抽取壓縮空氣，以便在中間冷卻器58中進一步冷卻和在增壓壓縮機60中進一步壓縮。還有，如果需要，發(fā)電機的容量可以進一步提高。
本方法還設置有CACSRS，它具有用于驅動加載增壓壓縮機的電機40，壓縮機60由中間冷卻器58供氣。后冷卻器44設置在增壓壓縮機60的下游，而閥46及48分別被設置在后冷卻器之前及之后，并且是設置在加載結構34之中。于是，提供了從壓縮機14的出口經過中間冷卻器58的流通通道，它配置在匯合結構62之中，通至增壓壓縮機60的入口，經過后冷卻器44至壓縮空氣存儲器28。另外，壓縮空氣可從壓縮機14的出口流出經流通通道結構21流至燃燒室18的入口。壓縮空氣存儲器經聯接結構50流體上與燃燒室18的上游點溝通。在匯合結構62中的閥64，與流通通道結構21中的閥66、在加載結構34中的閥44及46、及在聯接結構50中的閥54及55一起，有選擇地控制流過流通通道結構21、聯接結構50、加載結構34及匯合結構62的氣流。
如同在第一實施例中的情形，燃氣輪機裝置12及CACSRS被集成在一起以提供三種運行模式(1)壓縮空氣存儲系統加載運行模式，其中流通通道存在于從壓縮機14起，經過含有中間冷卻器58的匯合結構62，至增壓壓縮機60，經過含有后冷卻器44的加載結構34，至壓縮空氣存儲器28；一股約占名義流量5-10％的膨脹式氣輪機冷卻氣流自壓縮空氣存儲器28流經聯接結構50至換熱器52并經未點火的燃燒室18流至膨脹氣輪機16并流出排氣管；加載結構34中的閥46及48是開啟的，聯接結構50中的閥54及55是部分打開的以使冷卻氣流經未點火的燃燒室18流至膨脹式氣輪機16；匯合結構62中的閥64是開啟的而閥66被關閉；由非用電高峰時的電力網17供電的燃氣輪機發(fā)電機20驅動燃氣輪機軸并且增壓壓縮機60被電機40所驅動，電機40也是由非用電高峰時的電力網17供電的；(2)空氣擴張運行模式，其中傳統的燃氣輪機的運行匯合了來自空氣存儲器28的附加壓縮空氣流，該氣流在換熱器52中被預熱并被注入燃燒室18的上游；于是來自空氣存儲器28的壓縮空氣流過聯接結構50，穿過換熱器52至燃燒室18的上游點；加載結構34中的閥46及48是關閉的；聯接結構50中的閥55及54是開啟的并對來自空氣存儲器28的附加空氣流進行控制；在匯合結構62中的閥64是關閉的而閥66是開啟的；這種運行模式導致其電力生產顯著地超過燃氣輪機裝置12的，因為由膨脹式氣輪機16產生的功率源自總氣流的膨脹，總氣流是被壓縮機14壓縮的氣流與來自壓縮空氣存儲器28的附加氣流之和；壓縮機14的入口導向輪葉可被關閉以減少壓縮機14的功率消耗，以便增加發(fā)電機20產生的輸向電力網17的電力；(3)傳統的燃氣輪機運行模式，其中從燃氣輪機裝置12中取消了CACSRS，在加載結構34中的閥46及48及在聯接結構50中的閥55及54是關閉的以及匯合結構62中的閥64是關閉的而在流通通道結構中的閥66是開啟的，以使壓縮空氣從壓縮機14流過流通通道結構至向膨脹式氣輪機16供氣的燃燒室18。
圖4是本發(fā)明的第三實施例的示意說明圖，并且含有帶燃氣輪機裝置12的聯合循環(huán)發(fā)電站；裝置12具有傳統的地下蒸汽循環(huán)部件；熱回收蒸汽發(fā)電機68；(蒸)汽輪機70，與汽輪機70聯接的發(fā)電機71，冷凝器72，空氣分離器74及泵76。燃氣輪機裝置需要采取措施預先向燃燒室18的上游注入存儲的壓縮空氣，并從壓縮機14的下游抽取壓縮空氣，以進一步在增壓壓縮機60中冷卻和壓縮。還有，如果需要，發(fā)電機20的容量可以提高。
本發(fā)明方法還提供附加的CACSRS，它含有驅動增壓壓縮機60的電機，壓縮機60由中間冷卻器58供氣，后冷卻器44、匯合結構62使從壓縮機16的出口經中間冷卻器58至增壓壓縮機入口及經過流通通道結構21至燃燒室18入口之間能夠溝通。加載結構34使增壓壓縮機60的出口與壓縮空氣存儲器28的入口之間得以溝通。聯接結構50使壓縮空氣存儲器28與燃燒室18的上游點之間得以溝通。閥46及48設置在加載結構34之中，閥55設置在聯接結構50之中，而且閥64設置在匯合結構62之中，而閥66設置在流通通道結構21之中，以便有選擇地控制流過加載結構34、聯接結構50和匯合結構62及流通通道結構21的氣流。
燃氣輪機裝置12與蒸汽地下循環(huán)及附加的CACSRS相結合，通常以78來標示，以提供三種運行模式(1)壓縮空氣存儲器加載運行模式，其中氣流通過壓縮機14，穿過含有中間冷卻器58的匯合結構62至增壓壓縮機60，經過含有后冷卻器44的加載結構34至壓縮空氣存儲器28；約為名義氣流量的5-10％的氣輪機冷卻氣流從壓縮空氣存儲器28流過聯接結構50，并經未點火的燃燒室18，至膨脹式氣輪機16而后至排氣管；在加載結構34中的閥46及48是開啟的，在聯接結構50中的閥50是部分開啟的，以提供冷卻氣流并經未點火的燃燒室18至膨脹式氣輪機；在匯合結構62中的閥64是開啟的而閥66是關閉的；由非供電高峰時的電力網17供電的燃氣輪機發(fā)電機20驅動燃氣輪機軸，而增壓壓縮機60被也由非供電高峰時的電力網17供電的電動機40所驅勸；(2)空氣擴張運行模式，其中傳統的燃氣輪機運行匯合了來自空氣存儲器28的附加壓縮空氣氣流，該氣流被注入燃燒室18的上游；在該處，來自空氣存儲器28的壓縮空氣流過聯接結構50至燃燒室18的上游點；在加載結構34中的閥46及48是關閉的，在聯接結構50中的閥55是開啟的并控制來自空氣存儲器28的附加氣流；在匯合結構62中的閥64是關閉的而閥66是開啟的；另外，設置了傳統的閉環(huán)蒸汽/冷凝流通通道，在熱回收蒸汽發(fā)生器68中產生的蒸汽發(fā)生膨脹并通過蒸汽輪機70，蒸汽輪機70產生輸向電力網17的電力，而后通過冷凝器72、分離器74、給水泵76返回到熱回收蒸汽發(fā)電機68；這種運行模式導致燃氣輪機裝置的電力生產顯著地超過不用附加空氣流的傳統的燃氣輪機裝置的，因為由膨脹式氣輪機16生產的功率源自總氣流的膨脹，該總氣流是壓縮機14所壓縮的氣流與來自壓縮空氣存儲器28的附加氣流之和；還有，由于熱回收蒸汽發(fā)電機68從膨脹式氣輪機16排出口回收熱量，產生了附加的蒸汽流，所以底下環(huán)路78的蒸汽輪機就產生了附加的電力；壓縮機14的入口導向輪葉可被關閉以減少壓縮機14的功率消耗而增加由發(fā)電機20發(fā)出的輸向電力網17的電力；以及(3)傳統的燃氣輪機運行模式，其中從燃氣輪機裝置12中取消了CACSRS，加載結構34中的閥46及48，聯接結構50中的閥55及54是關閉的，而流通通道結構21中的閥66是開啟的以使來自壓縮機14的壓縮空氣流過流通通道結構至向膨脹式氣輪機16供氣的燃燒室18。
本發(fā)明方法的實際應用示于圖5，這是具有可應用于根據本發(fā)明的第一及第二示例說明的實施例的運行參數的示意圖，其中GE體系7EA燃氣輪機裝置12以空氣擴張模式并在外界溫度華氏90°條件下運行。圖5圖示說明當空氣在外界溫度上升到華氏90°時的擴張期間，168磅/秒的附加壓縮空氣流從壓縮空氣存儲器28獲得補充并注入燃燒室18的上游以使燃氣輪機18的電力輸出從在同樣的外界溫度華氏90°下(見圖1c)的傳統燃氣輪機裝置運行的76.4MW(兆瓦)增加至129.2MW。補充的空氣量受設計的制約條件數量的限制。對于GE體系7EA燃氣輪機裝置，其制約條件是當燃氣輪機裝置運行在華氏0°(見圖1b)時，可達到的最大膨脹式氣輪機的功率是228MW。
表1a表示的是傳統的GE體系7EA燃氣輪機裝置運行的性能特性，該燃氣輪機裝置具有空氣擴張-可應用于本發(fā)明的第一及第二示例說明的實施例。表1a顯示在外界溫度高于華氏0°的整個范圍內，空氣擴張導致的功率增加量在外界溫度華氏90°時為52.8MW，而華氏59°時為32.8MW。在空氣擴張概念方面的特性參數中，熱率表示燃料消耗量，每仟瓦小時英熱量單位——BTU/KWh，及壓縮空氣存儲器補充的消耗量，仟瓦時——KWh。電力生產成本(COE)的計算COE＝(熱率，BTU/KWh)×(燃料成本，$/BTU)+(非高峰期空氣補充用能量，KWh)×(非高峰期能量成本，$/BTU)/在空氣擴張運行模式下生產的總KWh數。
表1a
表1b說明的是本發(fā)明的第三示例說明實施例的性能特性，即基于GE體系7EA的傳統聯合循環(huán)發(fā)電站，以及該站在空氣擴張模式下的運行。其結果和第一及第二示例說明實施例相似。
表1b
帶有空氣擴張的燃氣輪機系統的換算成本如下·壓縮空氣存儲成本；·用存儲器補充的壓縮機系成本；·組成整個系統時的管道互聯、閥及控制部分的成本。
壓縮空氣存儲器的尺寸應(做得)足以存儲大量的空氣以在升高的外界溫度及在最大輸出功率條件下能支持指定小時數的空氣擴張運行。所存儲的壓縮空氣的壓力應足以使附加的大量空氣能注入燃燒室的上游。對于如圖5及表1a及1b所示的實施例，當空氣存儲器的尺寸(造得)可供在華氏90°時及在最大輸出功率129.2MW條件下連續(xù)運行6個小時，對于鹽礦圓拱合適的壓縮空氣存儲器尺寸需要540萬立方英尺(深度為1000英尺及其最大與最小壓力的差為150磅/吋2)，其成本約為500萬美元。工程和成本評估表明提供一臺帶空氣擴張的GE體系7EA燃氣輪機裝置在上述條件下的總成本約為880萬美元，在外界溫度為華氏90°、附加功率為52.8MW下(見表1a)或變換為比率成本約是160美元/仟瓦。這相比起來優(yōu)于類似的(50兆瓦)容量的燃氣輪機裝置的比率成本300美元/千瓦。相似地換算到聯合循環(huán)發(fā)電站(見表1b)其成本為150美元/仟瓦。這與聯合循環(huán)發(fā)電站的約500美元/仟瓦相比甚至更有吸引力。
根據本發(fā)明的其它方面，圖2的實施例已作了修改，而其修改的系統示于圖6。在圖2及6中相同的標號標明相同的部件。于是，圖6的實施例含有具商業(yè)價值的飽和器80，飽和器80構成具有內填充物的塔，用于改善經聯接結構50進入飽和器80的壓縮空氣的混合狀況。水加熱器82經入口管線85及出口管線87與飽和器80相聯。水加熱器82最好是典型的殼形或筒形結構。水泵83通過管道84向飽和器80提供制成的水，水泵81設置在入口管線85之間使水循環(huán)通過水加熱器82。
來自空氣存儲器28的壓縮空氣被引導經聯接結構50至飽和器80，在飽和器80中，壓縮空氣與在水加熱器82中加熱的熱水混合。壓縮空氣在飽和器80中達到飽和并被預熱，而后在注入燃燒室18的上游之前被送至換熱器52中進一步加熱。對于氣輪機16的相同的最大功率及容積氣流量，所需補充的壓縮空氣流量取決于給定的外界溫度。對于圖6的實施例，該補充空氣流的加濕顯著地減少了要被壓縮機系32所壓縮及存儲在壓縮空氣存儲器28中的壓縮空氣的量。圖7表示圖6的實施例中的熱與物質流體的平衡情況，并顯示在外界空氣溫度為華氏90°及濕度為60％的氣流離開飽和器80時，從空氣存儲器28出去的補充壓縮空氣流是35磅/秒。對于同樣的凈功率輸出，從不加濕的圖2實施例的100磅/秒，這個減小量相當于70％(注圖5表示的是圖2的實施例中的熱與物質流體的平衡狀況，其總功率是129.2MW)。于是，壓縮空氣存儲器的成本降低到約70％，而壓縮機系32及換熱器52的成本也能顯著減少。飽和器80、水加熱器82和泵81及83的成本增加是存儲容積減小所節(jié)約成本的很小部分。圖7表示熱率為9012英熱量單位/仟瓦時，它和圖5的實施例(不帶加濕)的相似。由于事實上圖7的實施例的補充空氣流與圖2的實施例的相比減少到70％，在圖7的實施例中，為存儲器補充所需的能源也減少到70％。這對于系統來說就降低了電力成本(燃料及非高峰能源成本)。工程和成本評估工作證實圖6的系統(約170美元/仟瓦)的比率資金成本(美元/仟瓦增加量)比圖2的系統的減少到約40％。
本發(fā)明還有的其它實施例示于圖8。這一實施例和圖6的相似而且相同的標號標注的是相同部件。圖8的實施例與圖6的實施例的區(qū)別在于在圖8的實施例中，壓縮空氣存儲器被取消，壓縮機系32形式的補充壓縮機結構的尺寸適于提供全部補充空氣流(例如約35磅/秒)。應該指出，圖2及6的壓縮機系的尺寸能造得適合于比全部補充空氣流量小的氣流量，并根據高峰電力生產小時與非高峰電力生產小時的比例把尺寸定得適于向存儲器加載。
圖8的系統的熱與物質的平衡示于圖9中。對于增加發(fā)出的高峰電力，由具有壓縮機的壓縮機系32連續(xù)地提供補充空氣流，排出的氣流在飽和器80中達到飽和，飽和器80中有水加熱器82中產生的熱水。在注入燃燒器18的上游之前，飽和的和已預熱的空氣進一步在換熱器52中被加熱。
圖8的系統的主要優(yōu)點在于當要提供增加的功率時，它可以連續(xù)的運行。在以實際的高峰時間來確定壓縮空氣存儲器的尺寸方面沒有什么強制性的限制?？諝獯鎯ζ鞒叽缈杀贿^多的資金成本或場地局限所制約。同樣，圖8的系統在運行及維護方面是簡單的。
如圖9所示，圖8的系統的性能特性與圖7所示的相似。例如，兩個實施例具有與燃料及非高峰期能量相關的相同運行成本。人們期望圖8的系統由于沒裝空氣存儲器而具有較低的運行及維護成本。工程和成本評估工作顯示圖8的系統具有的比率資金成本大約與圖6的系統的相同(較大流量壓縮機系的成本增加量大約等于取消空氣存儲器節(jié)約的成本)。
于是我們看到本發(fā)明的目的已完全地和有效地達到。但是，應該理解，前述的及優(yōu)先的各實施例，為說明本發(fā)明的結構及功能原理，以及說明實現優(yōu)先實施例的方法，在不偏離這種原理情況下已有了變化。因此，本發(fā)明包括所有的包容于下列權利要求的精神內的各種變型。
權利要求
1.一種燃氣輪機電力發(fā)電系統及其派生物的運行方法，包括提供了至少一臺燃氣輪機裝置，該裝置包含壓縮機，運行時與所述壓縮機相聯的膨脹式氣輪機，與所述膨脹式氣輪機相聯接的發(fā)電機；向所述膨脹式氣輪機供氣的燃燒室；使所述壓縮機的出口與所述燃燒室的入口在流體上接通的流通通道結構；壓縮空氣存儲器；用于向所述空氣存儲器加載的加載壓縮機；使所述加載壓縮機的出口與所述空氣存儲器的入口在流體上接通的加載結構；使所述空氣存儲器的出口與所述燃燒室的入口流體上接通的聯接結構；以及與所述聯接結構及所述加載結構相聯接的閥結構，該閥結構用于分別地控制流過所述聯接結構及所述加載結構的氣流，控制所述閥結構以便在下列運行模式中選擇一種燃氣輪機運行模式，其中來自所述壓縮機的被壓縮空氣流過所述流通通道結構至向所述膨脹式氣輪機供氣的所述燃燒室，使所述膨脹式氣輪機驅動所述發(fā)電機；壓縮空氣擴張運行模式，除了壓縮空氣流過所述流通通道結構流至所述燃燒室外，其中來自所述空氣存儲器的壓縮空氣還被供輸經過所述聯接結構流至所述燃燒室，這增加了流向所述膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體；以及空氣存儲器加載運行模式，其中來自所述加載壓縮機的壓縮空氣流經所述加載結構以便對所述空氣存儲器加載。
2.根據權利要求1所述方法，其中當流向所述膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體被減少到使所述膨脹式氣輪機不在允許的最大功率水平上運行時，所述擴張運行模式就可實現。
3.根據權利要求2所述方法，其中在提高的外界溫度的時間內，供應所述附加壓縮空氣。
4.根據權利要求2所述方法，其中當空氣密度太低時，為使所述膨脹式氣輪機運行在允許的最大功率狀態(tài)下，供應所述附加壓縮空氣。
5.根據權利要求1所述方法，其中所述加載壓縮機含有增壓壓縮機，該增壓壓縮機具有與所述燃氣輪機裝置的所述壓縮機的出口相聯接的入口，并且由電機驅動所述增壓壓縮機。
6.根據權利要求5所述方法，在所述燃氣輪機裝置的所述壓縮機的出口與所述增壓壓縮機入口之間進一步含有中間冷卻器。
7.根據權利要求1所述方法，其中所述加載壓縮機至少包含第一及第二壓縮機，在所述第一壓縮機的出口與所述第二壓縮機的入口之間設置有中間冷卻器，從所述第一壓縮機的入口吸納外界空氣，所述第二壓縮機的出口經所述加載結構與所述空氣存儲器相聯接，在所述第二壓縮機的出口與所述空氣存儲器的入口之間設置有后冷卻器，并且由電機驅動所述第一及第二壓縮機。
8.根據權利要求1所述方法，進一步含有蒸汽輪機，與所述蒸汽輪機相聯接的發(fā)電機，以及熱回收蒸汽發(fā)電機；所述熱回收蒸汽發(fā)電機的入口與所述膨脹式氣輪機的出口溝通，所述熱回收蒸汽發(fā)電機的出口與所述蒸汽輪機的入口溝通。
9.根據權利要求1所述方法，其中所述空氣存儲器是地下地質構造物或人造壓力容器。
10.根據權利要求1所述方法，其中所述燃氣輪機系統的發(fā)電機具有的發(fā)電容量超過以所述燃氣輪機運行模式運行的所述燃氣輪機系統所發(fā)出的電量，這樣在以所述空氣擴張運行模式運行期間，由于附加壓縮空氣被提供給所述燃氣輪機裝置的所述膨脹式氣輪機，所述發(fā)電機可提供所述超出的電量。
11.一種提供燃氣輪機派生發(fā)電站的方法，該發(fā)電站結合有壓縮空氣存儲器，所述發(fā)電站包含燃氣輪機裝置，該燃氣輪機裝置具有至少一臺壓縮機；至少一臺膨脹式氣輪機，運行時該膨脹式氣輪機與至少一臺壓縮機及與至少一個燃燒室相聯，該燃燒室向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣；以及至少一臺發(fā)電機，該發(fā)電機與所述至少一臺膨脹式氣輪機相聯接。所述至少一臺壓縮機經流通通道結構與所述至少一個燃燒室的入口溝通；該方法包括將壓縮空氣導入所述至少一個燃燒室的上游，該燃燒室向所述至少一個膨脹式氣輪機供氣；從所述至少一個壓縮機的排出處抽取壓縮空氣；提高發(fā)電機的容量；提供壓縮空氣的壓縮存儲及補充系統，該系統包括至少一臺增壓壓縮機；至少一臺電機用于驅動增壓壓縮機；至少一個為增壓壓縮機供氣的中間冷卻器；位于所述增壓壓縮機下流的后冷卻器；以及位于所述后冷卻器下游的壓縮空氣存儲器；提供下列結構措施來集成所述燃氣輪機裝置及所述存儲及補充系統以構成通過所述發(fā)電站的各種流通通道經中間冷卻器使所述燃氣輪機裝置的出口至所述增壓壓縮機的入口之間溝通的匯合結構；聯接所述增壓壓縮機的出口與所述后冷卻器入口及聯接所述后冷卻器的出口與所述壓縮空氣存儲器的加載結構；使所述空氣存儲器的出口與燃燒室的入口之間溝通的聯接結構；以及裝設閥門以便有選擇地控制流過所述加載結構、所述聯接結構、所述匯合結構及所述流通通道結構的氣流；以上集成確保了三種運行模式的選擇性措施a)燃氣輪機運行模式，b)空氣擴張運行模式，通過把補充空氣流從所述壓縮空氣存儲器引至所述至少一個向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣的燃燒室，來提供比所述燃氣輪機運行模式發(fā)出的功率更高的功率，以及c)空氣存儲器加載運行模式，其中利用所述至少一臺壓縮機及所述至少一臺增壓壓縮機對所述空氣存儲器進行壓縮空氣加載。
12.根據權利要求11所述方法，其中所述安裝閥門包括用于控制經過所述加載結構的空氣流的第一閥系統；用于控制在所述壓縮空氣存儲器及所述燃燒室之間的聯接結構之中的空氣流的第二閥系統；在所述匯合結構中的閥及在所述流通通道結構中的閥；以便從所述至少一個壓縮機的出口處引導壓縮空氣。
13.根據權利要求12所述方法，進一步含有位于所述壓縮空氣存儲器與所述燃燒室之間的所述聯接結構之中的換熱器。
14.根據權利要求13所述方法，其中運行于所述燃氣輪機運行模式期間，所述第一及第二閥系統是關閉的，在所述匯合結構中的所述閥是關閉的，而在所述流通通道結構中的所述閥是開啟的，以便從所述至少一臺壓縮機通過所述流通通道以及至所述至少一個燃燒室的入口構成流通通道，該燃燒室向所述膨脹式氣輪機供氣。
15.根據權利要求13所述方法，其中運行于所述空氣擴張運行模式期間，所述第一閥系統是關閉的，所述第二閥系統是開啟的，在所述匯合結構中的所述閥是關閉的，而在所述流通通道結構中的所述閥是開啟的，以便構成燃氣及空氣流通通道，在該流通通道中，存儲于所述空氣存儲器中的壓縮空氣流過所述換熱器并與來自所述至少一臺壓縮機出口的空氣混合并流至所述至少一個燃燒室，該燃燒室向所述至少一個膨脹式氣輪機供應燃品；如此使所述至少一臺膨脹式氣輪機產生允許的最大功率，于是通過所述至少一臺發(fā)電機增加發(fā)出輸向電力網的電力。
16.根據權利要求15所述方法，其中所述至少一臺壓縮機的入口導向輪葉是關閉的以減少所述至少一臺壓縮機的功率消耗，以增加由所述至少一臺發(fā)電機發(fā)出的輸向電力網的電力。
17.根據權利要求13所述方法，其中運行于所述空氣存儲器加載運行模式期間，所述第一閥系統是開啟的，所述第二閥系統是部分地開啟的，在所述匯合結構中的閥是開啟的，而在所述流通通道結構中的所述閥是關閉的，以便構成空氣及燃氣流通通道，在該流通通道中來自所述至少一臺壓縮機的壓縮空氣沿所述匯合結構流動，通過所述中間冷卻器并在所述增壓壓縮機中進一步被壓縮，然后壓縮空氣流向所述后冷卻器并流向所述壓縮空氣存儲器；該方法進一步提供小部分冷卻空氣流，該小部分冷卻空氣流來自所述空氣存儲器，經所述聯接結構穿過所述第二閥系統的部分開啟的閥，穿過所述換熱器至所述至少一個向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣的燃燒室以向所述至少一臺膨脹式氣輪機供應足夠的冷卻空氣，而所述至少一臺發(fā)電機與電力網相聯并由它供電，而所述至少一臺壓縮機及至少一臺膨脹式氣輪機由所述發(fā)電機驅動，而所述增壓壓縮機由所述電機驅動，而所述電機由電力網供電。
18.根據權利要求12所述方法，進一步含有裝在底下的蒸汽系統；該系統包含熱回收蒸汽發(fā)電機，該發(fā)電機運行時與所述至少一臺膨脹氣輪機的排氣口相聯。
19.一種提供燃氣輪機派生發(fā)電站的方法，該發(fā)電站含有燃氣輪機裝置；該燃氣輪機裝置具有至少一臺壓縮機，至少一臺膨脹式氣輪機，該膨脹式氣輪機運行時與所述至少一臺壓縮機并與至少一個燃燒室相聯，該燃燒室向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣；而且該發(fā)電機與所述至少一臺膨脹式氣輪機相聯，該方法包括將壓縮空氣導向所述至少一個燃燒室的上游，該燃燒室向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣；提高發(fā)電機的容量；提供附加的壓縮及壓縮空氣存儲系統，該系統包括壓縮機結構；用于驅動所述壓縮機結構的電機；位于所述壓縮機結構下游的后冷卻器；位于所述后冷卻器下游的壓縮空氣存儲器；將所述燃氣輪機裝置與所述壓縮及壓縮空氣存儲系統集成以構成各種流通通道是通過下列系統來做到的在所述壓縮機結構的出口與所述后冷卻器入口之間以及從所述后冷卻器的出口至所述壓縮空氣存儲器進行溝通的加載結構；使所述空氣存儲器的出口和所述至少一個燃燒室的入口之間溝通的聯接結構；安裝閥以便有選擇地控制經過所述加載結構及聯接結構的氣流；以上集成保證了三種運行模式的選擇措施a)燃氣輪機運行模式；b)空氣擴張運行模式，通過把來自所述壓縮空氣存儲器的補充壓縮空氣流導至所述至少一個向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣的燃燒室，使以上所述運行模式提供的電力比所述燃氣輪機運行模式提供的更多；以及c)空氣存儲器加載運行模式，其中利用所述壓縮機結構對所述空氣存儲器施加壓縮空氣加載。
20.根據權利要求19所述方法，其中所述安裝閥門包括用于控制經過所述加載結構中的空氣流的第一閥系統，以及用于控制在所述聯接結構中的空氣流的第二閥系統，該聯接結構位于所述壓縮空氣存儲器與所述燃燒室之間。
21.根據權利要求20所述方法，進一步包括位于所述聯接結構中的換熱器，該聯接結構位于所述壓縮空氣存儲器與所述燃燒室之間。
22.根據權利要求21所述方法，其中運行于所述燃氣輪機運行模式期間，所述第一及第二閥系統是關閉的，以便從所述至少一臺壓縮機經過所述流通通道結構至所述燃燒室構成流通通道。
23.根據權利要求21所述方法，其中運行于所述空氣擴張運行模式期間，所述第一閥系統是關閉的而所述第二閥系統是開啟的，以便構成燃氣及空氣流通通道，在該流通通道內，存儲于所述空氣存儲器內的壓縮空氣流過所述聯接結構并流至所述換熱器并與來自所述至少一臺壓縮機的出口的空氣混合并流至向所述至少一臺膨脹式氣輪機供應燃品的所述燃燒室，這樣使所述至少一臺膨脹式氣輪機產生允許的最大功率，于是增加了由所述發(fā)電機發(fā)出的輸向電力網的電力。
24.根據權利要求23所述方法，其中所述至少一臺壓縮機的入口導向輪葉是關閉的以便減少所述至少一臺壓縮機的功率消耗并增加由發(fā)電機發(fā)出的輸向電力網的電力。
25.根據權利要求21所述方法，其中運行于所述空氣加載運行模式期間，所述第一閥系統是開啟的，所述第二閥系統是關閉的，而驅動壓縮機結構的所述電機與電力網相聯并由該電力網供電，以便構成空氣流通通道，在該流通通道中所述壓縮機結構壓縮大氣中空氣，該空氣沿所述加載結構流動并經過所述后冷卻器并進入所述空氣存儲器。
26.一種燃氣輪機發(fā)電系統及其派生結構的運行方法包括提供的至少一臺燃氣輪機裝置包含壓縮機；與所述壓縮機運行時相聯的膨脹式氣輪機；與所述膨脹式氣輪機及所述壓縮機中的一個聯接的發(fā)電機；向所述膨脹式氣輪機供氣的燃燒室；把所述壓縮機的出口與所述燃燒室的入口流體上接通的流通通道結構；壓縮空氣存儲器；用于向所述空氣存儲器加載的加載壓縮機結構；把所述加載壓縮機結構的出口與所述空氣存儲器的入口流體上接通的加載結構；把所述空氣存儲器的出口與飽和器的入口流體上接通的聯接結構；用于加熱導至所述飽和器的水的水加熱器；用于容納已預熱的及飽和的壓縮空氣的換熱器；所述換熱器的出口與所述燃燒室在流體上相溝通；以及與所述聯接結構及所述加載結構相聯接的閥結構，以便分別地控制流過所述聯接結構及所述加載結構的流體；通過控制所述閥結構以便選擇下列運行模式中的一種燃氣輪機運行模式，其中來自所述壓縮機的被壓縮空氣流過所述流通通道結構至所述向所述膨脹式氣輪機供氣的燃燒室，這樣由所述膨脹式氣輪機驅動所述發(fā)電機；壓縮空氣擴張運行模式，其中來自所述空氣存儲器的補充壓縮空氣被供輸流過所述聯接結構，除壓縮空氣通過所述流通通道結構至所述燃燒室之外，并在所述飽和器內達到飽和及被預熱并進一步在所述換熱器中被加熱而后導至所述燃燒室，這就增加了流至所述膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體；以及空氣存儲器加載運行模式，其中來自所述加載壓縮機結構的壓縮空氣流過所述加載結構至所述空氣存儲器。
27.根據權利要求26所述方法，其中所述擴張運行模式，在下列運行條件下實現當流向所述膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體被減少到所述膨脹式氣輪機不運行在允許的最大功率水平時。
28.根據權利要求27所述方法，其中所述補充壓縮空氣在外界溫度的升高期間內進行供應。
29.根據權利要求27所述方法，其中所述補充壓縮空氣在空氣密度太低至使所述膨脹式氣輪機不能運行在允許的最大功率狀態(tài)下進行供應。
30.根據權利要求26所述方法，其中所述加載壓縮機結構含有壓縮機系及驅動所述壓縮機系的電機。
31.根據權利要求30所述方法，其中所述壓縮機系至少包含第一及第二壓縮機，中間冷卻器設置在所述第一壓縮機的出口與所述第二壓縮機的入口之間，所述第一壓縮機的入口吸納外界空氣，所述第二壓縮機的出口經所述加載結構與所述空氣存儲器聯接，后冷卻器設置在所述第二壓縮機的出口與所述空氣存儲器的入口之間，而電機驅動所述第一及第二壓縮機。
32.根據權利要求26所述方法，其中所述空氣存儲器是地下的地質構造物或人造的壓力容器。
33.根據權利要求26所述方法，其中所述燃氣輪機系統的所述發(fā)電機具有的發(fā)電量超過當所述燃氣輪機系運行于所述燃氣輪機運行模式時的發(fā)電量，所以在運行于所述空氣擴張運行模式期間，由于向所述燃氣輪機裝置的所述膨脹式氣輪機供應附加的壓縮空氣，所述發(fā)電機能提供所述超出的電量。
34.根據權利要求26所述方法，其中設置了第一水泵用于向所述飽和器供水，并設置了第二水泵使水在所述水加熱器與所述飽和器之間循環(huán)。
35.一種提供燃氣輪機派生發(fā)電站的方法，該發(fā)電站結合有壓縮空氣存儲器并含有燃氣輪機裝置及至少一臺發(fā)電機，該燃氣輪機裝置具有至少一臺壓縮機、運行時與所述至少一臺壓縮機及與至少一個燃燒室相聯的至少一臺膨脹式氣輪機；該燃燒室向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣；該發(fā)電機與所述至少一臺膨脹式氣輪及所述至少一臺壓縮機中的一個相聯；所述至少一臺壓縮機經流通通道結構與所述至少一個燃燒室的入口溝通，該方法包括提高發(fā)電機的容量；提供壓縮空氣存儲及回收系統，該系統包含壓縮機結構用于驅動該壓縮機結構的至少一臺電機；與該壓縮機結構相聯的至少一個中間冷卻器；位于所述壓縮機結構下游的后冷卻器；位于所述后冷卻器下游的壓縮空氣存儲器；與所述空氣存儲器的出口溝通的飽和器；與所述飽和器溝通的水加熱器，以向所述飽和器供應熱水以對引向所述飽和器的壓縮空氣進行加濕和預熱；以及與所述飽和器的出口溝通的換熱器，以把所述飽和器輸出的壓縮空氣進一步進行預熱、加濕；通過采取以下措施把所述燃氣輪機裝置及所述存儲及回收系統集成起來以構成各種通過該發(fā)電站的各種流通通道，提供的這些措施是使所述壓縮機結構的出口與所述后冷卻器的入口之間以及從所述后冷卻器至所述壓縮空氣存儲器之間形成溝通的加載結構，使所述空氣存儲器的出口與所述飽和器的入口之間溝通以及使所述換熱器的出口與所述至少一個燃燒室的入口之間溝通的聯接結構，安裝閥門以便有選擇地控制流過所述加載結構及所述聯接結構的流體，該集成保證三種運行模式的選擇措施a)燃氣輪機運行模式，b)空氣擴張運行模式，通過把來自所述壓縮空氣存儲器的補充壓縮空氣流導至所述飽和器、所述換熱器而后導向所述至少一個向所述至少一個膨脹式氣輪機供氣的燃燒室，來使以上運行模式提供的功率比所述燃氣輪機運行模式所提供的高，以及c)空氣存儲器加載運行模式，其中所述空氣存儲器由所述壓縮機結構向它進行壓縮空氣加載。
36.根據權利要求35所述方法，其中所述安裝閥門包括第一閥系統，用于控制流過所述加載結構的流體；以及所述第二閥系統，用于控制在所述聯接結構中的空氣流體，該聯接結構位于所述壓縮空氣存儲器與所述飽和器之間。
37.根據權利要求36所述方法，其中運行于所述燃氣輪機運行模式期間，所述第一及第二閥系統是關閉的以便構成從所述至少一臺壓縮機經所述流通通道結構至所述至少一個燃燒室的流通通道，該燃燒室向所述膨脹式氣輪機供氣。
38.根據權利要求36所述方法，其中運行于所述空氣擴張運行模式期間，所述第一閥系統是關閉的而所述第二閥系統是開啟的，以便構成燃氣及空氣的流通通道，在該通道中存儲于所述空氣存儲器中的壓縮空氣流經所述的聯接結構并流至所述飽和器而后流至所述換熱器并與來自所述至少一臺壓縮機的出口的空氣混合并流向所述至少一個向所述至少一臺膨脹式氣輪機提供燃品的燃燒室，使得所述至少一臺膨脹式氣輪機產生允許的最大功率，于是增加由所述發(fā)電機發(fā)出的并輸向電力網的電力。
39.根據權利要求36所述方法，其中運行于所述空氣加載運行模式期間，所述第一閥系統是開啟的，所述第二閥系統是關閉的，而驅動壓縮機系的電機與電力網相聯并由電力網供電，以構成空氣流通通道，在該通道處所述壓縮機結構對大氣中的空氣進行壓縮，該空氣沿所述加載結構流動并經過所述后冷卻器并進入所述空氣存儲器。
40.一種燃氣輪機發(fā)電系統及派生物的運行方法包括提供至少一臺燃氣輪機裝置，該裝置包含壓縮機，運行時與所述壓縮機相聯的膨脹式氣輪機，與所述膨脹式氣輪機相聯接的發(fā)電機；向所述膨脹式氣輪機供氣的燃燒室；把所述壓縮機的出口與所述燃燒室的入口流體上接通的流通通道結構；補充的壓縮機結構；把所述補充壓縮機結構的出口與飽和器的入口流體上接通的聯接結構，用于加熱導至所述飽和器的水的水加熱器，用于容納已預熱和飽和的壓縮空氣的換熱器，所述換熱器的出口與所述燃燒室是溝通的；以及與所述聯接結構相聯的閥結構以控制流過所述聯接結構的流體，控制所述閥結構以便從下列運行模式中選擇一種燃氣輪機運行模式，其中來自所述壓縮機的被壓縮空氣流過所述流通通道結構至向所述膨脹式氣輪機供氣的所述燃燒室，所以所述膨脹式氣輪機驅動所述發(fā)電機，以及壓縮空氣擴張運行模式，其中除壓縮空氣通過所述流通通道結構至所述燃燒室外，來自所述補充壓縮機結構的補充壓縮空氣被供輸通過所述聯接結構并在所述飽和器中達到飽和及被預熱并在所述換熱器中被進一步加熱而后被導至所述燃燒室，這增加了流至所述膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體。
41.根據權利要求40所述方法，其中當流至所述膨脹式氣輪機的壓縮空氣及燃氣的物質流體被減少至使所述膨脹式氣輪機不運行在允許的最大功率水平時，在此運行期間，實施所述擴張運行模式。
42.根據權利要求41所述方法，其中所述補充的壓縮空氣在外界溫度升高期間內進行供輸。
43.根據權利要求41所述方法，其中當空氣密度太低至使所述膨脹式氣輪機不能運行于允許的最大功率狀況下進行所述補充壓縮空氣供輸。
44.根據權利要求40所述方法，其中所述補充壓縮機結構含有壓縮機系，而電機驅動所述壓縮機系。
45.根據權利要求44所述方法，其中所述壓縮機系包括至少第一及第二壓縮機，中間冷卻器設置在所述第一壓縮機的出口與所述第二壓縮機的入口之間，所述第一壓縮機的入口吸納外界空氣，所述第二壓縮機的出口經所述聯接結構與所述飽和器相聯，后冷卻器設置在所述聯接結構中，該聯接結構位于所述第二壓縮機的出口與所述飽和器的入口之間。
46.根據權利要求40所述方法，其中所述燃氣輪機系統的所述發(fā)電機具有發(fā)電量超過所述燃氣輪機系統運行于所述燃氣輪機運行模式時發(fā)出的電量，這樣在所述空氣擴張運行模式期間，由于補充壓縮空氣被供輸至所述燃氣輪機裝置的所述膨脹式氣輪機，所述發(fā)電機可發(fā)出所述超過的電量。
47.根據權利要求40所述方法，其中設置了第一水泵用于向所述飽和器供水，并且設置了第二水泵用于使所述水加熱器與所述飽和器之間的水進行循環(huán)。
48.一種提供燃氣輪機派生發(fā)電站的方法集成了補充壓縮空氣系統，所述發(fā)電站包含燃氣輪機裝置，該燃氣輪機裝置具有至少一臺壓縮機，在運行時與所述至少一臺壓縮機及與至少一個向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣的燃燒室相聯的至少一臺膨脹式氣輪機，以及與所述至少一臺膨脹式氣輪機及與所述至少一臺壓縮機相聯的至少一臺發(fā)電機，所述至少一臺壓縮機經流通通道結構與所述至少一個燃燒室相溝通，該方法包括提高該發(fā)電機的容量；提供補充壓縮空氣系統，它含有壓縮機結構，其尺寸適于提供一定量的補充空氣流；至少一臺電機，用于驅動該壓縮機結構；至少一個中間冷卻器，它與該壓縮機結構相聯；位于所述壓縮機結構下游的后冷卻器；位于所述后冷卻器下游的飽和器；水加熱器，它與所述飽和器溝通以向所述飽和器提供熱水來預熱導向所述飽和器的壓縮空氣；以及換熱器，它與所述飽和器的出口溝通以進一步加熱從所述飽和器排出的已預熱的飽和的壓縮空氣，通過提供以下結構來集成所述燃氣輪機裝置及所述補充壓縮空氣系統使所述后冷卻器的出口與所述飽和器的入口之間溝通及使所述換熱器的出口與所述至少一個燃燒室的入口之間溝通的聯接結構，以及安裝閥門以控制流過所述聯接結構的流體，該集成保證以下兩種運行模式的選擇措施a)燃氣輪機運行模式，以及b)空氣擴張運行模式，通過把來自所述補充壓縮機結構的補充壓縮空氣流導至所述飽和器及導至所述換熱器而后導至向所述至少一臺膨脹式氣輪機供氣的至少一個燃燒室，來使該運行模式提供的發(fā)電量高于由所述燃氣輪機運行模式提供的發(fā)電量。
49.根據權利要求48所述方法，其中運行于所述燃氣輪機運行模式期間，所述閥是關閉的，以便構成從所述至少一臺壓縮機經過所述流通通道結構至所述至少一個燃燒室的流通通道。
50.根據權利要求48所述方法，其中運行于所述空氣擴張運行模式期間，所述閥是開啟的以構成燃氣及空氣流通通道，在該通道內來自所述補充壓縮機結構的補充壓縮空氣流過所述聯接結構并流至飽和器而后流至所述換熱器并和來自所述至少一臺壓縮機的出口的空氣混合并流向所述至少一個向所述至少一臺膨脹式氣輪機提供燃品的燃燒室，這樣使所述至少一臺膨脹式氣輪機產生出允許的最大功率，于是增加了由所述發(fā)電機產生的輸向電力網的電力。
51.根據權利要求48的所述方法，其中所述一定量的補充空氣流大約是35磅/秒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方法,保證在升高的外界溫度和/或低空氣密度條件下使燃氣輪機(12)可在最大功率狀態(tài)下運行。該方法包括:一種燃氣輪機模式,在該模式中空氣僅由燃氣輪機壓縮機(14)供應;一種壓縮空氣擴張模式,在該模式中附加的空氣由空氣存儲器(28)供應;以及一種空氣存儲器加載模式,在該模式中,來自加載壓縮機(32)的空氣被輸到空氣存儲器(28)。替代的一種方法是,取消空氣存儲器(28)而使加載壓縮機(32)的尺寸適于供應全部的補充空氣流體。
文檔編號F02C6/06GK1308708SQ99808347
公開日2001年8月15日 申請日期1999年5月17日 優(yōu)先權日1998年7月7日
發(fā)明者米歇爾·納哈姆京, 伯里斯·波塔什尼克 申請人:米歇爾·納哈姆京