[发明专利]燃气轮机能量补充系统和加热系统

说明书

一种包括燃气轮机的发电容量的电力系统，其中，在峰值电力需求时间段期间，利用单独的供燃料的系统产生额外的电力。

技术领域

本发明总体地涉及包括燃气轮机的发电容量的电力系统，并更具体地说涉及能量存储系统，该能量存储系统可用于在峰值电力需求时间段期间提供额外的电力，并且提供保持燃气轮机和蒸汽轮机温度高并且准备运行以从而缩短起动时间的系统。

背景技术

目前，最低限度的能量主要通过燃气轮机以简单循环或是以联合循环配置来产生。由于负荷需求状况，基于燃气轮机的系统在高需求时间段期间循环加快(cycled up)而在低需求时间段期间循环减慢(cycled down)或关闭。这个循环典型地由电网操作者在称为主动电网控制或AGC的程序下进行驱动。不幸的是，由于代表大部分用户基数(installedbase)的工业燃气轮机被主要针对基本负荷操作设计，当它们循环时，严重的代价与特定单元的维护成本相关联。例如，运行基本负荷的燃气轮机可能经历每三年或24,000小时一次的维护，成本在2至3百万美元的范围内。而对于每天强制起动和关闭的发电厂而言，一年之内将发生相同的费用。

当前，这些燃气轮机发电厂能够降载到它们额定容量的大约50％。它们通过关闭压缩机的入口导引翼片来实现此，关闭入口导引翼片减小了到达燃气轮机的空气流，也降低了燃料流，这是因为在燃烧过程中需要恒定燃料空气比。保持安全的压缩机操作和排放典型地限制实际上能够实现的降载程度。在当前的燃气轮机中，通过将温暖的空气引入到燃气轮机的入口，典型地从来自于压缩机的中间级吹气提取，安全压缩机操作下限被提高。有时，这种温暖空气也被引入到入口以防止结冰。在任一种情况下，当这样做时，压缩机在过程中对空气所做的功被牺牲，以获得能够在较低流量下安全操作压缩机的益处，由此增加了降载能力。由于在排出的空气上做的功被损失，这对系统的效率具有进一步不利的影响。另外，燃烧系统也对系统施加限制。

燃烧系统通常限制系统能够被降载的量，这是因为随着更少的燃料被加入，火焰温度降低，增加所产生的CO排放量。火焰温度和CO排放之间的关系与降低温度成指数关系，于是，随着燃气轮机系统越靠近极限，CO排放陡升，因此健康裕度阻止了这个极限。这个特性限制所有燃气轮机系统实现大约50％的降载能力，或者对于100MW的燃气轮机而言，能够实现的最小功率大约为50％，或50MW。随着燃气轮机质量流下降，压缩机和涡轮机效率也下降，导致机器的加热率增高。一些操作者每天面对这种情况，并结果，随着负荷需求下降，燃气轮机发电厂触碰到了它们的操作下限，并不得不关闭机器，这使他们花费极大的维护成本代价。

典型的燃气轮机的另一个特性是随着周围温度升高，由于随着空气温度升高密度减小的线性影响，功率输出按比例降低。在热天里，典型地在峰值燃气轮机被要求最大限度传送功率时，功率输出能够从额定输出降低多于10％。

典型的燃气轮机的另一个特性是在燃气轮机的压缩机节段内被压缩和加热的空气被引导到燃气轮机的涡轮机节段的不同部分，在那里，它们用于冷却各种部件。这种空气被典型地称为涡轮机冷却和泄漏空气(下面称为TCLA)，这是相对于燃气轮机的技术领域中公知的术语。尽管从压缩过程被加热，TCLA空气比涡轮机温度仍显著冷，并由此可有效冷却压缩机下游的涡轮机中的那些部件。典型地，进入压缩机入口的空气的10％到15％绕过燃烧器并用于这个过程。由此，TCLA对燃气轮机系统的性能而言是明显的损害。

燃气轮机的另一特性是它们通常花费20至30分钟起动，这是由于热负载的考虑，并且在联合循环发电厂处的热回收蒸汽发生器(HRSG)会花费一个小时或更多。这会是显著的问题，因为联合循环发电厂被更多地使用以平衡在几分钟之内明显波动的可再生能源间歇性。

发明内容

取决于特定发电厂需求，本发明提供若干选项，来提高燃气轮机的功率输出的上限，由此增加新的或现存的燃气轮机系统的容量和调整能力。