构造为调整电力输出的燃气涡轮机发动机.pdf

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1、10申请公布号CN104160131A43申请公布日20141119CN104160131A21申请号201380012710X22申请日2013022761/606,53720120305US13/754,93620130131USF02C7/057200601F02C9/28200601F02C9/5420060171申请人西门子公司地址德国慕尼黑72发明人BD马里尼BJ博欣斯基74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人赵燕青54发明名称构造为调整电力输出的燃气涡轮机发动机57摘要一种燃气涡轮机发动机和控制燃气涡轮机发动机的方法，燃气涡轮机发动机可利用在具有多个附加发电来源的电网。

2、中。燃气涡轮机发动机构造有包含扩大的质量流体积的压缩机。燃气涡轮机发动机可在基础负载下运行，用于以发动机的部分负载和最佳效率将电力供应给电网，并且可以升高到更高的输出，以向电网供应峰值负载输出。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014090586PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0279592013022787PCT国际申请的公布数据WO2013/134020EN2013091251INTCL权利要求书3页说明书10页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图6页10申请公布号CN104160131ACN104160131A。

3、1/3页21一种被构造用于发电的燃气涡轮机发动机系统，所述燃气涡轮机发动机系统包括压缩机、燃烧器和涡轮机，所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气，用于与燃料燃烧，以产生热工作气体，并且所述涡轮机接收所述热工作气体来产生电力；所述压缩机和涡轮机参照参考发动机来构造，所述参考发动机限定一构造，对于预定涡轮机入口温度所述构造具有预定的质量流，用以在预定压缩机入口条件下以所述参考发动机的最大电力输出来产生最佳效率；所述涡轮机包括与所述参考发动机的涡轮机基本相同的构造；所述压缩机具有与所述参考发动机的压缩机不同的构造，其中所述压缩机的尺寸大于所述参考发动机的压缩机，以提供所述压缩机的大于所述参考发动机的压缩。

4、机的上部流动容量的最大流动容量；在所述压缩机的入口处包括入口导向叶轮IGV，所述IGV具有一预定位置，用于减少进入所述压缩机的空气质量流，小于用于在所述参考发动机的预定涡轮机入口温度下以最佳效率运行所述发动机的最大流动容量而流动。2如权利要求1所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，所述IGV的预定位置限定了进入发动机压缩机用于产生基础负载输出的空气质量流，并且从所述预定位置朝向更加打开位置打开所述IGV增加了所述燃气涡轮机发动机系统的电力输出。3如权利要求2所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，所述IGV朝向更加打开位置的运动在由预定涡轮机入口温度限定的恒定涡轮机入口温度下产生电力输出增加。4如权利要。

5、求3所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，电力输出增加超过IGV朝向更加打开位置移动时的基础负载输出增加至少10。5如权利要求4所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，所述IGV可从所述预定位置朝向闭合位置移动，减少流向所述压缩机的空气质量流，其中所述IGV适于减少进入所述压缩机的空气质量流，低于基础负载电力输出下的空气质量流的至少20，以提供减少的部分负载电力输出。6如权利要求2所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，所述IGV朝向所述更加打开位置的运动适于提供恒定的基础负载电力输出，增加压缩机入口空气温度超过所述预定压缩机入口条件。7如权利要求1所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，所述预定压缩机入口条件可以。

6、是用于燃气涡轮机发动机的ISO条件。8如权利要求1所述的燃气涡轮机发动机系统，其中，所述压缩机具有多级，每级由一排静止叶轮和一排旋转叶片限定，并且其中对所述压缩机的前三分之一级，其入口端部的尺寸具有比所述参考发动机的压缩机的相应级更大的外径。9一种控制发电厂以在电网上产生电力的方法，包括提供被构造用于发电的燃气涡轮机发动机系统，提供燃气涡轮机发动机系统包括提供压缩机、燃烧器和涡轮机，所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气，用于与燃料燃烧，以产生热工作气体，并且所述涡轮机接收所述热工作气体来产生电力；提供压缩机、燃烧室和涡轮机的步骤包括参照参考发动机来构造所述压缩机和涡轮机，其中所述参考发动机限定一。

7、构造，对于预定涡轮机入口温度所述构造具有预定的质量流，用以在对应于目标入口空气温度、目标相对湿度和目标大气压力的预定压缩机入口条权利要求书CN104160131A2/3页3件下产生最佳效率，从而产生所述参考发动机的最大电力输出，其中所述涡轮机包括与所述参考发动机的涡轮机基本相同的构造；其中所述压缩机具有与所述参考发动机的压缩机不同的构造，其中所述压缩机的尺寸大于所述参考发动机的压缩机，以提供所述压缩机的大于所述参考发动机的压缩机的上部流动容量的最大流动容量；将入口导向叶轮IGV设置在所述压缩机的入口处，所述IGV具有一位置，用于减少进入所述压缩机的空气质量流，小于用于在所述参考发动机的预定涡轮。

8、机入口温度下以最佳效率运行所述发动机的最大流动容量而流动；以及在第一模式下运行燃气涡轮机发动机系统，以提供恒定的电力输出，连续升高压缩机入口温度超过所述目标入口空气温度，运行燃气涡轮机系统的步骤包括A移动IGV以增加进入压缩机的空气质量流；以及B在移动IGV以增加空气质量流期间在预定涡轮机入口温度下保持涡轮机入口温度恒定。10如权利要求9所述的控制发电厂的方法，其中，运行燃气涡轮机发动机系统的步骤进一步包括C响应于步骤A和B使第二模式增加发电厂的净电力输出，燃气涡轮机发动机系统的效率相应地降低低于所述最佳效率。11如权利要求10所述的控制发电厂的方法，其中，当所述IGV处于所述预定位置时发电厂。

9、的电力输出是基础负载输出。12如权利要求11所述的控制发电厂的方法，其中，步骤C增加的电力输出至少超过所述基础负载输出的10。13如权利要求11所述的控制发电厂的方法，包括朝向闭合位置移动IGV，以减少进入压缩机的空气质量流，低于基础负载电力输出下的空气质量流的至少15，从而提供了减少的部分负载电力输出。14如权利要求13所述的控制发电厂的方法，其中，所述减少的部分负载电力输出低于所述基础负载电力输出的至少15。15如权利要求10所述的控制发电厂的方法，包括提供具有蒸汽涡轮机的发电厂，并且提供具有热回收蒸汽发生器HRSG的燃气涡轮机发动机系统，并且其中步骤C在第一净电力成本增加处提供了电力增加。

10、，第一净电力成本增加定义为第一净热耗率的变化/净电力输出的变化；以及在步骤C之后，通过向燃气涡轮机发动机系统提供管道燃烧来增加发电厂输出，以增加HRSG中的蒸汽产生，其中管道燃烧在第二净电力成本增加处提供了发电厂的净电力输出增加，第二净电力成本增加定义为第二净热耗率的变化/净电力输出的变化，比所述第一净电力成本增加显著更大。16如权利要求15所述的控制发电厂的方法，其中，步骤C在所述第一净电力成本增加处的电力增加提供了发电厂的净输出增加，超过所述基础负载输出至少10，净热耗率的相应增加小于2。17如权利要求16所述的控制发电厂的方法，其中，在所述第二净电力成本增加处，发电厂的净输出增加的约10。

11、产生于在所述第一净电力成本增加处提供的电力增加之后，净权利要求书CN104160131A3/3页4热耗率的相应增加大于2。18如权利要求16所述的控制发电厂的方法，其中，所述第二净电力成本增加大于所述第一净电力成本增加约八倍。19如权利要求18所述的控制发电厂的方法，其中，在所述第一净电力成本增加处提供的净电力增加至少等于或大于由所述第二净电力成本增加提供的净电力增加。20如权利要求18所述的控制发电厂的方法，其中，在所述第一净电力成本增加处提供的净电力增加得以发生，而不会影响到所述燃气涡轮机发动机系统的涡轮机内的热工作气体的温度对服务间隔的影响。权利要求书CN104160131A1/10页5。

12、构造为调整电力输出的燃气涡轮机发动机0001相关申请的交叉引用0002本申请要求2012年3月5日提交的、题为“构造为调整电力输出的燃气涡轮机发动机GASTURBINEENGINECONFIGUREDTOSHAPEPOWEROUTPUT”的美国临时专利申请序列NO61/606,537的优先权，其全部内容通过引用并入本文。技术领域0003本发明涉及一种燃气涡轮机发动机，并且更具体地涉及一种在基础负载中产生电力以及在电网上峰化PEAKING电力的燃气涡轮机发动机。背景技术0004使用燃气涡轮机进行电力生产已有几十年。在那个时候，行业已显著变化，而这带动了用于电力生产的燃气涡轮机的期望属性和容量的改。

13、变。在20世纪80年代和90年代初，燃气涡轮机初步用于基础负载运行。自那时起，运行要求发生了变化，随后燃气涡轮机用于加载随着时间推移经常变化的工作负载。这一要求不断扩大，并在最近引入风与不能完全控制或预测斜坡的其它来源的较大组合的情况下，期望具有能够很快上升和下降的燃气涡轮机。为了解决基础负载、波动负载和峰化负载的要求，采用各种尺寸的燃气涡轮机使之能够解决每种需求所需的期望电力量。0005工业燃气涡轮机在历史上用于生产尽可能多的电力，产生了在最大负载时以最大效率运行的发动机设计。燃气涡轮机设计的这种途径很大程度上基于燃气涡轮机的效率特性。对于给定的燃气涡轮机设计，效率曲线具有特性形状。从空气动。

14、力学的角度来看，从最低的运行点到最大的运行点，效率曲线倾斜缓慢直到最大效率。然而，一旦达到最大效率，它将会急剧下降，以进一步提高电力。这种下降是由于有流体超出了一排翼型件的最佳设计因而发生在涡轮机中的空气动力损失。由于这种现象，行业惯例是设计和/或控制发动机，使得它们在非常靠近但不超过其最大效率这一点达到它们的最大功率。0006在过去，燃气涡轮机作为基础负载单元运行，或者用于短时间内峰化电力供应。基础负载单元以最大功率运行一段延长时间。希望峰化器PEAKERS频繁地循环，以便当需求增加时供应额外的电力。在美国，区域电网可能由核能、煤、风、燃气发电组合地供应，燃气在白天按需求进出峰值或升降，包括。

15、提供电网的额外电力要求，作为例如太阳能和风能、波动能等可再生能源的输出。0007由于需要引入更多的运行灵活性，发动机设计出现了效率曲线的扁平化，而一些工业设计开始将来自飞机发动机的一些特征引入到工业发动机中。这些特性是引入多排压缩机可变叶轮VANES。在许多工业燃气涡轮机设计中，只有一排叶轮用于调节进入压缩机的空气的质量流。当只使用了一排时，大量质量流的减少导致压缩机效率的大量降低。当使用了多排时，压缩机质量流可以显著变化，而不会显著改变压缩机效率。虽然有所改善，但具有质量流的压缩机的这种较低效率损耗不会改变涡轮机反应到质量流的方式，而且燃气涡轮机目前一般被设计和/或控制成使得最大功率和最大效。

16、率非常接近。说明书CN104160131A2/10页6发明内容0008根据本发明的一方面，提供了一种被构造用于发电的燃气涡轮机发动机系统。所述燃气涡轮机发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮机。所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气，用于与燃料燃烧，以产生热工作气体，并且所述涡轮机接收所述热工作气体来产生电力。所述压缩机和涡轮机参照参考发动机REFERENCEENGINE来构造，其中所述参考发动机限定一构造，对于预定涡轮机入口温度所述构造具有预定的质量流，用以在预定压缩机入口条件下以所述参考发动机的最大电力输出来产生最佳效率。本发明的涡轮机包括与参考发动机的涡轮机基本相同的构造。然而，压缩机具有与参考发动。

17、机的压缩机不同的构造，其中本发明的压缩机的尺寸大于参考发动机的压缩机，以提供压缩机的大于参考发动机压缩机上部流动容量的最大流动容量。另外，入口导向叶轮INLETGUIDEVANES，IGV设置在压缩机的入口处，IGV具有一位置，用于减少进入压缩机的空气质量流，小于用于在参考发动机的预定涡轮机入口温度下以最佳效率运行发动机的最大流动容量而流动。0009IGV的预定位置限定了进入发动机压缩机用于产生基础负载输出的空气质量流，并且从预定位置朝向更加打开位置打开IGV可以增加燃气涡轮机发动机系统的电力输出。0010IGV朝向更加打开位置的运动可以在由预定涡轮机入口温度限定的恒定涡轮机入口温度下产生电力。

18、输出增加。0011电力输出增加可以超过IGV朝向更加打开位置移动时的基础负载输出增加至少10。0012IGV可以从预定位置朝向闭合位置移动，减少流向压缩机的空气质量流，其中IGV可适于减少进入压缩机的空气质量流，低于基础负载电力输出下的空气质量流的至少20，以提供减少的部分负载电力输出。0013IGV朝向更加打开位置的运动可适于提供恒定的基础负载电力输出，增加压缩机入口空气温度超过预定压缩机入口条件。0014预定压缩机入口条件可以是用于燃气涡轮机发动机的ISO条件。0015所述压缩机可以具有多级，每级由一排静止叶轮和一排旋转叶片限定，并且其中对压缩机的前三分之一级，其入口端部的尺寸可以具有比参。

19、考发动机的压缩机的相应级更大的外径。0016根据本发明的另一方面，提供了一种控制发电厂以在电网上产生电力的方法，所述方法包括0017提供被构造用于发电的燃气涡轮机发动机系统，提供燃气涡轮机发动机系统包括0018提供压缩机、燃烧器和涡轮机，所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气，用于与燃料燃烧，以产生热工作气体，并且所述涡轮机接收所述热工作气体来产生电力；0019提供压缩机、燃烧室和涡轮机的步骤包括参照参考发动机来构造所述压缩机和涡轮机，其中所述参考发动机限定一构造，对于预定涡轮机入口温度所述构造具有预定的质量流，用以在对应于目标入口空气温度、目标相对湿度和目标大气压力的预定压缩机入口条件下产生最佳。

20、效率，从而产生参考发动机的最大电力输出，其中所述涡轮机包括与所述参考发动机的涡轮机基本相同的构造；说明书CN104160131A3/10页70020其中所述压缩机具有与所述参考发动机的压缩机不同的构造，其中所述压缩机的尺寸大于所述参考发动机的压缩机，以提供所述压缩机的大于所述参考发动机的压缩机的上部流动容量的最大流动容量；0021将入口导向叶轮IGV设置在所述压缩机的入口处，所述IGV具有一位置，用于减少进入所述压缩机的空气质量流，小于用于在所述参考发动机的预定涡轮机入口温度下以最佳效率运行所述发动机的最大流动容量而流动；以及0022在第一模式下运行燃气涡轮机发动机系统，以提供恒定的电力输出，。

21、连续升高压缩机入口温度超过目标入口空气温度，运行燃气涡轮机系统的步骤包括0023A移动IGV以增加进入压缩机的空气质量流；以及0024B在移动IGV以增加空气质量流期间在预定涡轮机入口温度下保持涡轮机入口温度恒定。0025运行燃气涡轮机发动机系统的步骤可以进一步包括0026C响应于步骤A和B使第二模式增加发电厂的净电力输出，燃气涡轮机发动机系统的效率相应地降低低于最佳效率。0027当IGV处于预定位置时发电厂的电力输出可以是基础负载输出。0028步骤C增加的电力输出可以至少超过基础负载输出的10。0029所述方法还可以包括朝向闭合位置移动IGV，以减少进入压缩机的空气质量流，低于基础负载电力输。

22、出下的空气质量流的至少15，从而提供了减少的部分负载电力输出。0030减少的部分负载电力输出可以低于基础负载电力输出的至少15。0031所述方法还可以包括提供具有蒸汽涡轮机的发电厂，并且提供具有热回收蒸汽发生器HEATRECOVERYSTEAMGENERATOR，HRSG的燃气涡轮机发动机系统，并且其中0032步骤C在第一净电力成本增加处提供了电力增加，第一净电力成本增加定义为第一净热耗率的变化/净电力输出的变化；以及0033在步骤C之后，通过向燃气涡轮机发动机系统提供管道燃烧来增加发电厂输出，以增加HRSG中的蒸汽产生，其中管道燃烧在第二净电力成本增加处提供了发电厂的净电力输出增加，第二净电。

23、力成本增加定义为第二净热耗率的变化/净电力输出的变化，比所述第一净电力成本增加显著更大。0034步骤C在第一净电力成本增加处的电力增加可提供发电厂的净输出增加，超过基础负载输出至少10，净热耗率的相应增加小于2。0035在第二净电力成本增加处，发电厂的净输出增加的约10可以产生于在第一净电力成本增加处提供的电力增加之后，净热耗率的相应增加大于2。0036所述第二净电力成本增加可以大于所述第一净电力成本增加约八倍。0037在所述第一净电力成本增加处提供的净电力增加可以至少等于或大于由所述第二净电力成本增加提供的净电力增加。0038在所述第一净电力成本增加处提供的净电力增加可以发生，而不会影响到燃。

24、气涡轮机发动机系统涡轮机内热工作气体的温度对服务间隔的影响。附图说明说明书CN104160131A4/10页80039虽然本说明书结尾的权利要求特别指出并清楚地要求保护本发明，但应认为，结合附图从下面的描述中将更好地理解本发明，其中相同的附图标记标识相同的元件，并且其中0040图1是包括根据本发明一方面的燃气涡轮机发动机的电网的示意图；0041图2是示出由可再生能源提供到电网的能量变化的曲线图；0042图3是根据本发明各方面构造的燃气涡轮机发动机；0043图4是示出由根据本发明各方面的燃气涡轮机发动机提供的一系列运行的曲线图；0044图5是示出根据本发动机各方面构造的燃气涡轮机发动机相对于公知。

25、燃气涡轮机发动机的效率比较的曲线图；和0045图6是结合管道燃烧整合有根据本发动机各方面构造的燃气涡轮机发动机的联合循环电厂相对于结合管道燃烧整合有公知燃气涡轮机发动机的联合循环电厂的比较运行的曲线图。具体实施方式0046在优选实施方式的以下详细说明中，参考了形成其一部分的附图，并且其中通过举例的方式而不是通过限制的方式示出了本发明可以实践的特定优选实施方式。但是应当理解的是，可以利用其它实施方式，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出改变。0047本发明涉及一种燃气涡轮机发动机以及相对于具有多个附加发电来源的电网控制燃气涡轮机发动机的方法。特别地，电网可以包括一种或多种可再生能源，例。

26、如风力电力源和太阳能电力源。此外，可以希望的是，电网包括多种其它贡献电力源，其可包括，但不一定限于，一种或多种核能、煤和基于燃气涡轮机的动力源。0048图1示出了燃气涡轮机发动机10，其也可以被称为燃气涡轮机发动机系统，可以位于燃气发电厂12中并连接到电网14。发电厂12可仅包括燃气涡轮机发动机10，或者例如可以包括含有底循环BOTTOMINGCYCLE的联合循环电厂COMBINEDCYCLEPLANT，例如可以由利用涡轮发动机10的废气热通过蒸汽供给燃料的蒸汽涡轮机11提供。电网14的需求可以进一步从其它来源供应，对于本例示来说其它来源包括含有风力电力源16和太阳能电力源18的可再生能源15。

27、。如图2所示，提供由线19表示的各种电力源以满足需求，其可以在任何给定的时间段期间波动，其中可从风力电力源得到的电力由线16A描绘，可从太阳能电力源得到的电力由线18A描绘，而联合的风力和太阳能电力由线21描绘。0049可再生能源15通常不表示可调度发电。即，可从可再生能源15得到的输出不能按需“接通”，而来自这些来源的电力通常在它可得到时进行调度，以便当能源可从这些来源得到时最大限度地进行利用。因此，除了由线19表示的需求变化，来自可再生能源15的电力贡献可能会波动很大，这取决于白天时间和气候条件，如时间位置13和17所描绘。例如，从可再生能源15到电网14的联合电力输入可急剧上升，如图2曲。

28、线图的区段20和区段22左部所示。类似地，联合电力输入可急剧降低，如图2曲线图的区段22右部所示。因此，可再生能源15使用的增加已经推出了规定诸如燃气发电厂12等可调度发电来源要补偿供应到电网14的能源的减少和增加，并且要响应可比拟可再生能源15所引入变化的升说明书CN104160131A5/10页9降比率和幅度的比率和幅度。0050可以指出的是，虽然可再生能源15用作引入到电网14的变化的来源示例，但需要可调度能源的响应，除非权利要求另外指出，本发明并不一定限于电网14上的这个变化电力源。即，本文所描述的本发明的各方面可具有广泛的应用范围，以提供被构造为响应于电力输出升降的大量需求的燃气涡轮。

29、机发动机10。0051在通常运行中，当增加的电力水平可从可再生能源15中得到时，有可能降低基础负载发电厂的电力需求，例如可能发生在特定时段期间。可替代地，当来自可再生能源15的可用电力跌落时，需要有额外容量，该额外容量可从诸如燃气发电厂12等基础负载发电厂容易得到，以及可以由核电厂和燃煤电厂提供。随着可再生能源15容量的增加，连同电网14与这些可再生能源15的关联性依赖，有必要增加燃气电厂12的灵活性，以对可再生能源15引入的变化做出响应。特别地，在一些地区，可再生能源提供给电网14的量可以非常大，从燃气电厂12具有较大斜率的相关要求，以止住可再生能源15产生能量的波动。0052可实施各种途径。

30、以从基础负载电厂提供额外的电力，以便补偿可再生能源的变化量的能量。例如，可以从燃气涡轮机发动机提供较低水平的峰化电力，其中在有限的时间周期内，相比用于发动机的额定基础负载输出，发动机以更高的输出运行。此外，在联合循环电厂的情况下，管道燃烧可以用于增加供应至蒸汽涡轮机的蒸汽能量。当采用峰化电力时，通常控制燃气涡轮机发动机在比基础负载温度更高的温度下运行。在这种情况下，牺牲了发动机部件寿命，以获得额外的电力，但通常发动机效率得到保持甚至增加。即，通过增大涡轮机入口温度所获得的额外燃气涡轮机发动机输出可以不利地影响到暴露于经过涡轮机的热工作气体的高温下的涡轮机部件的寿命。0053根据本发明的一方面，。

31、燃气涡轮机发动机10被构造成提供超过基础负载输出的附加输出容量，并且额外提供增加的输出，而不会影响涡轮机部件的寿命。相对于涡轮发动机10，应当理解的是，燃气涡轮机通常设计有压缩机，以提供用于燃烧的压缩空气，压缩空气作为热工作气体供应至涡轮机，其中压缩机的尺寸或构造做成提供最大的空气质量流，其对应于预定涡轮机入口温度下的发动机的最佳效率。此外，燃气涡轮机发动机的设计通常参照被称为ISO条件的某些标准化环境条件来执行。燃气涡轮机行业所使用的标准条件ISO条件列出在ISO39772中，并包括59F/15C、147PSIA/1013巴和60的相对湿度。0054根据本发明的总体方面，燃气涡轮机发动机10。

32、与具有类似或更低额定电力输出的涡轮发动机相比被构造成在相对较高的上升率下提供增加的输出电力，并且如此构造基本上不会影响热的部件的寿命或者这些部件的定期维护。即，燃气涡轮机发动机10被构造成提供超过基础负载输出的增加的电力输出，不会影响发动机10的部件寿命或者具有可忽略的影响。通过增加通过发动机10的质量流来提供本发明所描述的方面，以提供增加的发动机电力输出，而不需要或不必提供增加的涡轮机入口温度。特别地，在ISO条件或一些其它确定的或预定的目标环境条件下，通过增加质量流超过在基础负载点以最大效率运行发动机所需的质量流来提供发动机10的增加的电力输出。0055参照图3，示出了燃气涡轮机发动机10。

33、，其包括压缩机32、涡轮机34和燃烧器区段36，燃烧器区段36用于接收来自压缩机32的压缩空气，并将压缩空气与燃料相结合以产生供应到涡轮机34的热工作气体。本发动机10的压缩机32可参考现有技术发动机构造进行描述，在本文中称为“参考发动机”。根据本发明的上述方面，针对最大或最优效率下的说明书CN104160131A6/10页10最大电力输出，相比设计成向同一燃烧器区段36和涡轮机34供应空气的参考发动机的压缩机，压缩机32被构造为向燃烧器区段36和涡轮机34供应更大体积的空气，其中发动机的输出比较在恒定的条件下执行。即，发动机的输出比较是在预定的压缩机入口条件下执行，该条件对应于目标入口温度、。

34、目标相对湿度和目标大气压，例如是ISO条件或任何其它预定的目标条件。0056根据本发明的一方面，压缩机32的体积增加可以通过提供压缩机32的扩大正面范围来实施，以允许较高的质量流，如图3中由围绕参考发动机的压缩机的一部分前部的虚线部分30所示。具体地，相比于参考发动机的压缩机，压缩机32设有较大的压缩机套管38，其包括较大外径并包括较大的压缩机翼型件，即跨度和/或翼长较大的压缩机叶片40和叶轮42。因此，叶片40和叶轮42构造成移动更大体积的空气通过压缩机32。根据本发明的再一方面，有关压缩机的前三分之一级，在其入口端部处，其尺寸具有比参考发动机的压缩机的对应级更大的外径，在图示的示例中，压缩。

35、机32的第一级至第五级设有较大的外径和较大的压缩机翼型件。0057另外，压缩机32的包括入口歧管46和入口套管48的入口被扩大，以允许更高体积的空气流进入压缩机32。可变翼型件也被扩大，其用于控制空气流从入口套管48进入压缩机的入口，并且包括入口导向叶轮IGV44。根据本发明的另一方面，可以提供四排IGV44，用于控制空气流进入压缩机32，其中为了增加或限制空气流进入压缩机32，当IGV44旋转到不同的旋转位置时，多排IGV44便于保持压缩机的效率。0058发动机10的重新构造的压缩机32可以参考现有技术发动机构造进行描述。在具体的示例性实施方式中，现有技术发动机可以是西门子发动机型号SGT6。

36、5000F。如上所述，现有技术发动机被称为“参考发动机”，其中本发明的燃气涡轮机发动机10的压缩机32和涡轮机34参考参考发动机进行构造。参考发动机被定义为这样的发动机对于预定的涡轮机入口温度其设计的构造具有预定的质量流，以在参考发动机的最大电力输出下产生预定目标压缩机入口条件下的最佳效率。例如，如果这样设置，则这样的发动机可以用IGV以基础负载最大输出运行在全开或全流位置。应当指出的是，IGV“全开”位置指的是用于朝向打开位置移动IGV的预限定的极限，该位置可能不对应于IGV的可得到物理运动的全部程度。本发动机10的涡轮机34包括与参考发动机的涡轮机基本相同的构造。即，涡轮机34被构造成当设。

37、有与参考发动机相同的质量流和涡轮机入口温度时具有最大功率和最佳效率。另外，本发动机10的燃烧器区段36可以与参考发动机的燃烧器区段相同。0059发动机10的压缩机32设有与参考发动机压缩机不同的构造，其中压缩机32的尺寸做得比参考发动机的压缩机更大，以提供更大体积的空气，压缩机32具有大于参考发动机的压缩机上部质量流动容量的最大流动容量。另外，压缩机32提供了更高的压力比，具有比参考发动机更高的浪涌极限SURGELIMIT。0060发动机10的IGV44旋转到基础负载位置，该位置对于该发动机定义为0度的位置，在运行的基础负载点针对预定或目标压缩机入口条件将空气的质量流约束至发动机10，以产生电。

38、力输出，其一般等于参考发动机在其最佳效率下的最大电力输出。在基础负载运行时，发动机10在针对发动机10的最佳效率下运行。因此，发动机10的基础负载运行可被表征为发动机10在部分负载和最佳效率下的运行，同时产生的电力输出等于以最佳效率运行并以同一涡轮机入口温度运行的参考发动机的最大电力输出。说明书CN104160131A107/10页110061移动IGV44至减小的角度，以允许更大的空气质量流进入压缩机32，从而对于给定的负载产生来自发动机10的增加的电力输出。例如，根据本发明的一方面，IGV44可从基础负载位置移动到非约束或充分的质量流位置，以提供增加的空气质量流进入压缩机32，大于基础负载。

39、点质量流的5，输出电力相应增加了约5。更优选地，并且根据本发明的优选方面，发动机10提供了增加的空气质量流进入压缩机32，至少增加约10，在高环境温度条件下输出电力相应增加了约10，例如环境温度高于与预定或目标压缩机入口条件相关联的温度。如上所述，针对给定的负载获得了增加的质量流和伴随增加的电力输出，同时保持了涡轮机入口温度恒定，即处于基础负载涡轮机入口温度，从而避免对涡轮机部件的寿命产生影响，如果涡轮机入口温度升高以增加电力，则另外可能会发生对涡轮机部件寿命的影响。另外，随着发动机电力增加超过运行的基础负载点，发动机效率降低而接近满电力。0062除了通过打开IGV44为发动机10提供增加电力。

40、超过基础负载运行点的能力，IGV44可从基础负载位置移动到升高枢转位置，或者从0度位置增加角度，进一步约束空气质量流进入压缩机32，低于以基础负载运行设置的质量流，用于实现转弯向下TURNDOWN或部分负载运行。用于发动机10的IGV44在部分负载下可关闭空气流的体积或降低到至少约20的值，其低于提供给以基础负载运行的参考发动机的体积。通过压缩机32提供的减小的流量不会不利地影响转弯向下时的排放，使得转弯向下运行得以实施，同时在可接受的减少水平保持排放如氮氧化物和一氧化碳。0063发动机10的电力输出可以在大的可调节范围内进行控制，从超过最大功率下基础负载运行点的约10到低于基础负载下转弯向下。

41、的约15。另外，通过控制空气质量流进入压缩机32来控制电力输出能够改进发动机10迅速地升斜电力的能力，以跟随电网14的负载要求。0064将发动机10的最佳性能设计移动到部分负载点对于所有者/经营者产生了若干有利方案。此发动机10的特别有利的方面在于，它使通常与两种类型的发电相关联的运行构建于一个发动机中。即，可以联合使用基础负载发电厂和峰化涡轮发动机或“峰化器”。发动机10可以在“基础负载”下以其最佳效率运行。在电网14将通常需要调度峰化器的方案中，基础负载的发动机可升降其剩余的负载，以提供额外的电力。该剩余电力导致基础负载单元的整体效率降低，但是当对比于运行基部负载单元然后调度附加高效率峰化。

42、单元时，效率损失可以由峰化发动机不必启动的事实加以克服。启动是低效率的行为，并且高负载下的总时间可能是有限的，因此两种高效率设施的联合电力输出实际上可具有比在超出最佳设计点的点运行的一个发动机更低的整体效率，即暂时处于较低的效率。0065将两个单元功能联接成一个发动机10时产生的这一效率优势也延伸到了排放。燃气涡轮机发动机的最高排放通常发生在发动机起动运行期间。需要避免启动第二、甚至第三较小单元，即峰化单元，这整体改善了产生所需要输出时产生的对环境的影响。0066这种设计容量的另一应用可见于遇到周期性高的环境条件的单元。燃气涡轮机发动机通常通过控制体积流量的改变来控制流向发动机的质量流。在更热。

43、环境条件期间，进入发动机的空气密度较小，使得进入发动机的相同体积流量的空气导致较少的质量流。设计发动机，使得能够在较高环境条件下提供较高体积的空气流，因此提供多余的质量流，为用户提供了在热天增加电力的机会。说明书CN104160131A118/10页120067对于给定的环境条件以及给定的运行温度，通过增加体积流量和/或质量流，而不是通过增加运行温度，本文所描述的发动机10在发动机的最大效率点以上提供电力。从基础负载运行点的最大效率点，控制发动机，使得质量流沿着运行曲线增加，运行曲线在非常类似于或低于最大效率点处水平的水平保持发动机的最大温度。该系统允许若干电力设定位于给定的环境点，允许针对此。

44、环境条件将发动机的设定转移到理论的、凭经验计算的或测得的最大效率点，并通过增加质量流达到高于该点的电力水平。0068使压缩机32设有额外体积流动容量以满足变化的电力需求并保持期望的电力水平的有利方面示于图4中。线52示出的是，随着压缩机32环境温度或入口温度的增加，可能发生燃气涡轮机发动机10的输出，无需补偿随着温度升高而相应减少的质量流。线54示出了针对不同温度发动机10的最大电力输出，该线54表示发动机10的最大电力输出超过发动机10通常所要求的基础负载运行电力。通过打开IGV44可提供进入发动机32的附加空气质量流，以允许附加空气体积流补偿随着温度升高而降低的空气密度，如水平线56所描绘。

45、，水平线56在线52、54之间延伸并示出了第一运行模式，在第一运行模式下，发动机可以随着环境温度的增加在平坦或恒定的电力输出下运行。在图4中还描绘了在固定的环境温度或压缩机入口温度下线52和54之间可得到的电力增加，如竖直线58所描绘，还示出了第二运行模式。燃气涡轮机发动机10可在线52、54之间的不同运行点下运行，示出为图4的阴影调整电力区域74，并特别由线56、58加以例举，不会影响发动机的服务间隔。即，发动机10运行点的额外范围设置在发动机10的正常工作温度范围内，使得影响发动机部件服务间隔的方面如部件的温度上升不会受到影响。0069根据本发明的一方面，线52对应于参考发动机在最佳效率下。

46、运行时的电力输出，一般会在预定或目标压缩机入口条件下提供具有最佳效率的基础负载输出。设置到针对参考或常规发动机而定义的运行线52右侧的运行区域被称为“调整电力SHAPINGPOWER”，原因在于该电力容易在本发动机10中得到来满足短时间周期内增加的电力需求，并能够在发动机10的正常工作温度参数内这样做而不会不利地影响到发动机10涡轮机中部件的部分寿命。因此，增加的电力输出可以选择性地施加调整，以大致满足或填补电网要求的电力变化，这可能由例如风力和/或太阳能电力等可再生电力源供应的电力的波动导致，以及应对环境条件的差异，如提供给压缩机的环境空气的温度升高。0070图5示出了如由线60描绘的具有变。

47、化入口温度的本燃气涡轮机发动机10的效率变化，其相比于如由线62描绘的具有变化入口温度的上述“参考发动机”的效率变化。应当理解的是，随着温度升高，具有变化入口温度的本发动机10的效率降低率可以通过打开IGV44抵消或减少，这对应于沿着线56到图4右侧的运动。另外，可以看出，相比于“参考发动机”，对于本发明的发动机，随着温度升高发动机效率的降低率得以减小。0071在第一运行模式的特定示例中，发动机10可具有“基础负载”运行点，即，在低于发动机10最大电力的部分负载处的正常运行点，在图4中由点70指出。随着环境温度的升高，IGV44被打开，以在相同的功率和增加的入口温度下运行，这由70右侧的示例性。

48、点72指出。因此，IGV可移动，以保持相同的功率，或者随着温度的升高使IGV相应地朝向更加打开位置运动，或者随着温度的减小使IGV相应地朝向更加闭合位置运动。0072在第二运行模式的特定示例中，发动机10可具有与上述示例相同的基础负载运行点，在图4中由70指出。然而，IGV在固定的环境温度下移向打开位置，以在增加的功率说明书CN104160131A129/10页13下运行，这由70上面的示例性点76指出。示例性点76表示响应于电网14上电力的增加需求可以由发动机10提供的运行点。如由运行点72、74例举的替代的运行点可以位于大致由线56和54界定的任何电力输出水平，不会影响到发动机10涡轮机内。

49、热工作气体的温度对服务间隔的影响。0073根据本发明的再一方面，燃气发电厂12可包括联合循环发电厂，其包括在底循环中使用的燃气涡轮机发动机10和蒸汽涡轮机11图1两者。底循环取得来自燃气涡轮机发动机10的未使用能量，诸如来自燃气涡轮机发动机10的废气热能，并将能量转换成用于电厂12的可用输出电力。为了增加电力输出，如为满足电网14的峰化要求，可以实施管道燃烧，以增加提供给热交换器诸如产生用于蒸汽涡轮机11的蒸汽的热回收蒸汽发生器HRSG8的涡轮机废气的温度。例如，额外的燃料可以添加到剩余氧气并与剩余氧气一起燃烧，剩余氧气位于排出的涡轮机废气中，以增加提供到HRSG8的气体温度，从而产生额外的蒸汽。0074在整合具有蒸汽底循环的常规燃气涡轮机的发电厂中，用于供应峰化电力的基本上所有的额外电力输出通过管道燃烧来提供，以用于联合循环的净热耗率NETHEATRATE的相对急剧增加为代价，如图5中由线64所示。与此相反，根据本发明的一方面，整合燃气涡轮机10的联合循环燃气发电厂12提供了初始的额外电力输出，以用于联合循环的净热耗率的相对较小增加为代价，由图5中线66的区段66A指出，此时燃气涡轮机发动机10的输出增大到它的最大功率。接着，燃气发电厂12的输出可使用常规管道燃烧进一步增大，由图5中线66的区段66B指出。0075换句话说，通过。