[发明专利]发电单元及用于操作此类发电单元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及借助于燃气涡轮和发电机来生成电功率。其涉及根据权利要求1的前序部分的发电单元。其还涉及一种用于操作此类发电单元的方法。

背景技术

通常，发电机的能力(即，其最大可能的输出)在热环境温度下降低，因为进入发电机冷却器的冷水的温度随环境温度增大而增大，特别是在冷却水在冷却水冷却器中克服环境空气(与水相反)再冷却时。

通常，降低的能力匹配燃气涡轮的降低的功率输出，燃气涡轮在更高的环境温度下驱动发电单元中的发电机。然而，当燃气涡轮功率输出利用蒸发冷却或雾化而增加，且可能通过附加的注水而进一步增加时，发电机可能不能在其规格极限(通常隔离级别E)内转化其增加的功率。

另一方面，在冷的环境温度下操作的燃气涡轮通常需要机构来防止压缩机入口和前级的结冰。

为了解决与燃气涡轮功率增加相关的问题，可使用具有更高能力的发电机：通常，这意味着更大且更昂贵的发电机来用于此特定操作窗口。如果从空气冷却发电机到氢冷却发电机的技术变化变得必要，则成本将不相称地增大。

作为备选，再冷却可提供有进气系统外的蒸发再冷却器。

作为备选，机械致冷装置(热泵)可用于再冷却发电机冷水。

然而，上文所述的解决方案复杂且/或昂贵，且需要显著的附加空间。

为了解决与燃气涡轮的结冰相关的问题，可使用来自于压缩机的放出空气，其中缺点如下：其降低了燃气涡轮的效率，且需要高温和压力等级的泵送。

作为备选，可使用热交换器。通常，来自于水蒸汽循环的低温蒸汽用于此目的。因此，这将限于联合循环发电设备(CCPP)，且因此对于简单循环设备不会可行。

文献US 6,112,544公开了一种用于优化发电站中用于发电的发电机的发电机冷却系统的冷却效率。发电机具有发电机冷却器，其与其它冷却器一起布置在封闭的中间冷却回路，其经由至少一个中间冷却器将热传递至主冷却水系统。该方法包括提供用于增大流经中间冷却回路中的发电机冷却器的介质之间的平均驱动温差的器件来改善从发电机冷却器至主冷却水系统的热传递。冷却系统与燃气涡轮不相关。

文献US 2012/0216546 A1公开了一种用于操作在进气通路中具有蒸发进气冷却系统的燃气涡轮单元的方法及设备，其中，蒸发进气冷却系统的返回水流用于冷却燃气涡轮单元的构件和/或联接到燃气涡轮单元上的发电机和/或联接到燃气涡轮单元上的另一个元件，且燃气涡轮单元适于使用该方法操作。燃气涡轮与发电机冷却之间的连接仅通过使用返回水流来建立。

文献WO 03/048545 A1公开了一种燃气涡轮单元以及用于操作具有高压涡轮和低压涡轮单元的燃气涡轮的方法。在该单元中，可通过在所述压缩机的上游侧上提供至少一个液滴注入装置以用于将液体注入进气流中以便增大由燃气涡轮单元生成的轴功率来实现燃气涡轮单元的轴功率的很快且同时的可容易控制的增加或降低。对应于燃气涡轮单元的轴功率输出的期望增大或减小的水质量流的量以液滴形式以大致无级方式且在由液滴注入装置的设计特征确定的时间间隔内立即增加或降低。未公开与发电机的关系。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种根据权利要求1的前序部分的发电单元，其以简单且最有效的方式使燃气涡轮和发电机的功率和冷却要求同步。

本发明的另一个目的在于公开一种用于操作此类发电单元的方法。

这些及其它目的通过根据权利要求1的发电单元和根据权利要求14的方法来获得。

根据本发明的发电单元包括燃气涡轮，其具有进气区段、压缩机、至少一个燃烧器和至少一个涡轮，且发电单元还包括气体冷却发电机，其由所述燃气涡轮驱动，且具有发电机冷却系统，该系统包括至少一个冷却器，冷却水在操作期间流经发电机冷却系统，且在操作期间其从所述发电机移除热。至少一个冷却器适于具有流经该处的冷却水。

该单元的特征在于，所述发电机冷却系统连接到布置在所述燃气涡轮的所述进气区段内的进气热交换器，以便将热从流经所述发电机冷却系统的所述冷却水的热传递至流经所述进气区段的空气。

根据本发明的实施例，所述燃气涡轮的所述进气区段包括在所述进气区段的入口处的过滤器，且所述进气热交换器布置在所述过滤器的下游。

具体而言，所述燃气涡轮的所述进气区段包括所述过滤器下游的消音器，且所述进气热交换器布置在所述消音器的下游。

更具体而言，所述燃气涡轮的所述进气区段包括用于冷却流经所述进气区段的进气的器件，且所述冷却器件布置在所述过滤器与所述消音器之间。