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公開番号2025121861
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2025009572
出願日2025-01-23
発明の名称補助エネルギーとガスタービンエンジンからの廃熱回収を統合するためのシステム及び方法
出願人ジーイー・ベルノバ・テクノロジー・ゲーエムベーハー,GE Vernova Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類F01K 23/02 20060101AFI20250813BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】補助動力源をガスタービンエンジンから生成される動力と統合するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】電力を取り出すための統合システム(400)は、熱交換器(304、306)に、煙道ガス流(302)の熱エネルギーを供給するように構成された煙道ガス流源(110)、及び補助熱交換器(402)に補助熱エネルギーを選択的に供給するように構成された補助エネルギー源(AES)(204)を含む。統合システム(400)はコントローラ(206)を含み、コントローラ(206)は、前記AES(204)が前記補助熱交換器(402)に補助熱エネルギーを供給しているかどうかを判断すること、及び前記AES(204)が前記補助熱交換器(402)に補助熱エネルギーを供給している場合、タービン(320、366)に、煙道ガス流と前記補助熱エネルギーの両方から電力を取り出させることを実行するように構成される。
【選択図】図3A
特許請求の範囲【請求項１】
補助エネルギー源（ＡＥＳ）（２０４）から電力を取り出すための統合システム（２００、３００、４００、４５０、５００、６００、６５０、７００）であって、前記統合システム（２００）は、
第１の熱交換器（３０４、３０６）に煙道ガス流の熱エネルギーを供給するように構成された煙道ガス流源（１１０）、
補助熱交換器（４０２）に補助熱エネルギーを選択的に供給するように構成された補助エネルギー源（２０４）、及び
前記煙道ガス流源（１１０、２０２）及び前記ＡＥＳ（２０４）に結合されたコントローラ（２０６）であって、前記コントローラ（２０６）は、
前記ＡＥＳ（２０４）が前記補助熱交換器（４０２）に補助熱エネルギーを供給しているかどうかを判断すること、及び
前記ＡＥＳ（２０４）が前記補助熱交換器（４０２）に補助熱エネルギーを供給している場合、タービン（３２０、３６６）に、煙道ガス流の熱エネルギーと前記補助熱エネルギーの両方から電力を取り出させること
を実行するように構成される、コントローラ
を含む、統合システム（２００）。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記ＡＥＳ（２０４）は、太陽エネルギー源、風力エネルギー源、バイオエネルギー源、熱エネルギー源、及び地熱エネルギー源のうちの少なくとも１つを含む再生可能エネルギー源である、請求項１に記載の統合システム（２００）。
【請求項３】
前記第１の熱交換器（３０４、３０６）は、廃熱回収システムの一部として熱回収蒸気発生器（２０２）内に組み込まれ、前記熱回収蒸気発生器（２０２）は、前記煙道ガス流の熱エネルギーを使用して前記タービン（３２０、３６６）の作動流体に熱を供給する、請求項１に記載の統合システム（２００）。
【請求項４】
前記作動流体は超臨界ＣＯ
２
を含む、請求項３に記載の統合システム（２００）。
【請求項５】
前記第１の熱交換器（３０４、３０６）は、
煙道ガス流（３０２）から煙道ガス流の熱エネルギーを取り出し、前記作動流体の第１の流れ（３１４）に、取り出された煙道ガス流の熱エネルギーを供給するように構成された低温熱交換器（３０６）を含み、
前記統合システム（２００）は、更に、
前記第１の流れ（３１４）を第１のタービン流（３６０）と第２のタービン流（３６２）とに分流するように構成された第１の分流器（３５４）、
前記第１の分流器（３５４）から流出する前記第１のタービン流（３６０）を受け取るように結合された第１のタービン（３２０）、
前記第１の分流器（３５４）から流出する前記第２のタービン流（３６２）を受け取るように結合された第２のタービン（３６６）
を含み、
前記補助熱交換器（４０２）は、前記第１の分流器（３５４）と前記第１のタービン（３２０）との間の流路に配置され、前記第１のタービン流（３６０）が前記第１のタービン（３２０）に流入する前に、補助エネルギー源（２０４）から第１のタービン流（３６０）に熱エネルギーを供給する、請求項３又は４に記載の統合システム（２００）。
【請求項６】
前記第１の熱交換器（３０４、３０６）は、
高温熱（ＨＴＨ）交換器（３０４）であって、
前記煙道ガス流（３０２）を受け取ること、及び
前記煙道ガス流（３０２）から供給される熱エネルギーを取り出すこと
を実行するように構成された高温熱（ＨＴＨ）交換器（３０４）を含み、
前記タービン（３２０、３６６）は、前記ＨＴＨ交換器（３０４）から流出する高温流（４１２）を受け取るように結合され、第１のタービン電力出力（４２２）を生成するように構成された高温タービン（ＨＴＴ）（３２０）であり、
前記ＨＴＨ熱交換器（３０４）は、前記分流器（３５４）と前記ＨＴＴ（３２０）との間の流路上に配置されている、請求項５に記載の統合システム（２００）。
【請求項７】
燃焼後炭素回収（ＰＣＣ）システム（５００）を更に含み、前記燃焼後炭素回収（ＰＣＣ）システム（５００）は、
冷却流（５０４）と、ＨＴＨ交換器（３０４）の下流の第２の分流器（３３２）から流出する高温流（３３６）とを受け取るように結合された第１のＰＣＣ熱交換器（５０６）、
前記煙道ガス流（３０２）と、前記第１のＰＣＣ熱交換器（５０６）を流出する冷却流（５０４）とを受け取るように結合された第２のＰＣＣ熱交換器（５０８）であって、前記第２のＰＣＣ熱交換器（５０８）は、前記冷却流（５０４）と前記煙道ガス流（３０２）との間で熱エネルギーを交換する、第２のＰＣＣ熱交換器（５０８）、及び
前記冷却流（５０４）が前記第１及び第２のＰＣＣ熱交換器（５０６、５０８）から熱エネルギーを受け取った後に、前記冷却流（５０４）を受け取る燃焼後回収ユニット（５０２）であって、受け取った冷却流（５０４）は前記Ｃユニット（５０２）の加熱要件を満たすのに十分な熱を提供する、燃焼後回収ユニット（５０２）
を含む、請求項６に記載の統合システム（２００）。
【請求項８】
前記コントローラ（２０６）は、
異なる周囲温度又はタービン負荷に対して前記第１及び第２のＰＣＣ熱交換器（５０６、５０８）の加熱要求を満たすために、前記第１及び第２のＰＣＣ熱交換器（５０６、５０８）によって排出される熱負荷及び温度の両方を維持すること、及び
前記第２の分流器（３３２）から前記第１のＰＣＣ熱交換器（５０６）に排出される前記煙道ガス流（３０２）の第１の分岐流（３３６）と、前記分流器（３３２）から再圧縮機（３４４）に排出される第２の分岐流（３３８）の分岐率を能動的に調整する及び／又は制御すること
を実行するように構成される、請求項７に記載の統合システム。
【請求項９】
前記コントローラ（２０６）は、圧力センサ（３７８）、温度センサ（３７６）、及び流量センサ（３８０）のうちの少なくとも１つのセンサに通信可能に結合されている、請求項１に記載の統合システム（２００）。
【請求項１０】
補助エネルギー源（ＡＥＳ）（２０４）から電力を取り出すための統合システム（２００）の動作方法（８００）であって、前記方法（８００）は、
コントローラ（２０６）によって、前記補助エネルギー源（２０４）が補助熱交換器（４０２）に補助熱エネルギーを供給しているかどうかを判断すること（８０８）、及び
前記ＡＥＳ（２０４）が前記補助熱交換器（４０２）に補助熱エネルギーを供給している場合、少なくとも１つのタービン（３２０、３６６）に、煙道ガス流（３０２）と前記補助熱エネルギーの両方から電力を生成させること
を含む、方法（８００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、補助エネルギー源から電力を生成することに関し、より詳細には、補助エネルギーとガスタービンエンジンからの廃熱回収を統合するための方法及びシステムに関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【０００２】
ガスタービンは、様々な商業運転（発電運転など）で広く使用されている。ガスタービンは、一般に、圧縮機、少なくとも１つの燃焼器、及びタービン（例えば、膨張タービン）を含んでいる。通常、圧縮機は作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を燃焼器に排出し、燃焼器では、圧縮された作動流体の流れに燃料が噴射され、得られた混合物に点火して燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは燃焼器から出てタービンに送られ、タービンで膨張して仕事を生成し、電力に変換される。少なくとも一部の既知のガスタービンは、排気ガスから取り出された熱エネルギーを利用して更に電力を生成する。
【０００３】
再生可能エネルギー源をガスタービンエンジンと統合することにより、発電システムは、資源を節約し、排出を削減しながら、電力網によって要求される安定した電力を生成することができる。しかし、安定した電源から電力を生成するための発電システムと、間欠性電源から（間欠性電源が利用可能な場合に又は利用可能なときに）電力を生成するための発電システムとを、統合することは、移行及び／又は再構成のダウンタイムが必要となる。更に、予測不可能な間欠性エネルギー源を、システム間の移行準備のためにごくわずかな予兆で統合することは、特に困難な場合がある。
【０００４】
したがって、補助動力源をガスタービンエンジンから生成される動力と統合するシステム及び方法の必要性がある。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、電力を取り出すための統合システムが提供される。前記統合システムは、熱交換器に煙道ガス流の熱エネルギーを供給するように構成された煙道ガス流源、補助熱交換器に補助熱エネルギーを選択的に供給するように構成された補助エネルギー源、及び前記煙道ガス流源及び前記ＡＥＳに結合されたコントローラを含む。前記コントローラは、前記ＡＥＳが前記補助熱交換器に補助熱エネルギーを供給している場合、タービンに、煙道ガス流の熱エネルギーと前記補助熱エネルギーの両方から電力を取り出させることを実行するように構成されている。
【０００６】
別の態様では、電力を取り出すための統合システムが提供される。前記統合システムは、熱交換器に煙道ガス流の熱エネルギーを供給するように構成された煙道ガス流源と、補助熱交換器に補助熱エネルギーを選択的に供給するように構成された補助エネルギー源と、煙道ガス流が熱交換器を通過した後に煙道ガス流を受け取る燃焼後炭素回収システムとを含む。前記システムは、前記煙道ガス流源に結合されたコントローラを含む。前記コントローラは、タービンに、前記熱交換器によって取り出された煙道ガス流の熱エネルギーと、前記補助熱交換器によって取り出された補助熱エネルギーから、電力を取り出させるように構成されている。別の態様では、補助エネルギー源から電力を取り出すための統合システムの動作方法を提供する。前記方法は、前記補助エネルギー源が補助熱交換器に補助熱エネルギーを供給しているかどうかを判断すること、及び前記ＡＥＳが前記補助熱交換器に補助熱エネルギーを供給している場合、タービンに、前記補助熱エネルギーのから電力を生成させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示のこれらの特徴、態様、及び利点並びに他の特徴、態様、及び利点は、以下の発明を実施するための形態を図面を参照しながら読むと、更によく理解することができる。図面において、同種の文字は図面全体にわたって同種の部品を表している。
ガスタービンエンジンと統合システムを含む例示的な発電システムの概略図である。
例えば図１に示す発電システムと共に使用することができる例示的な統合システムの概略図である。
図１に示す発電システムと共に使用することができ、煙道ガス流エネルギー源及び補助エネルギー源を含む別の例示的な統合システムの概略図である。
図１に示す発電システムと共に使用することができ、煙道ガス流エネルギー源及び補助エネルギー源を含む別の例示的な統合システムの概略図である。
図１に示す発電システムと共に使用することができ、煙道ガス流エネルギー源と補助エネルギー源とポストカーボン捕捉システムとを含む更に別の例示的な統合システムの概略図である
図１に示す発電システムと共に使用することができ、煙道ガス流エネルギー源及び補助エネルギー源を含む他の例示的な統合システムの概略図である。
図１に示す発電システムと共に使用することができ、煙道ガス流エネルギー源及び補助エネルギー源を含む他の例示的な統合システムの概略図である。
図１に示す発電システムと共に使用することができ、煙道ガス流エネルギー源及び補助エネルギー源を含む他の例示的な統合システムの概略図である。
例えば、煙道ガス流エネルギー源と補助エネルギー源とを含む統合システムを制御する例示的な方法のプロセスフロー図である。
【０００８】
別段の指示がない限り、本明細書で提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を例示するためのものである。これらの特徴は、本開示の１つ又は複数の実施形態を含む多種多様なシステムにおいて適用可能であると考えられる。そのため、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施に必要であることが当業者によって知られている全ての従来の特徴を含むことを意味するものではない。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の明細書及び特許請求の範囲において、幾つかの用語が参照され、これらの用語は、以下の意味を有するように定義されるものである。単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈から明らかに複数形ではないことが指示されていない限り、複数形の参照を含む。「任意選択の」又は「任意選択で」とは、その後に説明される事象又は状況が発生してもよいし、発生しなくてもよく、その記載には事象が発生する場合及び事象が発生しない場合が含まれることを意味する。更に、「一実施形態」への言及は、言及された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。更に、反対のことが明示的に記載されていない限り、特定の特性を有する１つ又は複数の要素を「含む」又は「有する」実施形態は、当該特性を有しない追加の同様の要素を含むことができる。
【００１０】
本明細書に記載される例示的な実施形態では、電力を発生する統合システムが、煙道ガス流（例えば、ガスタービンエンジンに関連する煙道ガス流）と共に使用できるように提供される。例示的な実施形態では、統合システムは、煙道ガス流エネルギー源及び／又は補助エネルギー源（ＡＥＳ）のいずれか、又は両方から、電力を取り出すことができる。例えば、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を有する統合システムを使用して、ガスタービンエンジンから排出される煙道ガス流から煙道ガス熱エネルギーを取り出し、この熱エネルギーを使用して、電力を発生することができる。ＨＲＳＧは、本明細書では「熱回収ｓＣＯ
２
発生器」と呼ばれることもあり、「ｓＣＯ
２
」という表現は超臨界二酸化炭素を表す。また、統合システムは、ＡＥＳからの補助熱エネルギーを用いて選択的に電力を発生する。ＡＥＳとしては、再生可能エネルギー源（太陽エネルギー源、風力エネルギー源、バイオエネルギー源、及び／又は地熱エネルギー源など）を挙げることができる。一部の実施形態では、ＡＥＳは、例えば、限定されないが、砂を使用した貯蔵、セラミックブロック、及び／又は溶融塩などの熱エネルギー貯蔵を含むことができる。一部の実施形態では、再生可能エネルギー源は、不規則に利用される、及び／又は予測できない場合があり、本明細書において「間欠的エネルギー源」と呼ばれることがある。更に、本明細書に記載される一部の実施形態において、統合システムは、間欠的エネルギー源が利用可能な場合は間欠的エネルギー源から電力を生成することができ、一方で、安定したエネルギーを生成することもでき、例えば、電力網又は機械負荷によって要求されるような電力供給を安定して行うことができ、それによって、利用可能な場合には再生可能エネルギー源を利用して、持続可能性を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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