[发明专利]用于使陆基或海基多转子燃气涡轮运行的系统、方法和计算机程序

说明书

本发明是一种用于操作陆基或海基多转子燃气涡轮以生成电力给负载供电的系统、方法和计算机程序，其中，该系统包括多转子燃气涡轮发动机(100A)，并且该方法包括：对至少两个发电机(G1、G2)的转速彼此对立地进行控制，以便直接控制转子的轴(11A、11B)的转速，该至少两个发电机(G1、G2)能够运行以生成电流来给负载供电；以及调节在第一热生成设备(HGE1)中生成的热的量。还公开了实施该方法的计算机程序。

技术领域

本发明大体上涉及通过利用燃气涡轮设施来生成电力和机械动力的技术领域。特别地，本发明涉及对用于生成电力以给负载供电的具有多转子燃气涡轮的陆基或海基燃气涡轮设施的运行的控制。

背景技术

电能生产目前正在经历重大变化。能源行业的污染和温室气体排放已经引起了越来越多的关注。同时，随着电能生产正迈向基于可再生能源的能源生产，电网也面临着新的挑战。以前，连接到电网的动力设施非常大，诸如核动力设施、大型煤基动力设施等。当然，这种集中式电力生成会在电网中造成损失，因为能源必须长距离传递。

分布式动力生成与消耗的关系更价密切，且因此在电网中的产生的损失较少，因为与集中式动力生成的情况相比能源传递的距离短。分布式动力生成还可以提高动力供应的本地安全性。与通常以其额定功率充当所谓的基本负荷运行的集中式动力生成设施相比，分布式动力生成设施必须能够基于负荷需求不断地调整其运行和输出动力，更典型地用作负荷跟踪动力设施。

如果电网需要供给动力或接收动力诸如在孤岛条件的情况下，则设施的输出动力的可调整性尤其重要，在孤岛条件期间，动力生成和动力消耗通常在电网薄弱的相当小的区域中必须相等。在这些情况下，运行完全依赖于单个动力生成单元或几个动力生成单元的控制和运行。因此，最重要的是具有在部分负载条件下同样可以高效运转并且可以快速调整其输出动力的动力设施。当动力设施运行作为间歇性动力源诸如太阳能动力设施或风能动力设施的储备装置时，部分负载条件下的可调整性和高效率也非常重要。

安装的分布式能源生产装置的数量没有增加的更多的一个主要原因是由这些系统产生的能源的价格比例如用较大单元产生的电力的价格高。这通常是由于与大型动力设施相比电效率较低。在电能生产中越来越多地使用的燃气发动机或燃气涡轮设施是可以用于分布式动力生成的动力设施的良好示例。

燃气涡轮设施也被设计成在100％标称负荷即设计点下运行。目前，商用燃气涡轮在其设计点下的电生产效率最高为约40％。如果燃气涡轮在部分负载条件下——即在低于100％标称负荷的负荷条件下——运行，则本身不太高的电效率迅速降低。

典型的燃气涡轮动力设施包括压缩机、燃烧器、涡轮和发电机。压缩机和涡轮安装在同一轴上并且形成单个转子。发电机也安装在该轴上。

一些现有技术描述了其中燃气涡轮具有两个转子的解决方案。双转子系统提供可能比单转子系统高的效率，并且与单转子系统相比，在相同的涡轮入口温度以及相同的输入到过程的热的情况下可以产生更多的动力。压缩机应当能够产生的压力增加的幅度通常会影响压缩机和系统的效率，使得总压力增加的越高，压缩机效率就越低。

在现有技术中，还相当常见的是，如果利用了不止一个压缩机，则利用同流换热器对供给燃烧器中的空气进行预加热并利用中间冷却器来移除来自低压压缩机的压缩空气的一些热。这两种装置都提高了燃气涡轮设施的效率。

一些现有技术还描述了具有多转子即例如三个转子的燃气涡轮的系统。其中大多数是在航空相关的应用中，其中重量和紧凑性在这些系统的设计中非常重要。在陆基和海基应用中，尺寸和结构不太重要，但是，例如效率却变得更加重要。此外，特别是在分布式动力生成中，在设计燃气涡轮设施时，必须仔细地考虑可控性以及部分负载运行和效率。

在单转子燃气涡轮的情况下，最常见的负荷类型是以恒定转速运转的电动发电机。执行控制使得转速保持恒定并且动力输出随着涡轮入口温度而变化。如果转速变化，则由压缩机吸收的动力变化。发动机将根据净动力是剩余还是不足来加速或减速。