JP2018512529A - ハイブリッド燃焼タービン発電システム - Google Patents

Abstract

ハイブリッド燃焼タービン発電プラント（３０）であって、そこでは、従来のガスタービン（１１、１２、１４）が、流体接続（３２）を介して、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）と一体化されており、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）は、直接熱エネルギー貯蔵部（４０）と、その下流に、直接熱エネルギー貯蔵部および圧縮空気貯蔵部（６０）の間の代替経路に配置された補助圧縮機（５２）および減圧装置（５０）とを備える。ＡＣＡＥＳは減圧装置を介して所望の質量流量で、流体接続を介してガスタービンに空気を排気するが、より長い期間にわたってより低い質量流量で補助圧縮機を介して空気を給気し、トリクル給気により低パワー補助圧縮機の使用が可能となる。直接熱エネルギー貯蔵部（４０）の使用により、圧縮熱が効率的に戻される。あるいは、可変質量流量、可逆動力機構（７０）および第２熱エネルギー貯蔵部（７２）を、直接熱エネルギー貯蔵部（４０）の下流に設けることができ、低パワー可逆動力機構であっても、全体的なパワー調節と、ＡＣＡＥＳを給気または排気するためにそれぞれ圧縮および膨張の切り替えを行うこととが可能となり、実質的なパワー調節が達成される。

Description

本発明は、ハイブリッド燃焼タービン発電システム、その製造のためのレトロフィット方法、および動作方法に関する。特に、本発明は、従来の燃焼タービンが断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムと一体化されたハイブリッドシステムに関する。

熱を貯蔵するための熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ：ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ）装置を利用した断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ａｉｒ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ）システムは、１９８０年代から知られている。特に、ＡＣＡＥＳシステムは熱貯蔵部内に圧縮空気の圧縮熱を貯蔵し、圧縮空気が、膨張する前に圧縮空気貯蔵部を出る際に、次に空気へと戻れるようにする。ＴＥＳ装置は、圧縮空気が通過する蓄熱媒体を含み、蓄熱媒体に熱を排出し、それによって貯蔵部を加熱し、空気を冷却する。蓄熱媒体は、空気が直接、交換熱エネルギーを渡す固体粒子の充填床であり得る多孔貯蔵塊の形態であり、または、それは、貫通状のチャネルまたは相互接続孔が設けられた固体マトリクスまたはモノリスを含み、または、流体は、粒子（例えば石）の充填床などの貯蔵塊からそれを分離する熱交換パイプのネットワークを通過し得る。あるいは、圧縮空気は、個別の熱貯蔵部に結合された熱交換器を通過し、それにより熱が熱伝達流体を介して後者に間接的に伝達され、この場合、熱貯蔵部は加圧される必要はなく、溶融塩または高温油などの蓄熱媒体を含むことができる。

ＴＥＳ装置における顕熱の貯蔵が最適化される場合、ＡＣＡＥＳの全体的なエネルギー貯蔵能力も増強されることが理解されよう。直接熱伝達に基づいた熱エネルギー貯蔵部は、間接的に蓄熱するもの（例えば通常、熱伝達流体ループを介して遠隔貯蔵部に結合された熱交換器を含む）よりはるかに高い効率を有する。出願人の以前の特許文献１では、蓄熱媒体がそれぞれ個別の下流のセクションまたは層に分割されている、直接熱伝達ＴＥＳ装置が提案されている。層を通る伝熱流体の流路を、層におけるバルブ操作を使用して選択的に変更することができ、それによって、選択された時間に特定の層にのみアクセスし、熱フロントが配置されたセクションの上流または下流の不活性セクションを介した圧力損失を回避して、貯蔵部の利用率を最大化することができる。バルブにより制御された積層貯蔵を組み込んだＴＥＳ装置（より具体的には、それぞれの下流の個々のアクセス制御層に配置された固体蓄熱媒体を組み込んだ、直接伝達の顕熱貯蔵部）は、６００℃またはさらに高温に加熱された非常に効率的な貯蔵を提供することができる。なお、そのような床を通る流速は、０．５ｍ／ｓまたはさらにそれ未満の低速であり得、効率的な熱交換を促進する。

空気注入による燃焼タービンのパワー増大が使用されることにより、例えば、入口空気密度が低下する高所または高い雰囲気温度に起因してパワーが降下するような場合に、その通常最大許容パワーまでガスタービンのパワー出力を増加させることができる。外部圧縮の加熱空気は、パワー出力を向上させるために、燃焼器の上流のガスタービンに注入される。

ナカムキン（Ｎａｋｈａｍｋｉｎ）の特許文献２では、ハイブリッド燃焼タービン発電（ＣＴＰＧＳ）システムが提案されており、そのシステムでは、ガスタービンがＡＣＡＥＳシステムと一体化され、空気貯蔵からの加圧空気がガスタービンを通る空気流を増大させるために燃焼器にて注入され、したがって、そうでなければその最大許容レベル未満となっていたであろう場合であっても、パワー出力を増加させる。独自の空気入口を備える補助圧縮機は、空気貯蔵に空気を供給し、または、（燃焼器が未燃焼であり、タービンが単に空気貯蔵部から冷却流を受けているだけの間）その補助圧縮機が主圧縮機によって供給を受ける。このシステムは、選択的に、通常のガスタービン発電モード、増強ガスタービン発電モード、および、貯蔵モードといった、動作モードの各々を選択的に許容するバルブ構造を有している。

特許文献３によれば、特許文献２は、コストの高さと複雑さ、そして、貯蔵後であって注入前までの空気を加熱するための実用的な方法を欠いているという点のために実装されていない。特許文献２の教示によれば、タービンからの廃熱（単純サイクルガスタービン（ＳＣＧＴ：Ｓｉｍｐｌｅ Ｃｙｃｌｅ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ）の場合）、または、蒸気タービンからの廃熱（複合サイクルガスタービン（ＣＣＧＴ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ）の場合）で、戻りつつある貯蔵部空気を予熱することとなり、どちらにおいても、懸案のタービンで効率低下を引き起こす。代替案として、特許文献３は代わりに、特に、その後の戻りのために圧縮熱を貯蔵する貯蔵モード時の種々の熱交換器ステージの使用を提案する。また、動作中、および、そうでなくとも通常にパワーを生成している間、ガスタービンを通って下方に通過するガス流から、いくらかの加圧ガスが抽出される貯蔵モードも提案されている。

国際公開第２０１２／１２７１７８号 米国特許第５，９３４，０６３号明細書 国際公開第２０１３／１１６１８５号

関連する問題として、ガスタービンが複数モードで動作することができるよう、それらの独立動作を可能にするため、圧縮機を選択的に結合し、タービンから切り離し得るように、デカップリング装置を備えた、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵ＡＣＡＥＳシステムと一体化された燃焼タービン（ＧＴ）システムを提供する様々な提案がなされてきた。そこでは、セレクタバルブ構成が、これら複数のモードにおいてＧＴへの、およびＧＴからの空気流を迂回させるためにＧＴ流路内に配置され得る。しかし今日まで、そのような分離可能なガスタービンシステムの開発のコストおよび複雑さのために、いずれの商用システムも存在していない。

本発明は、改良されたハイブリッド燃焼タービン発電システムを提供することに向けられている。

本発明の第１態様によれば、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ：ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）であって、
互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービン（ＧＴ）システムであって、タービンが、着脱不能に圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービン（ＧＴ：ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ）システムと、
圧縮機およびタービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）であって、ＧＴシステム（例えば、タービンの上流）から空気を抽出、およびＧＴシステムに空気を注入する、あるいはＧＴシステムから空気を抽出またはＧＴシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）と
を備え、
ＡＣＡＥＳは、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を含み、
さらに、流路ネットワーク内に、（ｉ）圧縮空気貯蔵部に給気するための、１つ以上の流体接続および少なくとも１つの直接ＴＥＳの間に配置された、任意選択の給気圧縮機および関連空気入口と、（ｉｉ）少なくとも１つの直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部の間の代替の各流路内に配置された、補助（例えば、第２ステージ）圧縮機および減圧装置とが配置され、
流路ネットワークおよび関連バルブ構造は、
給気モードであって、少なくとも１つの直接ＴＥＳに、ＧＴシステムの圧縮機および任意選択の給気圧縮機、あるいはＧＴシステムの圧縮機または任意選択の給気圧縮機によって第１質量流量での圧縮空気を供給し、圧縮空気は少なくとも１つの直接ＴＥＳを通過し、少なくとも１つの直接ＴＥＳによって冷却され、圧縮された冷却空気がさらに圧縮空気貯蔵部に貯蔵される前に、補助圧縮機によって圧縮される、給気モードと、
排気モードであって、第１質量流量よりも高い第２質量流量で圧縮空気貯蔵部からの加圧空気を減圧装置により膨張させ、加圧空気が少なくとも１つの直接ＴＥＳを通過して、そこを通る空気流を補充するために１つ以上の流体接続を通過して燃焼器に戻る前に、そこで加熱される排気モードと
の両方においてＡＣＡＥＳの選択的動作を可能にするように構成され、
ＣＴＰＧＳは、
（ｉ）発電するためのＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通って下流に空気がそれぞれ通過するが、空気流が部分的に補充または抽出されない通常発電モード、
（ｉｉ）発電するためのＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通って下流にそれぞれ通過する空気が、上記排気モードで動作する際にＡＣＡＥＳシステムの圧縮空気貯蔵部から第２質量流量にて戻る加圧空気の、１つ以上の流体接続における、注入によって補充される別の発電モード、
（ｉｉｉ）貯蔵モードであって、
（ａ）給気圧縮機からの圧縮空気が、存在する場合、少なくとも１つの直接ＴＥＳに第１質量流量で供給され、ＧＴシステムが非活性、または活性および発電中のいずれかである、および／または、
（ｂ）圧縮空気が、ＧＴシステムから１つ以上の流体接続を介して抽出され、少なくとも１つの直接ＴＥＳに第１質量流量で供給される、貯蔵モード
の動作モードのうちの少なくとも各々において選択的動作を可能にするように構成されている、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）が提供される。

このように、比較的低コストのハイブリッド発電システムが製造され得、そこでは、ＧＴシステムが、例えばその許容最大能力またはその付近にそのパワーを通常、増強するための別の発電モードで稼働し得、所望の期間にわたって第２質量流量での排気を可能とする減圧装置によってそれが容易になり、一方、ＣＡＥＳシステムは、より長い期間にわたってより低い第１質量流量で便利に給気する。例えばトリクル給気などの給気において第１質量流量が低くなると、補助圧縮機は、より低いパワーおよびより安価になる必要がある。

直接ＴＥＳの使用は効率的に圧縮熱を戻す。こうして直接ＴＥＳを出るガスは、さらに加熱ステージを必要とすることなく、直接、燃焼器に入り得る。直接ＴＥＳが必要とされる理由は、それが即時出力増大を必要とするガスタービンのために必要な高速応答に対して、熱交換器よりもさらに適しているからである。非活性時に熱交換器はクールダウンし、このことからウォームアップ時間を必要とする。対照的に、直接ＴＥＳ貯蔵部は熱を保持し、即時使用のために利用可能である。また、直接ＴＥＳは、より高い排気速度によって排気時に必要な高速で効率的な熱伝達をより良く提供することができる。これにより、熱交換器が、非常に大きく（給気モードの要件と比較して大きすぎる）ならざるを得ないことに対処できる。また、貯蔵部の構成は、より短いより大きな領域（例えばより広い）貯蔵部を使用して、より速い排気速度に対応するように変更され得る。以下に説明するように、積層直接ＴＥＳの使用も非常に有利である。

減圧装置とは、より高い排気流量で貯蔵部から空気が出てくる際に、ワークを行うことなく空気が膨張することを可能にする装置を意味し、これは絞り弁、膨張バルブまたは類似の装置であり得る。装置は、理想的には、制御されていない質量流量を回避するために、それを介して質量流量を調節すべきである（または、例えば、質量流量を調節する装置が（例えば、すぐ下流に）接続されるべきである）。そのような装置は、ゲートバルブ、ボールバルブ、プラグバルブ、バタフライバルブまたは類似のタイプのバルブから選択され得、流れを絞るために電子的または機械的なフィードバックを使用し得る。したがって、それは、例えばタービンのような、膨張のワークを占め（かつ効率的であり）、しかし、より高い排気流量を処理するためには大きく／高価になるであろうパワー機構とは対照的に、簡単かつ安価であり得る。

本発明は、従来の燃焼タービンＧＴシステムのパワー調節に関し、すなわち、そのような燃焼タービンＧＴシステムでは、圧縮機、燃焼器およびタービンは（恒久的に）互いの下流に流体接続され（すなわち、ＧＴ流路の中へまたはＧＴ流路から外にガス流を迂回させるためにガスタービン流路内に直接、介在するバルブ構成なしで）、これにより、ガスタービンがパワーを生成するように動作しているときはいつでも、少なくともいくらかの空気流が、順番にこれらの全てのコンポーネントを介して順次、（流れの一部が１つ以上の流体接続で抽出または付加されているか否かを問わず）下流へと通過し、パワーが生成されるたびに、両方が一緒に動作するようにタービンが着脱不能に圧縮機に結合される。

１つの実施形態では、第２質量流量は、少なくとも第１質量流量の２倍である。第２質量流量は、第１質量流量の少なくとも２倍または少なくとも５倍、または第１質量流量の少なくとも７倍であり得る。あるいは、質量流量は、それが貯蔵に給気されたときに比べ、同量の空気が少なくとも２倍、５倍または７倍速く、貯蔵から排気されるように第１質量流量より高くあり得る。

１つの実施形態では、給気モードにおいて、ＧＴシステムを通過する圧縮空気の一部は、１つ以上の流体接続で抽出され、少なくとも１つの直接ＴＥＳへと第１質量流量で供給される。ＧＴ圧縮機自体がＴＥＳに圧縮空気を供給する第１ステージ圧縮機として作用するので、追加の装置を必要としないという点で、この実施形態は、より簡単でより低コストである。しかし、ＧＴの動作に他の変更がなされなければ、ＧＴ空気流の一部の抽出は、給気モード中に除去される空気の量に関連するパワーの低減につながり、もちろん、ＡＣＡＥＳは給気のみ行い得る一方で、ＧＴシステムは活性となり発電を行う。

比較的小さな部分、例えば、（例えば、タービン入口での）ＧＴを介した総質量流量の通常は１０％未満、または８％未満、またはさらには６％未満または３％が、ブリードアウトされる。排気中の質量流量が給気中の質量流量よりも高いため（通常、少なくとも２倍の高さ）、その場合、ＧＴを介した総質量流量の通常は２０％未満、または１６％、または１２％、または６％は、貯蔵（および／または以下に説明するような給気圧縮機）からＧＴに注入し戻される。

ＡＣＡＥＳは、圧縮機およびタービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してＧＴシステムと一体化されている。例えば、これらは、圧縮機ハウジング／出口、燃焼器または燃焼器ケーシング内、または膨張機入口に配置され得、燃焼タービン内を通って流れる流体から空気が回収され、またはその流体へと空気が注入されることを可能にする。注入された加圧空気の一部または全てを、流体接続（複数可）の位置に応じて、燃焼器内で燃焼させ得る。

流体接続は、ＧＴ（例えば、燃焼器ケーシング内のブリードポート）における、開口部またはポート（例えば、ブリードポート）などの、既存または改変（例えば、拡大）またはレトロフィットの入口／出口であり得、ＡＣＡＥＳの流路ネットワークに流体接続されている。本発明の両方の態様は、圧縮機、燃焼器、および、燃焼器に関連したタービンが常に流体接続されている従来のガスタービンに関連し、例えば、（分離可能な先行技術改変ＧＴシステムの場合のように）ＧＴ流路の中にまたはＧＴ流路から外にガスの流れを選択的に迂回させることができるガスタービン流路に直接、配置されたバルブ構成を伴わない。したがって、ガスタービンコンポーネントが選択的に、しかし非恒久的に相互に流体接続されるように、ガスタービンの流路内に介在するバルブ／バルブ構成である流れ接続を介してＧＴシステムと一体化されたＡＣＡＥＳをカバーすることは意図されていない。

その開口部またはポート内への加圧空気の質量流量は、ＡＣＡＥＳ流路ネットワークにおける下流近くに位置する流量制御バルブによって制御され得、例えば、ＧＴを通る空気流が特定の値を超えないことを確実にする。

１つ以上の流体接続は、レトロフィット適合としてタービン入口の上流に提供され得る。これは、例えば燃焼器ケーシングにおける開口部またはポートをレトロフィットさせることを含み得、均一にガスを送達するためのポートのグループを囲む１つ以上のマニホールドをレトロフィットさせることも含み得る。本実施形態では、給気時の質量流量は、有利にはＧＴ質量流量（例えば、タービン入口での）の通常は１０％以下、または８％、または６％の質量流量で圧縮空気を抽出する低パワー（しばしば３０ＭＷ未満、またはさらには１５ＭＷ未満の）圧縮機である補助圧縮機によって設定される。例えば、１００ｋＰａ（１ｂａｒ）から１７００ｋＰａ（１７ｂａｒ）の雰囲気空気を圧縮することは、１ｋｇ／ｓの流量で４５０ｋＷを使用し得、一方、１７００ｋＰａ（１７ｂａｒ）から４ＭＰａ（４０ｂａｒ）の雰囲気温度の空気を圧縮することは、１ｋｇ／ｓの流量で１００ｋＷを使用するのみであり得る。したがって、補助（すなわち、第２ステージ）圧縮機は、圧縮の第１ステージ（例えば、給気圧縮機）のワークの約２０から２５％を供給する必要があるのみである。

１つの好ましい実施形態では、関連空気入口を有する給気圧縮機は、１つ以上の流体接続および直接ＴＥＳの間に設けられ、給気モードにおいて、第１質量流量での圧縮空気は、少なくとも１つの直接ＴＥＳへ給気圧縮機によって供給される。この実施形態は、より高い初期コストを有し、例えば、給気圧縮機に動作的に関連付けられるモータのために、追加のパワーを必要とする。ＧＴシステムは、非活性であるか、または、発電中であり得、一方、ＣＡＥＳシステムは給気モードで動作中である。

第１質量流量での圧縮空気は、給気圧縮機により供給されるとともに、ＧＴシステムから抽出することにより、少なくとも１つの直接ＴＥＳに供給され得る。したがって、圧縮空気は、質量流量が下流補助圧縮機の最大質量流量を超えない場合に、給気圧縮機および活性ＧＴシステムの圧縮機（すなわち、ブリード空気）の両方によって給気モードで供給され得る。

１つの実施形態では、流量調節バルブは、１つ以上の流体接続と直接ＴＥＳとの間の流路ネットワークに設けられ、ＧＴパワー出力を調節するよう排気モードにおける流量を制御する。これは、例えば、電子的または機械的なフィードバックを用いて、質量流量を調節する減圧バルブであり得る。排気モードの間の、（給気モードとは対照的に、排気モードにてそれを超えて大きな圧力降下を経験し得る）第１ＴＥＳの下流の圧力変動とは、１つ以上の流体接続と直接ＴＥＳとの間の流れ調節／制御バルブが、微細な流れ制御を行ってＧＴパワー出力を微細に調節するために望ましいであろうことを意味する。

１つの実施形態では、少なくとも１つの直接ＴＥＳは、それぞれの下流の個別アクセス制御層に配置された固体蓄熱媒体を含む、直接伝達顕熱貯蔵部を含む。少なくとも１つの直接ＴＥＳは、圧縮空気が熱エネルギー貯蔵部内に含まれる蓄熱媒体への熱エネルギーの直接交換のための流路を有する、少なくとも１つの熱エネルギー貯蔵部を含む。これは、例えば、充填床または微粒子、特に層状微粒子貯蔵部の形態で多孔質（固体）熱塊であり得る。したがって、流れは、熱伝達が活発に行われている選択層または一組の隣接層を通ってのみ導かれ得、貯蔵部の活性伝達領域の両側の層は、例えば、流れがそれぞれの層における蓄熱媒体をバイパスすることを可能にするそれぞれの層に各バイパスバルブを設けることにより、バイパスされ得る。

圧縮空気貯蔵部は可変圧力、圧縮空気貯蔵部を含み得る。この場合、補助圧縮機は、圧縮空気貯蔵部の動作圧力範囲に関連して変化する圧力比にわたって動作に適しているべきである。しかし、貯蔵部は定圧空気貯蔵部であってもよい。補助圧縮機が一定またはほぼ一定の圧力比にわたってワークを行うのを可能にするであろう水中貯蔵などの定圧空気貯蔵部について先行技術において様々な提案がある。

圧縮空気貯蔵部は、１つ以上のガスパイプラインおよび空洞、あるいは１つ以上のガスパイプラインまたは空洞を含み得る。システムが、低パワー補助圧縮機の使用を可能にする適切な低質量流量でのトリクル給気に基づいている場合、ＣＡＥＳパイプラインの初期コストは、わずか数年のみの期間内に取り戻せるであろう。

ＡＣＡＥＳは任意の時点で、給気モード、貯蔵モード、または排気モードで、ならびに、完全に不活性である状態で、動作し得る。したがって、流路ネットワークおよび関連バルブ構造はまた、貯蔵モードでのＡＣＡＥＳの選択的動作を可能にするように構成され得、貯蔵モードでは、少なくとも１つの直接ＴＥＳ内に蓄熱される一方、圧縮空気が圧縮空気貯蔵部に貯蔵され、貯蔵の中へとまたはそこから外へと通過する空気がない。バルブ構造は、１つ以上の流体接続および第１直接ＴＥＳの間の開閉可能なオン／オフバルブまたは流量調節バルブを含み得る。バルブ構造はまた、第１直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部の間に位置する１つ以上のセレクタバルブも含み得、それにより、（少なくとも１つの直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部の間の）代替（例えば並列）各流路のいずれか１つを流れるように流れが切り替えられることが可能となり、その流路では、補助圧縮機（給気に使用される）および減圧装置（排気に使用される）が配置される。

加えて、給気圧縮機が存在する場合、ＣＴＰＧＳは、以下のさらなる動作モードにおける選択的動作を可能にするように構成され得る。
（ｉｖ）加圧空気がＧＴシステムへと給気圧縮機から供給され、ＧＴシステム内の空気流を補充するために１つ以上の流れ接続で注入される、さらなる発電モード。

さらに別の発電モードでは、所望の場合、圧縮空気貯蔵部および給気圧縮機からの排気がないことがあり得、存在する場合は、単純にＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通ってそれぞれ下流に通過する空気を増強し得る。そのようなモードは、給気圧縮機に供給されるパワーを必要とするが、通常、ＧＴパワー出力の増加ははるかに大きくなる。例えば、給気圧縮機に３ＭＷが供給されると、パワー出力において６ＭＷの増加がもたらされ得る。例えば、ＡＣＡＥＳが完全に排気しているが、パワー増大が依然として必要とされる場合、これは有用であり得る。

また、ＣＴＰＧＳは、以下のさらなる動作モードにおける選択的動作を可能にするように構成され得る。
（ｖ）上述したような給気圧縮機から供給される加圧空気に加えて、圧縮空気貯蔵部から戻される加圧空気が、通常、さらにパワーを増大させるためにＧＴシステム内の空気流を補充するために１つ以上の流れ接続にて注入される、代替のさらなる発電モード。

さらに、ＣＴＰＧＳは、以下のさらなる動作モードでの選択的動作を可能にするように構成され得、その動作モードでは、加圧空気は、ＧＴシステムへと給気圧縮機から供給され、ＧＴシステム内の空気流を補充するために１つ以上の流れ接続にて注入されるが、その加圧空気の一部は、選択された質量流量で補助圧縮機を動作させることによって貯蔵に引き出される。

さらに、第１態様によれば、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）を動作させる方法であって、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）は、
互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービン（ＧＴ）システムであって、タービンが、着脱不能に圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービン（ＧＴ）システムと、
圧縮機およびタービンの間に配置された、１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）であって、ＧＴシステム（例えば、タービンの上流）から空気を抽出およびＧＴシステムに空気を注入する、あるいはＧＴシステムから空気を抽出または、ＧＴシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）と
を備え、
ＡＣＡＥＳは、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を含み、
さらに、流路ネットワーク内に、（ｉ）圧縮空気貯蔵部に給気するための、１つ以上の流体接続および少なくとも１つの直接ＴＥＳの間に配置された、任意選択の給気圧縮機および関連空気入口と、（ｉｉ）少なくとも１つの直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部の間の代替の各流路内に配置された、補助（例えば、第２ステージ）圧縮機および減圧装置とが配置され、
流路ネットワークおよび関連バルブ構造は、
給気モードであって、少なくとも１つの直接ＴＥＳに、ＧＴシステムの圧縮機および任意選択の給気圧縮機、あるいはＧＴシステムの圧縮機または任意選択の給気圧縮機によって第１質量流量での圧縮空気を供給し、圧縮空気は少なくとも１つの直接ＴＥＳを通過し、少なくとも１つの直接ＴＥＳによって冷却され、圧縮された冷却空気がさらに圧縮空気貯蔵部に貯蔵される前に、補助圧縮機によって圧縮される、給気モードと、
排気モードであって、第１質量流量よりも高い第２質量流量で圧縮空気貯蔵部からの加圧空気を減圧装置により膨張させ、加圧空気が少なくとも１つの直接ＴＥＳを通過して、そこを通る空気流を補充するために１つ以上の流体接続を通過して燃焼器に戻る前に、そこで加熱される排気モードと
の両方においてＡＣＡＥＳの選択的動作を可能にするように構成され、
方法は、
ＣＴＰＧＳを、
（ｉ）発電するためのＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通って下流に空気がそれぞれ通過するが、空気流が部分的に補充または抽出されない通常発電モード、
（ｉｉ）発電するためのＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通って下流にそれぞれ通過する空気が、上記排気モードで動作する際にＡＣＡＥＳシステムの圧縮空気貯蔵部から第２質量流量にて戻る加圧空気の、１つ以上の流体接続における、注入によって補充される別の発電モード、
（ｉｉｉ）貯蔵モードであって、
（ａ）給気圧縮機からの圧縮空気が、存在する場合、少なくとも１つの直接ＴＥＳに第１質量流量で供給され、ＧＴシステムが非活性、または活性および発電中のいずれかである、および／または、
（ｂ）圧縮空気が、ＧＴシステムから１つ以上の流体接続を介して抽出され、少なくとも１つの直接ＴＥＳに第１質量流量で供給される、貯蔵モード
の動作モードのうちの少なくとも各々において選択的に動作させることを備える、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）を動作させる方法が提供される。

さらに、第１態様によれば、上記ハイブリッドＣＴＰＧＳを得るために、上記ＡＣＡＥＳを、既存の上記燃焼タービンシステムにレトロフィットさせるレトロフィット方法が提供される。

特に、上記ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）を提供するために、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムを組み込むよう、発電プラントにおける既存の燃焼タービン（ＧＴ）システムをレトロフィットさせる方法であって、
ａ）互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む既存のＧＴシステムの部位において、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を設置することであって、タービンが、着脱不能に圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられる、設置することと、
ｂ）ＧＴシステムから空気を抽出およびＧＴシステムに空気を注入する、あるいはＧＴシステムから空気を抽出または、ＧＴシステムに空気を注入することを可能にするよう、圧縮機およびタービンの間に配置された１つ以上の流体接続を供給または改変することと、
ｃ）少なくとも１つの直接（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を設置することと、
ｄ）流路ネットワーク内に、圧縮空気貯蔵部に給気するための、１つ以上の流体接続および少なくとも１つの直接ＴＥＳの間に配置された給気圧縮機および関連空気入口を任意選択的に設置することと、
ｅ）少なくとも１つの直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部の間の流路ネットワーク内に、代替の各流路内に配置された、補助（例えば、第２ステージ）圧縮機および減圧装置を設置することと、
ｆ）上記のように動作するハイブリッドＣＴＰＧＳを構成することと
の各ステップを（任意の適切な順序で）含む方法が提供される。

本発明の第２態様によれば、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）であって、
互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービン（ＧＴ）システムであって、タービンが、着脱不能に圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービン（ＧＴ）システムと、
圧縮機およびタービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）であって、ＧＴシステム（例えば、タービンの上流）から空気を抽出およびＧＴシステムに空気を注入する、あるいはＧＴシステムから空気を抽出または、ＧＴシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）と
を備え、
ＡＣＡＥＳは、第１直接熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を含み、
第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、（有用なワークを行うガスを膨張させる）可逆動力機構、および、第２熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）が、流路ネットワーク内で互いの（給気方向）下流に順次、配置され、
ハイブリッドＣＴＰＧＳが、発電のためのＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通って空気が下流にそれぞれ通過する発電モードで動作可能であり、
そのモードで、可逆動力機構は、
ｉ．空気がＧＴシステムから抽出されてＡＣＡＥＳ給気モードで圧縮空気貯蔵部に渡される速度を変化（例えば、増減）させるために、圧縮機として動作し、選択的にその質量流量を調整することにより、
ｉｉ．ＡＣＡＥＳ排気モードにおいてＧＴシステムに注入するために圧縮空気貯蔵部から空気を引き出す速度を変化（例えば、増減）させるために、膨張機として動作し、選択的にその質量流量を調整することにより、および、
ｉｉｉ．空気がＧＴシステムから抽出される給気モードから空気がＧＴシステム内に注入される排気モードにＡＣＡＥＳを切り替えるように、およびその逆に切り替えるように、圧縮機としての作用から膨張機としての作用に、またはその逆に切り替えることにより、
の各々においてＧＴシステムのパワー出力を選択的に調節するように構成される、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）が提供される。

このように、ガスタービンが（例えば、雰囲気温度が最低季節値まで降下していない限り、通常の場合である）その最大許容動作パワー下で動作している場合に、第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、可逆動力機構が、上記ｉ）およびｉｉ）のように細かく、または、上記ｉｉｉ）のように機能を反転させることにより、より粗く、速度を調整した状態で、（例えば、最大±５％、またはさらに±８または１０％まで）有用パワー範囲内で迅速にパワータービンの出力パワーを調節することができる。なお、４０ｋｇ／ｓ以下の質量流量を扱うことができる、小型で低コストの５ＭＷ程度の可逆動力機構が、それにもかかわらず、その最大許容動作パワーまでの±４０ＭＷの範囲内でＣＣＧＴパワー出力を調整することができる。また、可逆動力機構で使用される５ＭＷがこの数字に追加され、すなわち、ＣＣＧＴの変化は合計±４５ＭＷとなる。パワーが２０ＭＷ以下、またはさらには１０ＭＷ以下の低パワー可逆動力機構が、したがって、有意なパワー調節のために使用され得る。

ＡＣＡＥＳ排気モードにおいては、ＧＴシステムは、空気注入モードで動作し、そのモードでは、１つ以上の流体接続にて貯蔵サブシステムから注入された加圧空気でＧＴ空気流を補充することにより、多かれ少なかれ、そのパワーが増加する。ＡＣＡＥＳ給気モードにおいては、ＧＴシステムは、空気抽出モードで動作し、そのモードでは、貯蔵サブシステムへの１つ以上の流体接続にてＧＴ空気流の一部を抽出することにより、多かれ少なかれ、そのパワーが低下する。

ＡＣＡＥＳは、空気がＧＴ圧縮機で圧縮された後、圧縮熱を貯蔵し、戻すための、第１熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造、給気モード時に高圧へと空気を圧縮し、排気モード時に高圧から空気を膨張させるための、第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、可逆動力機構、ならびに、空気が可逆動力機構で圧縮された後に圧縮熱を貯蔵し、戻すための第２熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を、これらが、流路ネットワーク内で互いの下流に順次、熱交換器または除湿装置などの補助的コンポーネントとともに配置された状態で備える。

各流れ接続は、バルブと対向するようなブリードポートまたは注入ポートであり得、第１態様に記載されるようなものであり得る。
ＧＴが発電モードで動作している間の、ＧＴシステムからの空気抽出からＧＴシステムへの空気注入へのＧＴシステムの切り替え（例えば、貯蔵部へ／からの空気流方向の切り替え）、またはその逆は、圧縮機としての作用から膨張機としての作用、またはその逆の切り替えを行う可逆動力機構によって（のみ）達成し得る。

したがって、ＧＴシステムが発電モードで連続的に動作している間、可逆動力機構は、その機能を逆転することができ、この逆転は、貯蔵部へ／からの流れの逆転に必要な全てであり得、すなわち、例えば、バルブ構造の任意のバルブの開閉なしに（または誤解を避けるために、これはＧＴへ／からの流れの迂回のための任意のバルブ手段なしの通常の構成であるために、ガスタービン内の任意のバルブ構成を変更することなく）、ＡＣＡＥＳの給気（すなわち、貯蔵）モード動作から排気モード動作へ切り替えることである。したがって、圧縮空気貯蔵部およびガスタービンの間のバルブ構造は通常、開いており、スイッチング中に開いたままになる。しかし、また、圧縮機ジオメトリ（例えば、変化する圧力比に対処するための入口ガイド翼）を調整するなどの動作上の理由から、他の調整を行うことが望ましい場合もある。

１つの実施形態では、可逆動力機構は、容積式機構、好ましくは往復容積式機構であり得る。容積式機構は、ピストンベース機構であり得る。ピストンベース機構の圧縮機としての作用から膨張機への切り替え、またはその逆は、バルブタイミングの変化のみによって達成し得る。

１つの実施形態では、可逆動力機構は、燃焼タービンに必要な最大パワー調節に関連する最大質量流量と一致するように寸法決めされ得る。
ＡＣＡＥＳおよび可逆動力機構の役割は、ＧＴパワーを調節するだけであるので、非常に小さな動力機構とすることができる。例えば、流路ネットワークおよび熱貯蔵部および可逆動力機構の全ては、例えば、ＧＴ圧縮機を通過し得る最大質量流量の３０％、さらには最大質量流量の２５％に対処するような大きさにする必要はない。通常、これらのコンポーネントは、ＧＴを通る最大流量の１５％以下、さらには１０％以下を処理する。

１つの実施形態では、給気圧縮機および関連空気入口は、圧縮空気貯蔵部を給気するための１つ以上の流体接続および少なくとも１つの直接ＴＥＳの間に配置され得る。給気圧縮機および関連空気入口は、ＧＴシステムが非活性、または、活性および発電中のいずれかであるとき、圧縮空気貯蔵部が給気モードで給気されることを可能にし得る。しかし、ＧＴシステムから空気を抽出することは望まれていない。したがって、（給気圧縮機は、給気に必要な所望の最大質量流量に一致させる必要があるのみではあるものの）この実施形態は、より多くのコストと複雑さとを伴いつつ、それはより多くの柔軟性を提供する。

給気圧縮機はハイブリッドＣＴＰＧＳの発電モードで動作可能であり得、そのモードでは、例えば、圧縮空気貯蔵部からの圧縮空気が利用できない場合、加圧空気はＧＴシステムへと給気圧縮機から供給され、ＧＴシステム内の空気流を補充するために１つ以上の流れ接続にて注入される。

（ガスの膨張時に有用なワークを行わない）減圧装置が、少なくとも１つの直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部の間の代替の各流路に配置され得、それにより圧縮空気貯蔵部からの加圧空気が少なくとも１つの直接ＴＥＳへと、減圧装置を介して、または、第２熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）および可逆動力機構を介して、戻され得る。本実施形態では、減圧装置が低コストであるにも関わらず、可逆動力機構よりもはるかに高い質量流量を扱うことができるという点で、パワーの迅速かつ大きな調節が可能となり、それによって、可逆動力機構の場合よりもはるかに高い速度で空気がＧＴシステム内に注入されるので、はるかに大きなパワー増加が可能となる。もし圧縮空気貯蔵部がこのように排気されるのであったならば、可逆機構経由とは対照的に、これによって、短い期間のより高いピーキングパワーが可能となる。また、有用なワークを捕捉しない減圧装置（例えば、絞り弁）は比較的安価であるものの、これは、より多くの柔軟性を提供するが、より大きな複雑さも伴う。例えば、２０ｋｇ／ｓを処理することができる可逆動力機構は、ＣＣＧＴについて±２２．５ＭＷでパワーを調節する能力を伴って通常動作のために使用されるかもしれない。減圧装置は、さらに２０ｋｇ／ｓ、すなわち４０ｋｇ／ｓを処理することができるかもしれず、それにより、全体的なパワー調節は−２２．５ＭＷから＋４２．５ＭＷになる。

第１態様に関連して上述したように、第１貯蔵部の直接ＴＥＳを使用することは、迅速な応答を可能にするために重要である。
第２ＴＥＳは、より高い圧力に曝されるため、したがって、それもまた直接ＴＥＳであり得るものの、より通常的には、間接貯蔵部である。

１つの実施形態では、圧縮空気貯蔵部は可変圧力貯蔵部であり、第２ＴＥＳは、変化する温度プロファイルで蓄熱することができる。例えば、第２ＴＥＳが熱交換器によって結合された間接的な液体貯蔵部を含む場合、それは、好ましくは、異なるそれぞれの層に、例えば、一方向に連続した隣接領域の温度が徐々に増加する、異なる温度の熱を貯蔵する層状貯蔵部であり、それにより、その熱は、元の入口温度のできるだけ近くに、逆の順序で戻され得る。第２ＴＥＳが固体媒体を伴う直接貯蔵部である場合は、層状貯蔵部とは対照的に、それは単純なモノリシックまたは充填床貯蔵部であり得る。

第２態様によればさらに、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）を動作させる方法であって、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）が、
互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービン（ＧＴ）システムであって、タービンが、着脱不能に圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービン（ＧＴ）システムと、
圧縮機およびタービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）であって、ＧＴシステム（例えば、タービンの上流）から空気を抽出およびＧＴシステムに空気を注入する、あるいはＧＴシステムから空気を抽出または、ＧＴシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）と
を備え、
ＡＣＡＥＳは、第１直接熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を含み、
第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、（有用なワークを行うガスを膨張させる）可逆動力機構、および、第２熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）が、流路ネットワーク内で互いの（給気方向）下流に順次、配置され、
方法は、
ハイブリッドＣＴＰＧＳを、発電のためのＧＴシステムの圧縮機、燃焼器およびタービンを通って空気が下流にそれぞれ通過する発電モードで動作させること、
および、そのモードで、可逆動力機構を使用して、
ｉ．空気がＧＴシステムから抽出されてＡＣＡＥＳ給気モードで圧縮空気貯蔵部に渡される速度を変化（例えば、増減）させるために、圧縮機としてそれを動作させ、選択的にその質量流量を調整することにより、
ｉｉ．ＡＣＡＥＳ排気モードにおいてＧＴシステムに注入するために圧縮空気貯蔵部から空気を引き出す速度を変化（例えば、増減）させるために、膨張機としてそれを動作させ、選択的にその質量流量を調整することにより、および、
ｉｉｉ．空気がＧＴシステムから抽出される給気モードから空気がＧＴシステム内に注入される排気モードにＡＣＡＥＳを切り替えるように、およびその逆に切り替えるように、圧縮機としての作用から膨張機としての作用に、またはその逆にそれを切り替えることにより、
の各々においてＧＴシステムのパワー出力を選択的に調節すること
を備える、ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）を動作させる方法が提供される。

１つの実施形態では、可逆動力機構が、ＧＴ圧縮機の出口におけるＧＴ内の質量流量の２５％以下の、それを通る質量流量で動作し、好ましくは動作するように寸法決めされている。動作するように寸法決めされているとは、この質量流量がその最大質量流量能力であることを意味する。このように、比較的低い動力機構を、前述のように、ＧＴシステムの（未使用）完全理論能力内でかなりのパワー調節を達成するためにＧＴパワー出力を拡大して調節するために使用することができる。さらに、ＧＴがＣＣＧＴの一部である場合、ＯＣＧＴとは対照的に、調節効果がさらに拡大される。

さらに、第２態様によれば、上記ハイブリッドＣＴＰＧＳを得るために、上記ＡＣＡＥＳを、既存の上記燃焼タービンシステムにレトロフィットさせるレトロフィット方法が提供される。

特に、上記ハイブリッド燃焼タービン発電システム（ＣＴＰＧＳ）を提供するために、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムを組み込むよう、発電プラントにおける既存の燃焼タービン（ＧＴ）システムをレトロフィットさせる方法であって、
ａ）互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む既存のＧＴシステムの部位において、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を設置することであって、タービンが、着脱不能に圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられる、設置することと、
ｂ）ＧＴシステムから空気を抽出およびＧＴシステムに空気を注入する、あるいはＧＴシステムから空気を抽出または、ＧＴシステムに空気を注入することを可能にするよう、圧縮機およびタービンの間に配置された１つ以上の流体接続を供給または改変することと、
ｃ）少なくとも１つの直接（ＴＥＳ）を介して圧縮空気貯蔵部へと１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を設置することと、
ｄ）流路ネットワーク内に、圧縮空気貯蔵部に給気するための、１つ以上の流体接続および少なくとも１つの直接ＴＥＳの間に配置された給気圧縮機および関連空気入口を任意選択的に設置することと、
ｅ）第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、（有用なワークを行うガスを膨張させる）可逆動力機構、および、第２熱エネルギー貯蔵部（ＴＥＳ）を、流路ネットワーク内で互いの（給気方向）下流に順次、設置することと、
ｆ）上記のように動作するハイブリッドＣＴＰＧＳを構成することと
の各ステップを含む方法が提供される。

従来技術における従来の複合サイクルガスタービン（ＣＣＧＴ）システムの概略図である。 本発明の第１態様に係る第１実施形態を示す図である。 本発明の第１態様に係る第２実施形態を示す図である。 本発明の第２態様に係る第１実施形態を示す図である。 本発明の第２態様に係る第２実施形態を示す図である。 本発明の第２態様に係る第３実施形態を示す図である。

本発明の特定の実施形態は、添付の図面を参照しながら、単なる例として、説明されるであろう。
図１は、ピーキング発電に使用される従来の先行技術の複合サイクルガスタービン（ＣＣＧＴ）１の典型的なレイアウトを示しており、下流のタービン（膨張機）１４に直接、結合された上流の圧縮機１１を備え、（例えば、変圧器／グリッドに結合された）発電機１５を駆動する。圧縮機１１およびタービン１４の間に、天然ガス１３が供給される燃焼室１２がある。通常の構成では、圧縮機、タービンおよび発電機が全て直接、駆動カップリング（図示せず）によって同じ軸に結合されている。濾過された空気は、雰囲気条件（例えば３０℃、１００ｋＰａ（１ｂａｒ））にて圧縮機に入り、より高い圧力および温度（例えば４００℃、１６００ｋＰａ（１６ｂａｒ））まで圧縮される。高温高圧空気は燃焼室に入り、それは天然ガスと混合され、燃焼させられ、はるかに高い温度（例えば１４００℃、１６００ｋＰａ（１６ｂａｒ））までガスが加熱される。この空気はそして、タービン内で大気圧に膨張し戻され、これにより、圧縮機が吸収するよりも多くのパワーを生成し、したがって、発電機１５を駆動することができる正味の発電がある。

オープンサイクルガスタービン（ＯＣＧＴ）の場合、冷却空気は、雰囲気温度（例えば４５０℃、１００ｋＰａ（１ｂａｒ））から十分高くタービンから排出される。しかしＣＣＧＴの場合、タービンは、低い圧力比での動作により、または、より高いタービン入口温度への燃焼により、わずかに高温の排出温度で動作する。タービン１４からの排出の後に、（例えば５５０℃、１００ｋＰａ（１ｂａｒ）の）高温排出ガスが熱交換器１６に入り、それは、高圧である水の逆流を加熱しながら冷却される。水は通常、熱交換処理時に過熱状態になり、そして、より低い圧力へと蒸気タービン１７を通って膨張する。この蒸気はそして、凝縮器２０で凝縮され、水ポンプ１９によって高圧にポンプバックされ、熱交換器１６に戻る。凝縮器２０には通常、河川または海からの冷却水の流れが供給される。蒸気タービン１７は通常、発電機１８により水ポンプ１９に直接結合され、蒸気タービン１７における蒸気の膨張によって、水ポンプ１９が吸収するよりも多くのパワーが生成され、パワーの補助的な正味生成をもたらす。

残りの図面は、本発明に係る実施形態を示す。全ての実施形態は、圧縮機、燃焼器およびタービンが恒久的に互いの下流にて流体接続された従来の燃焼タービン構成に関し、それにより、ガスタービンの動作中はいつでも、１つ以上の流体接続にて流れの一部が抽出または増強されるか否かに関わらず、少なくともいくらかの空気流が順番にこれらの全てのコンポーネントを介して順次、下流へと通過し、また、タービンが圧縮機に着脱不能に結合されており、それにより、タービンによる発電中に両方が一緒に動作する。

さらに、全ての実施形態は、単純サイクルガスタービンシステム（ＯＣＧＴ）として示されているが、代わりに複合サイクルガスタービンシステム（ＣＣＧＴ）、または任意の他の適切な派生燃焼タービンプラントの一部を形成し得る。

第１態様
図２ａは、本発明の第１態様に係る第１実施形態を示しており、単純サイクルガスタービンシステム（ＯＣＧＴ）３０を含む。それはしかし、代わりに図１に例示されるような複合サイクルシステム（ＣＣＧＴ）の一部を形成することができる。

以上説明したように、ＧＴは、下流のタービン（膨張機）１４に直接（および着脱不能に）結合された上流の圧縮機１１を有する従来のＧＴ構成であり、例えば変圧器／グリッドに接続された発電機１５を駆動する。圧縮機１１およびタービン１４の間に、燃料入口１３を有する燃焼室／燃焼器１２がある。

断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）は通常、レトロフィットプロセスとしてＧＴと一体化されている。ＡＣＡＥＳは、例えば燃焼器ケーシングにおいて、圧縮機の下流でタービンの上流に、例えば圧縮機出口に、タービン入口に、またはそれらの間に配置された１つ以上の流体接続３２を介して一体化されている。これらにより、活性時に、空気流の一部がタービン上流のＧＴシステムから抽出され、および加圧空気の一部がタービン上流のＧＴシステムに注入される、あるいは空気流の一部がタービン上流のＧＴシステムから抽出され、または、加圧空気の一部がタービン上流のＧＴシステムに注入されることが可能になる（空気流は、圧縮機、燃焼器およびタービンを通って順次、下方に通過する）。１つ以上の流体接続は、それぞれの抽出および注入について、例えば１つの流体接続または複数の接続であり得る。例えば、複数の缶燃焼器を有するガスタービンについて、それらは、加圧空気供給にそれら全てを接続するマニホールドを有する各燃焼器ケーシングへの個別のポートを備え得る。

ＡＣＡＥＳは、様々なモードにおける選択操作を可能にするように構成された流路ネットワーク３３および関連バルブ構造を含む。流体接続３２の下流には、バルブ３１、少なくとも１つの直接ＴＥＳ貯蔵部４０、そしてアフターバルブ４９、給気流路内に配置された第２ステージ圧縮機５２があり、代替排気流路には減圧装置５０が配置され、両方とも直接ＴＥＳ４０および圧縮空気貯蔵部６０の間に位置する。

この場合、代替流路が並列に配置されている。代替経路が並列である必要はないことが理解されるであろう。圧縮機５２および減圧装置５０を、各々の周りに適切なバイパス経路を有しつつ１つの流路に沿って直列に配置することができ、それにより、代替の各給気および排気流路でのそれらの代替動作が可能となる。しかし、排気流路とは対照的に、給気流路は通常、補助圧縮機５２のすぐ上流の熱交換器４８とそのすぐ下流の熱交換器５４とを含むべきである。

直接ＴＥＳシステムは、直接熱伝達に基づいて１つ以上の熱貯蔵部４０を含み得る。熱貯蔵部４０は、砕石、コンクリートまたは他の適切な粒状材料などの固体蓄熱媒体４６と断熱容器４４とを有する直接ＴＥＳであり得る。あるいはそれは、成形されたセラミックブロックなどの、より構造化された材料を有し得る。貯蔵部は、モノリシックまたは充填床構造を有し得、層状または非層状設計であり得る。特に、熱媒体４６は、高温コンクリート、セラミックコンポーネント、耐熱性材料、天然鉱物（砕石）または他の適切な材料などの適切な熱媒体の充填床を含み得る。

（通常、１５００ｋＰａ〜２５００ｋＰａ（１５〜２５ｂａｒ）の間および４５０〜６００℃の間の）高圧流が必要な給気速度および排気速度で熱媒体４６に／から直接、熱を伝達する容器を通過できるように、断熱容器４４は設計されなければならない。媒体４３は圧縮ガスへの直接熱交換を伴う充填床の形態であるので、断熱容器４４は、断熱耐圧容器であることが必要であろう。

図２ａでは、（貯蔵部への）給気モードでガスタービン１１／１２／１４が発電動作中である。
（単にオン／オフバルブであり得るが、好ましくはまたフロー制御バルブである）バルブ３１が開かれる必要があり、圧力が蓄熱媒体４０とガスタービンへの接続との間で等しくされる。（単にオン／オフダクトセレクタであり得る）バルブ４９は、任意の流れが圧縮機５２を介して通過しなければならないことを確実にするよう設定されている。

圧縮機５２が動作を開始し、貯蔵部４０から、したがってガスタービン３０から取り出された空気をより高い圧力まで圧縮する。この高圧ガスは、圧縮機５２に入るときよりも高温であり、熱交換器５４を通過し、高圧の圧縮空気貯蔵６０に入る前に冷却される。理想的には、空気は熱交換器５４にて雰囲気近くまで冷却される。

圧縮機１１後の空気の一部が流れからブリードオフされるので、ガスタービンは、ここではわずかに低減されたパワー出力で動作している。通常、ブリードオフされるＧＴ質量流量の割合は１５％以下であり、より通常的には１０％以下である。これは、圧縮機１１のワークが一定に維持されながら、タービン１４に入るガスの量が低下してパワー出力減少につながることを意味する。ブリードオフされる量は、補助圧縮機５２を通過する質量流量によって決定／制御される。

ブリードオフされた空気は、バルブ３１を通過して高温ＴＥＳ４０に入り、そこでそれは熱媒体４６に熱を伝達するため冷却される。なお、これは直接ＴＥＳであり、熱伝達は直接、熱媒体と、ガスタービン圧縮後圧力であるかそれに近いガス流との間で発生する。

ガスは通常、わずかに雰囲気より上昇した温度でＴＥＳ４０を出て、さらに圧縮される前に熱交換器４８内の雰囲気近くに冷却し戻され得る。このように圧縮空気を冷却して圧縮機５２における圧縮のワークを減少させ、このエネルギーは排気時に回収されないため、これは好ましい。

補助（または第２ステージ）圧縮機５２は、往復運動（例えば、ピストンベース圧縮機）、回転、ターボ、遠心、または、少なくとも４ＭＰａ（４０ｂａｒ）、より通常的には少なくとも６０または８ＭＰａ（８０ｂａｒである可能性が高い、高圧圧縮空気貯蔵６０の動作範囲にわたって動作することができる、圧縮機のいくつかの他の適切な形態であり得る。

高圧圧縮空気貯蔵６０は、高圧管または溶接鋼容器または地下ガス空洞などの大きな封じ込め手段などの製造圧力容器であり得る。圧縮空気貯蔵６０は、可変または定圧空気貯蔵部であり得、その場合、補助圧縮機５２は、広いまたは狭い圧力比で動作する必要があり得る。

（給気中に使用されない）バルブ５０は減圧バルブ（例えば、絞り弁）であり、それは、高圧圧縮空気貯蔵内の圧力から高温ＴＥＳ４０内の圧力まで一定の質量流量にて空気を降下させるように設計される。排気時のバルブ３１もまた減圧バルブとして作用し得る（すなわち質量流量を調節することが可能である）が、しかし、これははるかに小さい圧力比で動作する。例えば、５：１の圧力比で、すなわち１０ＭＰａ（１００ｂａｒ）から２ＭＰａ（２０ｂａｒ）まで圧力を降下させて動作するよう、バルブ５０を設計し得る一方、１．２５：１の圧力比で、すなわち２ＭＰａ（２０ｂａｒ）から１６００ｋＰａ（１６ｂａｒ）まで圧力を降下させるのみであるよう、バルブ３１を設計し得る。通常、バルブ５０は、１．５：１より大きい比で圧力を降下させ（例えば、比は３：１または４：１であってもよい）、一方、第１ＴＥＳおよびＧＴの間に位置するバルブ３１は、１．５：１より小さい比で圧力を降下させる（例えば、比は１．２：１または１．４：１とすることができる）。

排気モードでは、バルブ４９は、流れがバルブ５０を介して通過することを確実にするよう設定されており、バルブ３１は開放位置にあって、好ましくは上記のように減圧バルブとして作用する。

ガスタービン３０は動作中であり、フルパワーまたはその近くである可能性が高い。なお、ガスタービンのパワー出力が温度によって変化することは当業者によって理解されよう。ほとんどのガスタービンはＩＳＯ条件（すなわち１５℃）について定格決めされるが、しかし通常、非常に寒い条件（０℃以下）で、この定格より１０〜１５％高く発電することができる。同様に、非常に高温の条件では、ＩＳＯ定格より１０〜１５％低く発電し得る。結果として、ガスタービンは、現在の入口条件に対して全能力で動作し得るが、依然としてその最大能力の十分下方で動作する。

バルブ５０が開いて、ガスの一定質量が制御圧力降下でバルブを通過することが可能となる。低圧ガスは高温ＴＥＳ４０を通過し、バルブ３１を通過する前に加熱され、圧力は、圧縮機後のガスタービンに入る前に、さらに降下し得る。このように、（以前に圧縮されているので）圧縮機からのパワーを必要としない空気流ストリームに付加質量が追加されるが、追加燃料が燃焼され得、タービンを通る質量流量が増加され得る。このように、５％の質量流量の追加で８〜９％もＣＣＧＴの出力をブーストさせることが可能である。

排気時の質量流量は、給気時の流量よりはるかに高い。それは給気時の質量流量の、２倍、３倍もしくは５倍、または、１０倍であってもよい。したがって、流れがＴＥＳを通過する際に、および、ガスタービンにそれを接続するダクトおよび配管でも、はるかに高い圧力降下が生じる可能性がある。その結果、ＴＥＳ４０内の圧力は、おそらくは数１００ｋＰａ（数ｂａｒ）ほど給気時より排気時のほうが高い可能性がある。（例えば、圧力はＴＥＳの上流で２ＭＰａ（２０ｂａｒ）であり、ＴＥＳの下流、すなわちＧＴで１７００ｋＰａ（１７ｂａｒ）であろう）。重要な点は、ガスタービンに入るガスの条件は、ガスタービンについての正しい条件、すなわち正確な流量および圧力であるということである。直接ＴＥＳ４０は、給気条件に曝された場合にのみ必要とされるよりも短いアスペクト比で設計され得、すなわち、幅／内径は、より高い質量流量排気速度に対処するために大きく、長さが短くなる可能性が高い。前述のような層状貯蔵部の使用は、本出願人の以前の特許文献１によれば、熱フロントの特性をより効果的に制御することにより、貯蔵部の長さの減少を可能にし得る。

大きな直接熱貯蔵部は、圧縮空気が占めるかなりの量のボリュームを有し得る。このボリュームは、直接ＴＥＳへの質量流量の増加と、ガスタービンへの流量増加の現れとの間の遅れを作成し得る。したがって、２つの減圧バルブを使用してこの上に追加制御を与える可能性があり、バルブ５０は粗い制御として作用し、バルブ３１は微細（高速）制御として作用する。

このようにして、最小限機構（すなわち、圧縮機５２のみ）を使用するシステムが提供され、パワー出力の著しく急速な増加を与えることができる。高圧圧縮空気貯蔵中の空気の量は、このブーストがどのくらい長く続くことができるのかを決定する。例えば、３ｋｇ／ｓの給気質量流量を使用して、圧縮機５２は高圧圧縮空気貯蔵を給気しながら平均４００ｋＷで使用するかもしれない。タービンを流れる質量がより少なく、エネルギーが依然として圧縮に必要とされるので、約３ＭＷのガスタービンパワー出力降下もあるであろう。排気時に質量流量は４０ｋｇ／ｓであるかもしれず、ＣＣＧＴのパワー出力の増加は、４０ＭＷほど増加するかもしれない。この余剰パワーは、平均で４００ｋＷを使用するのみの１つの圧縮機を追加する場合に比べて非常に高く、すなわち１００倍高い。

図２ｂは、本発明の第１態様に係る第２実施形態を示す。
このシステム１３０は、図２ａと原理的に類似しているが、（少なくとも）代替の第１ステージ圧縮機として作用する給気圧縮機６２が付加されている。これは、独自の上流の入口および（オン／オフバルブである）下流のバルブ６４を有している。給気圧縮機の存在は、ガスタービンが非活性である間、または、活性であるが、ガスタービンのパワー出力低下を回避するために、高圧圧縮空気貯蔵部の給気が起こり得ることを意味する。

ガスタービンが非活性である給気モードでは、バルブ３１を閉じ、バルブ６４が開放されている。給気圧縮機６２は、高温ＴＥＳ４０に高温高圧空気を提供し、前述のように補助圧縮機５２でさらに圧縮する前に、空気を冷却する。

ガスタービンが動作中／活性であり、空気が給気圧縮機およびガスタービンの両方から供給されている場合は、バルブ３１および６４の両方が開いていなければならない。圧縮機５２はまた、最大複合質量流量について寸法決めされなければならない。

複数の給気モードが潜在的に利用可能であり、給気圧縮機６２からの給気、給気圧縮機６２とガスタービンからのブリード空気との組み合わせ、または、ガスタービンからのブリード空気のみが含まれる。

排気モードには、図２ａに関して上述したような通常排気モードがある。排気が発生し、給気圧縮機６２も動作して開放バルブ６４を開放して、ガスタービンへの質量流量を増加させる、わずかに増強されたモードもある。これは、給気圧縮機６２がそれを駆動するためのパワーを必要とするため、わずかに利点が減少する。

さらに、バルブ６４および３１が開き、バルブ４９が閉じている発電のさらなるモードがあり、いかなる流れもＴＥＳおよび給気圧縮機６２を通過せず、単純にガスタービンのパワー出力を向上させる。

第１実施形態例 給気圧縮機でのトリクル給気

ＧＴシステムは、貯蔵からの圧縮空気でＧＴシステムを通る質量流量を増大させることにより、高い雰囲気温度および低い空気密度／高い標高、あるいは高い雰囲気温度または低い空気密度／高い標高で、最大動作パワーまたはその付近で動作し得る。

圧縮機およびタービンの間に空気を注入することにより、圧縮機が動作しなければならない圧縮比が上がる傾向があることは当業者によって理解されるであろう。圧力をどのくらい上昇させることができるかという限界は、圧縮機のストール特性に関連している。サージラインは、圧縮機がストールする動作領域を定義するために使用される。空気流が圧縮機を通って逆方向に非常に速い速度で排気するようになるので、圧縮機ストールは、圧縮機に潜在的に有害である。

ガスタービンは、最大パワー動作条件、すなわち低温および海面に関連する最大トルクについて設計される。ガスタービンは、圧縮機がストールしない限り、この最大トルク条件へと動作を高めるために空気を注入することができる。したがって、サージ（ストール）検出装置を設けることが有益であり得、サージラインを超えて押し上げることなく、サージライン近くにＧＴを押し上げる速度で空気を注入することができることを確実にする。

異なる圧縮機は異なる設計点を有し、したがって、サージラインより下に留まりながら安全に注入し得る空気の量とは、それらが最大動作パワー条件に至ることができないことを意味する。

第２態様
図３ａは、本発明の第２態様に係る第１実施形態を示している。

この実施形態では、ガスタービンコンポーネント、第１直接ＴＥＳおよび圧縮空気貯蔵部は変わらないが、回路が図２ａおよび図２ｂに示されたものから変更されている。圧縮機５２は、可逆圧縮機／膨張機７０で置換されており、これは、バルブタイミング変化によるガスの圧縮および膨張の間で変化させることができる往復ピストン圧縮機などの容積式装置であり得る。バルブ５０が除去され、第２ステージＴＥＳ７２が付加され、これは直接ＴＥＳまたは間接ＴＥＳのいずれかであり得る。間接ＴＥＳである場合、熱伝達流体と、圧縮空気と同じ圧力ではない貯蔵媒体とが必要であろう。

本発明の第２態様は、ガスタービンのパワー出力を急速に調節する能力に関する。例えば、給気モードでは圧縮機／膨張機７０が圧縮機として作用し、ＴＥＳ４０を介してガスタービンからブリード空気を引き込み、高温圧縮空気が冷却される。それはより高い圧力に圧縮される前に熱交換器４８を通過する際にさらに冷却される。高温高圧空気は、第２高温ＴＥＳを通過し、熱交換器５４および次いで高圧圧縮空気貯蔵６０に入る前に冷却される。熱交換器５４は好ましくは、雰囲気温度近くまでガスを冷却する。

このように、圧縮機／膨張機が１５ｋｇ／ｓの空気を処理している場合には平均で２ＭＷを使用する。しかし、ガスタービンの出力パワーは１５ＭＷだけ減少し、すなわちパワー全体では１７ＭＷ（１５ＭＷ＋２ＭＷ）だけ減少する。

圧縮機から膨張機へと機能を変更することにより、圧縮機／膨張機７０は、給気および排気モード間で移動する。
排気モードにて、高圧空気は高圧の圧縮空気貯蔵部６０から出て、活性であってもなくてもよい交換器５４を通過し、第２高温ＴＥＳに至り、そこで圧縮機／膨張機７０での膨張の前に加熱される。膨張後に温度は雰囲気近くとなるが、機械損失は、それがわずかに高くなり得ることを意味する。ＴＥＳにおける熱の付加は、圧縮機／膨張機７０に氷の形成がないことを確実にする点で重要である。必要に応じて、高温ＴＥＳ４０に入る前に、それはさらに熱交換器４８で冷却され、ガスタービンの空気流に付加される前に再加熱される。

このように、１５ｋｇ／ｓの付加により、通常パワーよりも１７ＭＷ低い給気モードからのパワー出力をほぼ１７ＭＷ高くまで変化させ、すなわち±２ＭＷの平均パワー要件を有する１つの圧縮機／膨張機の付加で３４ＭＷの調節となる。なお、いくらかの損失があり、これは給気パワー低減と排気パワーブーストとの差が存在するであろうことを意味し、すなわち、いくらかのシステム損失があり、これは、ブーストされたＭＷは同じ期間に行った場合のパワー低減よりも低くなるであろうことを意味する。

貯蔵されたガスの全てに対して十分な熱容量が存在するように、本実施形態において、熱貯蔵部７２が寸法決めされる必要がある。さらに、圧縮機／膨張機７０後の圧縮空気の温度は、高圧圧縮空気貯蔵６０の圧力が上昇するため、増加する。これは、熱貯蔵部７２が、変化する温度プロファイルで熱を貯蔵することができる場合、それが好ましいことを意味する。例えば、第２ＴＥＳが（熱交換器を介して結合された）間接的な液体貯蔵部である場合、それは好ましくは層状貯蔵部であり、各層で異なる温度、例えば、１つの方向に連続した隣接領域において徐々に増加する温度の熱を貯蔵し、それにより、熱は、元の入口温度のできるだけ近くに、逆の順序で戻され得る。第２ＴＥＳが固体媒体を伴う直接貯蔵部である場合は、層状貯蔵部とは対照的に、単純なモノリシックまたは充填床の貯蔵部であろう。

図３ｂは、本発明の第２態様に係る第２実施形態を示す。この実施形態では、熱貯蔵部７２は、圧縮熱の全てに等しい熱量を貯蔵するように設計される必要がない。貯蔵部は、過給気され得、いくらかの熱は熱交換器５４を介して拒否され得る。

本発明は、圧力調節バルブ８０を介する追加のバイパス流を有し、さらに追加のパワーブーストが必要な場合、これが圧縮機／膨張機７０を介する排気と並行して起こることができることを意味する。例えば、圧縮機／膨張機７０が１５ｋｇ／ｓを処理し、１７ＭＷだけＧＴパワー出力をブーストすることができる一方で、さらに減圧バルブ８０を介して３５ｋｇ／ｓを排気することができる。このように、ＧＴ出力を約５２ＭＷだけブーストすることができる。

減圧バルブを介した排気の効率は、圧縮機／膨張機７０のそれよりも低くなるが、しかし、追加の余剰パワーブーストのコストは非常に低い。高温ＴＥＳ４０は、両方の複合質量流量、すなわち５０ｋｇ／ｓに対応することができなければならず、一方、第２ＴＥＳ７２は、圧縮機／膨張機７０を通過する流れ、すなわち１５ｋｇ／ｓにのみ対処する必要がある。

機械内の氷の形成の問題につながり得るので、第２ＴＥＳ７２が排気されるときに圧縮機／膨張機７０は、排気を継続しないほうが好ましい。
図３ａ〜図３ｃの実施形態の全てにおいて、図示していないが、遮断バルブを可逆動力機構および圧縮空気貯蔵部の間の流路のどこにでも介在させ得、それにより、ＡＣＡＥＳが活発に給気または排気していないが、代わりに圧縮空気を貯蔵している場合、遮断バルブは可逆機構の高圧側のシステムを封止する。

図３ｃは、本発明の第２態様に係る第３の実施形態を示す。
この図は、図３ｂと同様であるが、給気圧縮機６２およびバルブ６４が付加されている。

このように、図２ｂで説明したように複数の給気モードを有することが可能であり、すなわち、ブリードされた空気を介したメインＧＴからの給気、給気圧縮機を介した給気および／または両方の組み合わせである。

ここで、追加の排気またはブーストモードを有することが可能であり、そこには、
ｉ．給気圧縮機６２の稼働ありおよびなしでの圧縮機／膨張機７０を介した排気
ｉｉ．給気圧縮機６２の稼働ありおよびなしでの減圧バルブ８０を介した排気
ｉｉｉ．給気圧縮機６２の稼働ありおよびなしでの圧縮機／膨張機７０および減圧バルブ８０の組み合わせを介した排気
ｉｖ．ＧＴへのいくらかのブーストパワーの送達および圧縮機／膨張機７０へのいくらかの給気気流の送達のための給気圧縮機６２の稼働
ｖ．給気システムへの通過なしでのＧＴパワーブーストのための圧縮機６２の稼働
が含まれる。

関連する問題として、増強した質量流量を使用する場合の圧縮機ストールを防止するために、可変入口ガイド翼、可変出口ガイド翼および可変圧縮機ジオメトリを個別に、または組み合わせて使用し得る。貯蔵から戻る空気の質量流量を増加させることにより、例えば、圧縮機出口における圧力および流れ条件を変えることによって、圧縮機の流れに影響を及ぼし得る。圧縮機流量が変化する場合に、圧縮機ガイド翼を回転させることができ、これにより、重大な圧縮機ステージ（入口または出口のいずれか）で正しい入射を維持し、ストールマージンを増大させ、より増強した質量流量注入が可能となる。

１つの態様に関連して説明した特徴は、他の態様に関しても使用し得、これは後者の態様と矛盾しない。
特定の好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明の他の実施形態も可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に含まれる好ましい実施形態の記載内容に限定されるべきではない。先に述べたように、ＣＴＰＧＳは単純サイクルＳＣＣＴ／開放サイクルＯＣＧＴであり得、１つのパワーサイクルのみを有し、廃熱回収はなく、または、それは任意の既知または適切な将来の変形例または派生物であり得、上記の第１および第２態様、あるいは上記の第１または第２態様の一体化から依然として利益を得ることができ、複合サイクルガスタービンＣＣＧＴ（すなわち、トッピングサイクルに加えて、蒸気タービンボトミングサイクルを有する）、またはその変形例、例えば、中間冷却、再加熱、回復、または蒸気注入を伴うＣＴＰＧＳなどであってもよい。

Claims (31)

1. ハイブリッド燃焼タービン発電システムであって、
   互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービンシステムであって、前記タービンが、着脱不能に前記圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービンシステムと、
   前記圧縮機および前記タービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムであって、前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、および前記燃焼タービンシステムに空気を注入する、あるいは前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、または前記燃焼タービンシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムと
   を備え、
   前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムは、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を介して圧縮空気貯蔵部へと前記１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を備え、
   さらに、前記流路ネットワーク内に、（ｉ）前記圧縮空気貯蔵部に給気するための、前記１つ以上の流体接続および前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部の間に配置された、任意選択の給気圧縮機および関連空気入口と、（ｉｉ）前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部および前記圧縮空気貯蔵部の間の代替の各流路内に配置された、補助圧縮機および減圧装置とが配置され、
   前記流路ネットワークおよび前記関連バルブ構造は、
   給気モードであって、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に、前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機および前記任意選択の給気圧縮機、あるいは前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機または前記任意選択の給気圧縮機によって第１質量流量での圧縮空気を供給し、圧縮空気は前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を通過し、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部によって冷却され、前記圧縮された冷却空気がさらに前記圧縮空気貯蔵部に貯蔵される前に、前記補助圧縮機によって圧縮される、給気モードと、
   排気モードであって、前記第１質量流量よりも高い第２質量流量で前記圧縮空気貯蔵部からの加圧空気を前記減圧装置により膨張させ、前記加圧空気が前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を通過して、そこを通る空気流を補充するために前記１つ以上の流体接続を通過して前記燃焼器に戻る前に、そこで加熱される排気モードと
   の両方において前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの選択的動作を可能にするように構成され、
   前記燃焼タービン発電システムは、
   （ｉ）発電するための前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通って下流に空気がそれぞれ通過するが、前記空気流が部分的に補充または抽出されない通常発電モード、
   （ｉｉ）発電するための前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通って下流にそれぞれ通過する空気が、上記排気モードで動作する際に前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの前記圧縮空気貯蔵部から前記第２質量流量にて戻る加圧空気の、前記１つ以上の流体接続における、前記注入によって補充される別の発電モード、
   （ｉｉｉ）貯蔵モードであって、
   （ａ）前記給気圧縮機からの圧縮空気が、存在する場合、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に前記第１質量流量で供給され、前記燃焼タービンシステムが非活性、または活性および発電中のいずれかである、および／または、
   （ｂ）圧縮空気が、前記燃焼タービンシステムから前記１つ以上の流体接続を介して抽出され、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に前記第１質量流量で供給される、貯蔵モード
   の動作モードのうちの少なくとも各々において選択的動作を可能にするように構成されている、ハイブリッド燃焼タービン発電システム。
2. 前記第２質量流量は、前記第１質量流量の少なくとも２倍である、請求項１に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
3. 前記給気モードでは、前記燃焼タービンシステムを通過する前記圧縮空気の一部は、前記１つ以上の流体接続で抽出され、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部へと前記第１質量流量で供給される、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
4. 前記関連空気入口を有する前記給気圧縮機は、前記１つ以上の流体接続および前記直接熱エネルギー貯蔵部の間に設けられ、前記給気モードにおいて、前記第１質量流量の圧縮空気は、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部へ前記給気圧縮機によって供給される、請求項１〜３の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
5. 前記第１質量流量での圧縮空気は、請求項４に記載の前記給気圧縮機により供給されるとともに、請求項３に記載の前記燃焼タービンシステムから抽出することにより、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に供給される、請求項３および請求項４に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
6. 流量調節バルブが、前記１つ以上の流体接続と前記直接熱エネルギー貯蔵部との間の前記流路ネットワークに設けられ、前記燃焼タービンパワー出力を調節するよう排気モードにおける流量を制御する、請求項１〜５の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
7. 前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部は、それぞれの下流の個別アクセス制御層に配置された固体蓄熱媒体を有する、直接伝達顕熱貯蔵部を備え、請求項１〜６の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
8. 前記圧縮空気貯蔵部は、圧力可変の圧縮空気貯蔵部を備える、請求項１〜７の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
9. 前記圧縮空気貯蔵部は、１つ以上のパイプラインを備える、請求項１〜８の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
10. 前記給気圧縮機が存在し、前記燃焼タービン発電システムは、
    （ｉｖ）圧縮空気が前記燃焼タービンシステムへと前記給気圧縮機から供給され、前記燃焼タービンシステム内の空気流を補充するために前記１つ以上の流れ接続で注入される、さらなる発電モードにおける選択的動作を可能にするように構成される、請求項１〜９の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
11. 前記燃焼タービン発電システムは、
    （ｖ）請求項１０に記載の前記給気圧縮機から供給される前記加圧空気に加えて、前記圧縮空気貯蔵部から戻される加圧空気が、前記燃焼タービンシステム内の前記空気流を補充するために前記１つ以上の流れ接続にて注入される、代替のさらなる発電モードにおける選択的動作を可能にするように構成される、請求項１０に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
12. ハイブリッド燃焼タービン発電システムを動作させる方法であって、前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムは、
    互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービンシステムであって、前記タービンが、着脱不能に前記圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービンシステムと、
    前記圧縮機および前記タービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムであって、前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、および前記燃焼タービンシステムに空気を注入する、あるいは前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、または前記燃焼タービンシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムと
    を備え、
    前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムは、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を介して圧縮空気貯蔵部へと前記１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を備え、
    さらに、前記流路ネットワーク内に、（ｉ）前記圧縮空気貯蔵部に給気するための、前記１つ以上の流体接続および前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部の間に配置された、任意選択の給気圧縮機および関連空気入口と、（ｉｉ）前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部および前記圧縮空気貯蔵部の間の代替の各流路内に配置された、補助圧縮機および減圧装置とが配置され、
    前記流路ネットワークおよび前記関連バルブ構造は、
    給気モードであって、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に、前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機および前記任意選択の給気圧縮機、あるいは前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機または前記任意選択の給気圧縮機によって第１質量流量での圧縮空気を供給し、圧縮空気は前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を通過し、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部によって冷却され、前記圧縮された冷却空気がさらに前記圧縮空気貯蔵部に貯蔵される前に、前記補助圧縮機によって圧縮される、給気モードと、
    排気モードであって、前記第１質量流量よりも高い第２質量流量で前記圧縮空気貯蔵部からの加圧空気を前記減圧装置により膨張させ、前記加圧空気が前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を通過して、そこを通る空気流を補充するために前記１つ以上の流体接続を通過して前記燃焼器に戻る前に、そこで加熱される排気モードと
    の両方において前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの選択的動作を可能にするように構成され、
    前記方法は、
    前記燃焼タービン発電システムを、
    （ｉ）発電するための前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通って下流に空気がそれぞれ通過するが、前記空気流が部分的に補充または抽出されない通常発電モードと、
    （ｉｉ）発電するための前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通って下流にそれぞれ通過する空気が、上記排気モードで動作する際に前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの前記圧縮空気貯蔵部から前記第２質量流量にて戻る加圧空気の、前記１つ以上の流体接続における、前記注入によって補充される別の発電モードと、
    （ｉｉｉ）貯蔵モードであって、
    （ａ）前記給気圧縮機からの圧縮空気が、存在する場合、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に前記第１質量流量で供給され、前記燃焼タービンシステムが非活性状態または活性状態の何れかで発電していること、および
    （ｂ）圧縮空気が、前記燃焼タービンシステムから前記１つ以上の流体接続を介して抽出され、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部に前記第１質量流量で供給されること、の少なくとも何れかである貯蔵モードと
    の動作モードのうちの少なくとも各々において選択的に動作させることを備える、ハイブリッド燃焼タービン発電システムを動作させる方法。
13. 前記システムが、請求項２〜１１の何れか一項にて特定されたものであり、特定されたように動作する、請求項１２に記載の方法。
14. 請求項１に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システムを提供するために、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムを組み込むよう、発電プラントにおける既存の燃焼タービンシステムをレトロフィットさせる方法であって、
    ｇ）互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む既存の燃焼タービンシステムの部位において、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を設置することであって、前記タービンが、着脱不能に前記圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられる、設置すること、
    ｈ）前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、および前記燃焼タービンシステムに空気を注入する、あるいは前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、または前記燃焼タービンシステムに空気を注入することを可能にするよう、前記圧縮機および前記タービンの間に配置された１つ以上の流体接続を供給または改変すること、
    ｉ）前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を介して圧縮空気貯蔵部へと前記１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を設置すること、
    ｊ）前記流路ネットワーク内に、前記圧縮空気貯蔵部に給気するための、前記１つ以上の流体接続および前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部の間に配置された給気圧縮機および関連空気入口を任意選択的に設置すること、
    ｋ）前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部および前記圧縮空気貯蔵部の間の前記流路ネットワーク内に、代替の各流路内に配置された、補助圧縮機および減圧装置を設置すること、および
    ｌ）請求項１にて特定したように動作する前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムを構成すること
    の各ステップを備える方法。
15. 実質的に本明細書中で添付図面の図２ａおよび図２ｂを参照して説明されたシステムまたは方法。
16. ハイブリッド燃焼タービン発電システムであって、
    互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービンシステムであって、前記タービンが、着脱不能に前記圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービンシステムと、
    前記圧縮機および前記タービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムであって、前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、および前記燃焼タービンシステムに空気を注入する、あるいは前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、または前記燃焼タービンシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムと
    を備え、
    前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムは、第１直接熱エネルギー貯蔵部を介して圧縮空気貯蔵部へと前記１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を備え、
    第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、可逆動力機構、および、第２熱エネルギー貯蔵部が、前記流路ネットワーク内で互いの下流に順次、配置され、
    前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムが、発電のための前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通って空気が下流にそれぞれ通過する発電モードで動作可能であり、
    そのモードで、前記可逆動力機構は、
    ｉ．空気が前記燃焼タービンシステムから抽出されて断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの給気モードで前記圧縮空気貯蔵部に渡される速度を変化させるために、圧縮機として動作し、選択的にその質量流量を調整することにより、
    ｉｉ．断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの排気モードにおいて前記燃焼タービンシステムに注入するために前記圧縮空気貯蔵部から空気を引き出す速度を変化させるために、膨張機として動作し、選択的にその質量流量を調整することにより、および、
    ｉｉｉ．空気が前記燃焼タービンシステムから抽出される給気モードから空気が前記燃焼タービンシステム内に注入される排気モードに前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムを切り替えるように、およびその逆に切り替えるように、圧縮機としての作用から膨張機としての作用に、またはその逆に切り替えることにより、
    の各々において前記燃焼タービンシステムのパワー出力を選択的に調節するように構成される、ハイブリッド燃焼タービン発電システム。
17. 前記燃焼タービンが前記発電モードで動作している間の、前記燃焼タービンシステムからの空気抽出から前記燃焼タービンシステムへの空気注入への前記燃焼タービンシステムの切り替え、またはその逆は、圧縮機としての作用から膨張機としての作用、またはその逆の切り替えを行う前記可逆動力機構によってのみ達成される、請求項１６に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
18. 前記可逆動力機構は、容積式機構である、請求項１６または請求項１７に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
19. 前記容積式機構は、ピストンベース機構である、請求項１８に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
20. 前記ピストンベース機構の圧縮機としての作用から膨張機への切り替え、またはその逆は、バルブタイミングの変化のみによって達成される、請求項１９に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
21. 前記可逆動力機構は、燃焼タービンに必要な最大パワー調節に関連する最大質量流量と一致するように寸法決めされる、請求項１６〜２０の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
22. 給気圧縮機および関連空気入口は、前記圧縮空気貯蔵部を給気するための前記１つ以上の流体接続および前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部の間に配置される、請求項１６〜２１の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
23. 前記給気圧縮機は前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムの発電モードで動作可能であり、そのモードでは、加圧空気は前記燃焼タービンシステムへと前記給気圧縮機から供給され、前記燃焼タービンシステム内の空気流を補充するために前記１つ以上の流れ接続にて注入される、請求項２２に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
24. 減圧装置が、前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部および前記圧縮空気貯蔵部の間の代替の各流路に配置され、それにより前記圧縮空気貯蔵部からの加圧空気が前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部へと、前記減圧装置を介して、または、前記第２熱エネルギー貯蔵部および前記可逆動力機構を介して、戻され得る、請求項１６〜２３の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
25. 前記第２熱エネルギー貯蔵部が直接熱エネルギー貯蔵部である、請求項１６〜２４の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
26. 前記圧縮空気貯蔵部は可変圧力貯蔵部であり、前記第２熱エネルギー貯蔵部は、変化する温度プロファイルで蓄熱することができる、請求項１６〜２５の何れか一項に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システム。
27. ハイブリッド燃焼タービン発電システムを動作させる方法であって、前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムが、
    互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む燃焼タービンシステムであって、前記タービンが、着脱不能に前記圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられた、燃焼タービンシステムと、
    前記圧縮機および前記タービンの間に配置された１つ以上の流体接続を介してそこに一体化された断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムであって、前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、および前記燃焼タービンシステムに空気を注入する、あるいは前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、または前記燃焼タービンシステムに空気を注入することを可能にする、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムと
    を備え、
    前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムは、第１直接熱エネルギー貯蔵部を介して圧縮空気貯蔵部へと前記１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を備え、
    第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、可逆動力機構、および、第２熱エネルギー貯蔵部が、前記流路ネットワーク内で互いの下流に順次、配置され、
    前記方法は、
    前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムを、発電のための前記燃焼タービンシステムの前記圧縮機、前記燃焼器および前記タービンを通って空気が下流にそれぞれ通過する発電モードで動作させること、
    および、そのモードで、前記可逆動力機構を使用して、
    ｉｖ．空気が前記燃焼タービンシステムから抽出されて断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの給気モードで前記圧縮空気貯蔵部に渡される速度を変化させるために、圧縮機としてそれを動作させ、選択的にその質量流量を調整することにより、
    ｖ．断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの排気モードにおいて前記燃焼タービンシステムに注入するために前記圧縮空気貯蔵部から空気を引き出す速度を変化させるために、膨張機としてそれを動作させ、選択的にその質量流量を調整することにより、および、
    ｖｉ．空気が前記燃焼タービンシステムから抽出される給気モードから空気が前記燃焼タービンシステム内に注入される排気モードに前記断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムを切り替えるように、およびその逆に切り替えるように、圧縮機としての作用から膨張機としての作用に、またはその逆にそれを切り替えることにより、
    の各々において前記燃焼タービンシステムのパワー出力を選択的に調節すること
    を備える、ハイブリッド燃焼タービン発電システムを動作させる方法。
28. 前記可逆動力機構が、前記燃焼タービン圧縮機の前記出口における前記燃焼タービン内の質量流量の２５％以下の、それを通る質量流量で動作し、好ましくはそれを取り扱うように寸法決めされている、請求項２７に記載の方法。
29. 前記システムが、請求項１７〜２６の何れか一項にて特定されたものであり、特定されたように動作する、請求項２７または請求項２８に記載の方法。
30. 請求項１に記載のハイブリッド燃焼タービン発電システムを提供するために、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムを組み込むよう、発電プラントにおける既存の燃焼タービンシステムをレトロフィットさせる方法であって、
    ｇ）互いの下流に流体接続された圧縮機、燃焼器およびタービンを含む既存の燃焼タービンシステムの部位において、少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を設置することであって、前記タービンが、着脱不能に前記圧縮機に結合され、発電用の発電機に動作可能に関連付けられる、設置すること、
    ｈ）前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、および前記燃焼タービンシステムに空気を注入する、あるいは前記燃焼タービンシステムから空気を抽出、または前記燃焼タービンシステムに空気を注入することを可能にするよう、前記圧縮機および前記タービンの間に配置された１つ以上の流体接続を供給または改変すること、
    ｉ）前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部を介して圧縮空気貯蔵部へと前記１つ以上の流体接続から通じる流路ネットワークおよび関連バルブ構造を設置すること、
    ｊ）前記流路ネットワーク内に、前記圧縮空気貯蔵部に給気するための、前記１つ以上の流体接続および前記少なくとも１つの直接熱エネルギー貯蔵部の間に配置された給気圧縮機および関連空気入口を任意選択的に設置すること、
    ｋ）第２のより高い圧力ステージ、可変質量流量、可逆動力機構、および、第２熱エネルギー貯蔵部を、前記流路ネットワーク内で互いの下流に順次、設置すること、および
    ｌ）請求項１にて特定したように動作する前記ハイブリッド燃焼タービン発電システムを構成すること
    の各ステップを備える方法。
31. 実質的に本明細書中で添付図面の図３ａおよび図３ｃを参照して説明されたシステムまたは方法。