BR112015028860B1

BR112015028860B1 - Sistema de acionamento para acionar uma carga e método para operar um sistema de turbina a gás

Info

Publication number: BR112015028860B1
Application number: BR112015028860-0A
Authority: BR
Inventors: Marco Santini; Marco De Iaco
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2022-02-22
Also published as: RU2703189C2; CA2913022C; JP2016522347A; CN105579690A; ITFI20130130A1; BR112015028860A2; AU2014273017A1; KR20160013052A; US20160105078A1; JP6537191B2; RU2015149550A3; AU2014273017B2; BR112015028860A8; CN105579690B; US9876412B2; CA2913022A1; WO2014191543A1; EP3004601A1; RU2015149550A; EP3004601B1

Abstract

SISTEMA DE ACIONAMENTO PARA ACIONAR UMA CARGA E MÉ TODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TURBINA A GÁS. A presente invenção refere-se a um sistema de acionamento (1) para acionar uma carga (21) compreende: uma turbina a gás (3) configurada e disposta para acionar a carga (21), e que compreende um gerador de gás (5) que inclui um rotor de gerador de gás (9R, 11R), e uma turbina de potência (7) que inclui um rotor de turbina de potência (7R), se parado mecanicamente, ou não acoplado torcionalmente, ao dito rotor de gerador de gás (9R, 11R); um gerador/motor elétrico (23) conectado eletricamente a uma rede de potência elétrica (G), um primeiro acoplamento de carga (19) que conecta a turbina a gás (3) à carga (21), um segundo acoplamento de carga (22) que conecta a carga (21) ao dito gerador/motor elétrico (23), um conversor de frequência conectado entre o gerador/motor elétrico (23) e a rede de potência elétrica (G), sendo que o dito conversor de frequência é configurado e controlado para condicionar a frequência elétrica da rede de potência elétrica (G) para o gerador/motor elétrico (23) e do gerador/motor elétrico (23) para a rede de potência elétrica (G); sendo que o dito gerador/motor elétrico (23) é adaptado para funcionar como um (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a aprimoramentos nos sistemas de turbina a gás usados em aplicações de acionamento mecânico. Em particular, porém não exclusivamente, a invenção se refere a sistemas de turbina a gás para acionar compressores, por exemplo, compressores para fluidos de refrigeração em instalações de gás natural liquefeito, compressores para comprimir gás em transporte por tubulação etc.

[002] A invenção se refere também a aprimoramentos em métodos para operar um sistema que compreende uma turbina a gás e uma carga, por exemplo, um compressor para LNG ou para aplicações de gás e óleo, uma bomba ou outro equipamento rotatório.

[003] A invenção se refere também a um sistema para armazenar energia de pressão em uma tubulação para gás.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[004] O Gás Natural Liquefeito (LNG) resulta de um processo de liquefação, no qual o gás natural é resultado pelo uso de um ou mais ciclos de refrigeração em um arranjo de cascata, até que o mesmo se torne líquido. O gás natural é frequentemente liquefeito para os propósitos de armazenamento ou transporte, por exemplo, se o transporte por tubulação não é possível ou economicamente impraticável.

[005] O resfriamento do gás natural é realizado pelo uso de ciclos de refrigeração abertos ou fechados. Um refrigerante é processado em um compressor ou compressores, condensado e expandido. O refrigerante resfriado e expandido é usado para remover calor do gás natural que flui em um trocador de calor.

[006] Contrariamente, quando possível ou economicamente praticável, um transporte por tubulação é geralmente usado para transportar gás. Para manter o gás sobre pressão na tubulação, uma ou mais compressores são dispostos ao longo da tubulação.

[007] Compressores de refrigerante em LNG, compressores para aplicações em tubulação ou outro equipamento rotatório para aplicações nas indústrias de óleo e gás, são frequentemente acionados por turbinas a gás. A disponibilidade de potência da turbina a gás (isto é, a potência disponível no eixo de potência da turbina) é dependente das condições do ambiente, por exemplo, temperatura do ar e outros fatores, tais como envelhecimento. A disponibilidade de potência da turbina aumenta com a diminuição das temperaturas e, ao contrário, diminui com o aumento das temperaturas. Isso causa flutuações da disponibilidade de potência tanto em 24 horas como durante o ano, devido às flutuações de temperatura sazonais e diárias.

[008] Foi sugerido fornecer um motor elétrico em combinação com uma turbina a gás (por exemplo, uma turbina a gás robusta ou uma turbina a gás aeroderivativa) para acionar uma carga dotada de, por exemplo, um ou mais compressores. O motor elétrico é operado para suplementar potência mecânica à carga, para manter a potência mecânica geral no eixo da carga constante, quando a disponibilidade de potência da turbina diminui e/ou aumenta a potência mecânica total usada para acionar a carga. Essa função do motor elétrico é chamada de auxiliar. Outro motor elétrico ou, alternativamente, um motor elétrico pneumático, é geralmente usado como um motor iniciador, para acelerar a turbina a gás do zero para a velocidade nominal.

[009] Quando um excesso de potência mecânica é gerado pela turbina, por exemplo, se a temperatura ambiente cai abaixo da temperatura do projeto e consequentemente o aumento na disponibilidade de potência da turbina, ou carga mecânica exigida pelo compressor cai, a potência mecânica excessiva gerada pela turbina a gás é convertida em potência elétrica, pelo uso do motor elétrico auxiliar como um gerador.

[010] A Figura 1 ilustra esquematicamente um sistema que compreende uma turbina a gás disposta para aplicações de acionamento mecânico, isto é, para acionar um compressor ou trem compressor. O sistema 101 compreende uma turbina a gás robusta 103. A turbina a gás é, por sua vez, dotada de um gerador de gás 105 e uma turbina de potência 107. O gerador de gás 105 é dotado de um compressor 109 e uma turbina de alta pressão 111. O gerador de gás 105 compreende um rotor de gerador de gás que inclui o rotor 109R do compressor 109 e o rotor 111R da turbina de alta pressão 111. O rotor 109R do compressor 109 e o rotor 111R da turbina de alta pressão 111 são montados em um eixo comum e formam juntos um rotor de gerador de gás.

[011] O compressor 109 comprime ar ambiente, o qual é entregue a uma câmara de combustão ou combustor 113, onde o ar comprimido é misturado com um combustível gasoso ou líquido e a mistura combustível/ar é inflamada para gerar gás de combustão. O gás de combustão de alta temperatura e alta pressão é parcialmente expandido na turbina de alta pressão 111. Energia mecânica gerada pela expansão do gás na turbina de alta pressão 111 é usada para acionar o compressor 109.

[012] Gás quente e parcialmente expandido que sai da turbina de alta pressão 111 flui através da turbina de potência ou turbina de baixa pressão 107. O gás de combustão expande na turbina de potência 107 para gerar potência mecânica disponibilizada em um eixo de acoplamento de carga 117. A potência disponível no eixo de acoplamento de carga 117 é usada para acionar até girar uma carga globalmente identificada 121. A carga 121 pode compreender um compressor ou um trem compressor, como um exemplo, disposto em uma tubulação 118 para transportar gás para usuários 120.

[013] O rotor da turbina de potência 107 é separado mecanicamente, isto é, não acoplado torcionalmente ao rotor de gerador de gás formado pelo rotor do compressor 109R e a rotor de turbina de alta pressão 111R.

[014] O rotor de gerador de gás é conectado a um motor iniciador 124. Como um exemplo, esse motor iniciador pode ser um motor elétrico conectado, através de um eixo 106 ao rotor de gerador de gás.

[015] O número de referência 123 indica uma máquina elétrica reversível que operar como um auxiliar/gerador e disposta na extremidade da coluna que compreende a turbina a gás 103 e o compressor 121 opostos ao motor iniciador 124. A máquina elétrica 123 ao operar como auxiliar converte potência elétrica em potência mecânica para acionar a carga 117 em combinação com a turbina a gás 103, por exemplo, quando a potência disponível da turbina a gás 103 cai, por exemplo, devido ao aumento da temperatura ambiente. Quando a máquina elétrica 123 atua como gerador, a máquina elétrica reversível pode converter potência mecânica disponível, produzida pela turbina, em potência elétrica. A potência elétrica pode ser entregue para uma rede de distribuição de potência eléctrica.

[016] O sistema 101 é complexo, tem uma flexibilidade de operação modesta e incorre em algumas desvantagens. Como um exemplo, em um sistema de transporte por tubulação, quando a turbina a gás vai para manutenção ou falha, os usuários 120 não podem extrair gás sem incorrer em uma queda de pressão significativa na tubulação 118.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[017] A presente invenção fornece um sistema híbrido, no qual uma turbina a gás é combinada com uma máquina elétrica reversível que pode ser comutada em um modo de motor ou em um modo de gerador. De acordo com a invenção, o sistema fornece meios reversíveis para desconectar a transmissão de potência da carga para a turbina a gás e vice-versa. Quando comutada para o modo de motor, a máquina elétrica reversível pode fornecer um auxiliar ou uma energização elétrica completa da carga, o que permite também um trabalho de armazenamento de potência, conforme melhor detalhado abaixo, dependendo das condições operacionais do sistema de turbina a gás e necessidades. Quando comutada para o modo de gerador, a máquina elétrica reversível pode converter potência mecânica disponível, produzida ao queimar um combustível misturado em um fluxo de ar comprimido, em potência elétrica. A potência elétrica pode ser entregue para uma rede de distribuição de potência eléctrica. Em algumas realizações ou sob algumas condições, por exemplo, no caso da perda ou falta de uma rede de distribuição de potência elétrica, o gerador pode suprir potência elétrica para as instalações e dispositivos auxiliares do sistema que compreende a turbina a gás e a carga acionada pelo mesmo.

[018] Mais especificamente, o sistema de acionamento para acionar uma carga, de acordo com um primeiro aspecto da invenção, compreende uma turbina a gás configurada e disposta para acionar a carga, um primeiro acoplamento de carga que conecta a turbina a gás à carga, um gerador/motor elétrico conectado eletricamente a uma rede de potência elétrica com capacidade para receber e/ou para fornecer potência elétrica, um segundo acoplamento de carga que conecta a carga ao dito gerador/motor elétrico, sendo que o dito gerador/motor elétrico é adaptado para funcionar como um gerador para converter o excesso de potência mecânica da dita turbina a gás em potência elétrica e distribuir a potência elétrica para a rede de potência elétrica e como um motor para acionar de modo suplementar potência à carga. O sistema de acionamento compreende também um dispositivo de desconexão para desconectar de modo reversível a carga da turbina a gás, de modo que a carga possa ser acionada somente pelo dito motor, o que permite uma operação elétrica completa da carga.

[019] Um acoplamento de carga é preferencialmente um acoplamento mecânico com capacidade para transmitir potência mecânica (preferencialmente e principalmente por torque) de um membro para a carga e vice-versa. Um acoplamento mecânico pode ser fornecido por um eixo. De acordo com a invenção, um eixo pode ser feito de uma única peça ou de duas ou mais partes fixadas axialmente juntas e torcionalmente dependentes entre si.

[020] Torcionalmente dependente significa que as partes fixadas juntas não podem girar com velocidades de rotação diferentes e são construídas e dispostas como membros unidos mecanicamente.

[021] Torcionalmente independente significa que as partes podem girar em velocidades rotacionais diferentes e são construídas e dispostas como membros mecanicamente separados.

[022] Preferencialmente, a desconexão ou conexão feita pelo dito dispositivo de desconexão é operada manualmente por um operador ou automaticamente por uma motorização ou sem motorização. De modo vantajoso, o dispositivo de desconexão pode ser ou ser dotado de uma embreagem (por exemplo, uma embreagem de autossincronização) entre a carga e a turbina a gás, como um exemplo, associado respectivamente à extremidade de um eixo geométrico acoplado torcionalmente à carga e à extremidade de um eixo geométrico oposto acoplado torcionalmente à turbina a gás. Alternativamente, o dispositivo de desconexão pode ser ou pode compreender um acoplamento removível ou um conversor de torque hidráulico.

[023] De acordo com algumas realizações, o segundo acoplamento pode ser disposto em oposição ao dito primeiro acoplamento com relação à carga, de modo que a carga é disposta entre a dita turbina a gás e o dito gerador/motor elétrico.

[024] Preferencialmente, um acoplamento direto é fornecido entre o dito pelo menos um compressor e o dito gerador/motor elétrico; preferencialmente o dito pelo menos um compressor e o dito gerador/motor elétrico têm um eixo comum.

[025] Em outras realizações, entre o dito pelo menos um compressor e o dito gerador/motor elétrico é fornecido um acoplamento que compreende uma embreagem adicional.

[026] Oportunamente, em muitas realizações preferenciais, a carga compreende pelo menos um compressor. Preferencialmente, o dito compressor é disposto em uma tubulação para transporte de gás, para compressão de gás na tubulação.

[027] Em muitas realizações preferenciais, a turbina a gás compreende um gerador de gás que inclui um rotor de gerador de gás e uma turbina de potência que inclui um rotor de turbina de potência, sendo que o rotor da turbina de potência é separado mecanicamente, ou não acoplado torcionalmente ao dito rotor de gerador de gás. Torcionalmente independente significa que o rotor de turbina de potência e o rotor do gerador de gás podem girar em velocidades rotacionais diferentes e são construídos e dispostos como membros mecanicamente separados, sendo que a potência do gerador de gás para a turbina de potência é transferida de modo termodinâmico através do fluxo do gás de combustão.

[028] Em algumas realizações preferenciais, o gerador de gás é dotado de um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina de alta pressão; sendo que o dito rotor de gerador de gás inclui um primeiro rotor do dito compressor e um segundo rotor da dita turbina de alta pressão e sendo que o dito primeiro rotor do dito compressor e o dito segundo rotor da dita turbina de alta pressão são montados em um eixo comum.

[029] Em algumas realizações preferenciais, a turbina de potência pode ser dotada de palhetas de guia de bocal móvel que podem ser usadas para modificar as condições de fluxo do gás de combustão que entra pela dita turbina de potência a partir do dito gerador de gás. A turbina a gás pode ser uma turbina a gás robusta.

[030] Em outras realizações preferenciais, o gerador de gás compressor é dotado de palhetas de guia de entrada móveis controladas para modificar a taxa de fluxo de entrada de ar dependendo das condições de operação da turbina a gás e da carga acionada. A turbina a gás pode ser do tipo aeroderivativa.

[031] Algumas realizações preferenciais podem compreender um conversor de frequência conectado entre o gerador/motor elétrico e a rede de potência elétrica, sendo que o dito conversor de frequência é configurado e controlado para condicionar a frequência elétrica da rede de potência elétrica para o gerador/motor elétrico e do gerador/motor elétrico para a rede de potência elétrica. Preferencialmente, o gerador/motor elétrico é do tipo conversor de frequência (VFD).

[032] Preferencialmente, a rede de potência elétrica pode compreender unidades para gerar potência elétrica renovável, como turbinas eólicas, painel solar etc.

[033] De acordo com um segundo aspecto, a matéria da invenção se refere a um método para operar um sistema de turbina a gás dotado de uma turbina a gás e uma carga acionada pela dita turbina a gás, sendo que o dito método compreende: - fornecer uma turbina a gás, - acoplar de modo mecânico uma carga à dita turbina a gás, - acoplar de modo mecânico um gerador/motor elétrico à dita carga, com dito gerador/motor elétrico disposto em oposição à dita turbina a gás com relação à dita carga, - gerar potência mecânica por meio da turbina a gás, - energizar a carga com a potência mecânica gerada pela turbina a gás; quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás excede a potência mecânica exigida para acionar a carga: - operar o gerador/motor elétrico em um modo de gerador; - transferir o excesso de potência mecânica da turbina a gás para o gerador/motor elétrico; e - converter o dito excesso de potência mecânica em potência elétrica no gerador/motor elétrico; quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás não é nula e é menor do que a potência exigida para acionar a carga: - operar o dito gerador/motor elétrico em um modo de motor; - energizar eletricamente o gerador/motor elétrico; - converter potência elétrica em potência mecânica suplementar no gerador/motor elétrico; - transferir a potência mecânica suplementar do gerador/motor elétrico para a carga; - acionar a carga com potência combinada gerada pela turbina a gás e potência mecânica suplementar gerada pelo gerador/motor elétrico; quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás é nula ou a turbina a gás está desligando: - desconectar a turbina a gás da carga, - operar o dito gerador/motor elétrico em um modo de motor, - converter potência elétrica em potência mecânica no gerador/motor elétrico, - transferir a potência mecânica do gerador/motor elétrico para a carga, - acionar a carga com a potência mecânica gerada pelo gerador/motor elétrico.

[034] Em muitas realizações preferenciais do método, a carga compreende pelo menos um compressor. Preferencialmente, o dito pelo menos um compressor comprime gás em uma tubulação para o transporte de gás ou similares.

[035] De acordo com um terceiro aspecto, a matéria da invenção se refere a um sistema para armazenar energia de pressão em uma tubulação para gás que compreende: - pelo menos um compressor disposto na tubulação e projetado para comprimir o dito gás na tubulação, - uma turbina a gás configurada e disposta para acionar o dito pelo menos um compressor, - um gerador/motor elétrico conectado eletricamente a uma rede de potência elétrica, - um primeiro acoplamento de carga que conecta a turbina a gás ao dito pelo menos um compressor, - um segundo acoplamento de carga que conecta o dito pelo menos um compressor ao dito gerador/motor elétrico, sendo que o dito gerador/motor elétrico é adaptado para funcionar como um gerador para converter excesso de potência mecânica da dita turbina a gás em potência elétrica e distribuir a potência elétrica para a rede de potência elétrica e como um motor para acionar de modo suplementar potência para o dito pelo menos um compressor, - um dispositivo de desconexão para desconectar de modo reversível o dito pelo menos um compressor da dita turbina a gás, de modo que o dito pelo menos um compressor possa ser acionado somente pelo dito motor; - sendo que o dito sistema fornece uma fase de desconexão do dito pelo menos um compressor da dita turbina a gás e uma fase subsequente de compressão de gás na dita tubulação ao operar o dito pelo menos um compressor somente por meio do dito motor elétrico. O gás é oportunamente comprimido até um valor de pressão na tubulação acima do valor de serviço do gás na tubulação.

[036] Os recursos e as realizações são revelados aqui abaixo e são apresentadas adicionalmente nas reivindicações anexas, as quais formam uma parte integrante da presente descrição. A breve descrição acima estabelece recursos das várias realizações da presente invenção a fim de que a descrição detalhada a seguir possa ser melhor compreendida e a fim de que as contribuições presentes na técnica possam ser mais bem apreciadas. Há, evidentemente, outros recursos da invenção que irão ser descritos doravante no presente documento e as quais irão ser estabelecidas nas reivindicações em anexo. A esse respeito, antes de explicar diversas realizações da invenção em detalhes, deve ser compreendido que as várias realizações da invenção não se limitam aos detalhes da construção e aos arranjos dos componentes estabelecidos na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. A invenção tem capacidade para outras realizações e é praticada e realizada de várias maneiras. Além disso, deve ser compreendido que a fraseologia e a terminologia empregadas no presente documento têm o propósito de descrição e não devem ser consideradas como limitadoras.

[037] Desse modo, os técnicos no assunto irão verificar que a concepção, sobre a qual a invenção se baseia, pode ser prontamente utilizada como base para projetar outras estruturas, métodos e/ou sistemas para realizar diversos propósitos da presente invenção. Portanto, é importante considerar que as reivindicações incluem construções equivalentes até o momento, pois as mesmas não se afastam do escopo da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[038] Uma apreciação mais completa das realizações da invenção e muitas das vantagens atendidas da mesma serão prontamente compreendidas conforme as mesmas se tornarem melhor compreendidas para a descrição detalhada a seguir quando considerada em conexão com os desenhos em anexo, nos quais: a Figura 1 ilustra um esquema de um arranjo de turbina a gás de acordo com a técnica antecedente; a Figura 2 ilustra um esquema de um arranjo de turbina a gás de acordo com a presente invenção; e a Figura 3 ilustra uma variação de uma turbina a gás da Figura 2, de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[039] A seguinte descrição detalhada das realizações exemplares refere-se às figuras anexas. Os mesmos números de referência em desenhos diferentes identificam elementos iguais ou similares. Adicionalmente, os desenhos não são necessariamente desenhados para serem representados em escala. Dessa forma, descrição detalhada seguinte não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

[040] Referência ao longo do relatório descritivo a “uma (1) realização” ou a “uma realização” ou “algumas realizações” significa que o recurso, estrutura ou característica particulares descritos em conexão com uma realização é incluído em pelo menos uma realização da matéria. Portanto, a aparência da frase “em uma (1) realização” ou “em uma realização” ou “em algumas realizações” em vários pontos ao longo do relatório descritivo não está necessariamente se referindo à(s) mesma(s) realização(ões). Além disso, os recursos, estruturas ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações.

[041] A Figura 2 ilustra uma primeira realização da presente invenção. Um sistema de acionamento mecânico 1 compreende uma turbina a gás 3. A turbina a gás 3 compreende um gerador de gás 5 e uma turbina de potência ou turbina de baixa pressão 7. O gerador de gás 5 pode ser dotado de um compressor de gerador de gás 9 e uma turbina de alta pressão 11. O rotor do compressor é mostrado esquematicamente em 9R e o rotor de turbina de alta pressão é mostrado em 11R. Os rotores 9R e 11R são montados em um eixo comum 6 e formam juntos um rotor de gerador de gás 5R.

[042] O compressor de gerador de gás 9 comprime ar do ambiente, o qual é entregue para um combustor 13. No combustor 13 combustível é adicionado ao fluxo de ar e uma mistura combustível/ar é formada e inflamada. O gás de combustão gerado no combustor é entregue para a turbina de alta pressão 11 e se expande parcialmente na mesma, o que gera potência mecânica. A potência mecânica gerada pela turbina de alta pressão 11 é usada para acionar o compressor do gerador de gás 9.

[043] O gás de combustão parcialmente expandido flui e passa pela linha 8, através da turbina de potência 7, onde o mesmo se expande adicionalmente para gerar potência mecânica adicional. Na realização ilustrada na Figura 2, a turbina de potência 7 é dotada de palhetas de guia de bocal móvel mostradas esquematicamente em 15. As palhetas de guia de bocal móvel 15 podem ser usadas para modificar as condições de fluxo do gás de combustão que entra na turbina de potência 7. Em algumas realizações, as palhetas de guia de bocal móvel 15 podem ser usadas para modificar a seção de fluxo do gás de combustão, o que aumenta ou diminui a pressão na saída da turbina de alta pressão 11. Aumentar a pressão de gás na saída da turbina de alta pressão 11 reduz a queda de entalpia pela turbina de alta pressão 11. Uma queda de entalpia maior fica disponível, portanto, pela turbina de potência 7, o que pode produzir mais potência mecânica, a qual ficará disponível no eixo de saída da turbina. Ao regular as palhetas de guia de bocal móvel 15 a velocidade rotacional do rotor de gerador de gás 5R pode ser ajustada e a quantidade de potência disponível no eixo de saída da turbina de potência 7 pode ser modulada.

[044] A turbina de potência 7 é dotada de um rotor de turbina de potência 7R montado em um eixo de turbina de potência 17, o qual é torcionalmente independente do eixo 6 do gerador de gás 5, isto é, o eixo de turbina de potência 17 gira independentemente do eixo 6 do eixo do gerador de gás 5R. O eixo do gerador de gás 6 é conectado com um iniciador 24, isto é, um motor elétrico ou um motor hidráulico.

[045] A turbina a gás 3 é, como um exemplo, uma turbina a gás robusta.

[046] O eixo de turbina de potência 17 é conectado, através de um primeiro eixo de acoplamento de carga 19 (que é um acoplamento mecânico), a uma carga geralmente mostrada em 21, a qual é acionada em rotação pela potência disponível no eixo de turbina de potência 17 e gerada por expansão do gás na turbina de potência 7. Em algumas realizações a carga 21 pode incluir um ou mais compressores, por exemplo, um compressor 21 conforme mostrado por meio de exemplo na realização da Figura 2.

[047] Como um exemplo, o compressor 21 é disposto em uma tubulação 18 para transportar gás para usuários 20.

[048] O sistema 1 compreende um dispositivo de desconexão 14 para desconectar de modo reversível a carga 21 da turbina a gás 3. Como um exemplo, o dispositivo de desconexão 14 é disposto entre o eixo de turbina de potência 17 e o primeiro eixo de acoplamento de carga 19. O dispositivo de desconexão 14 tem, na prática, pelo menos dois modos de operação, um modo de operação de conexão, no qual a potência (torque) da turbina a gás 3 é transmitida para a carga e um modo de operação de desconexão, no qual a potência (torque) da turbina a gás para a carga não pode ser transmitida (como um exemplo, a falta de transmissão pode ser devido à separação física entre uma parte conectada à turbina a gás e uma parte conectada à carga).

[049] O dispositivo de desconexão pode ser operado manualmente por um operador ou automaticamente por uma motorização ou atuador ou com uma embreagem de autossincronização.

[050] Nessa realização, o dispositivo de desconexão 14 é uma embreagem que conecta mecanicamente o eixo de turbina de potência 17 e o primeiro eixo de acoplamento de carga 19.

[051] Como um exemplo, as partes de acoplamento da embreagem podem ser conectadas ou desconectadas por meio de um atuador automaticamente operado por um operador ou por um controlador eletrônico programado para desconectar/conectar a turbina da/na carga sob certas condições, conforme melhor explicado abaixo. Em outras realizações, o atuador pode ser manualmente operado pelo operador.

[052] Em outras realizações, o dispositivo de desconexão 14 pode compreender um conversor de torque hidráulico.

[053] Em outras realizações, a embreagem pode ser do tipo magnética.

[054] Em outras realizações adicionais, o dispositivo de desconexão 14 pode compreender um acoplamento removível, como um exemplo um acoplamento removível com parafusos que fixam as partes de acoplamento opostas conectadas à carga e à turbina a gás.

[055] Uma ou mais juntas podem ser dispostas entre a turbina de potência 7 e a carga 21, por exemplo, uma ou mais juntas flexíveis, para ajustar e/ou angulares e/ou para compensar uma expansão térmica do acoplamento. Em outras realizações, não mostradas, um sistema de manipulação de velocidade, tal como uma caixa de câmbio, pode ser disposto entre a turbina de potência 7 e a carga 21, por exemplo, quando a turbina de potência 7 e a carga 21 giram em velocidades rotacionais diferentes. Fica evidente que aquelas uma ou mais juntas e sistema de manipulação de velocidade são associados ao eixo de turbina de potência 17 ou o primeiro eixo de acoplamento de carga 19 e são adicionais a e diferentes do dispositivo de desconexão 14.

[056] Uma máquina elétrica 23, isto é, uma máquina elétrica que pode operar seletivamente como um gerador elétrico ou um motor elétrico, é conectada à carga 17 (nessa realização, um compressor) por um segundo eixo de acoplamento de carga 22. A máquina elétrica reversível será denominada no presente documento abaixo como um gerador/motor elétrico 23.

[057] Preferencialmente, um eixo de acoplamento direto 22 é fornecido entre a carga 21 e o gerador/motor elétrico 23. Em outras realizações, ao eixo de acoplamento 22, podem ser associadas uma ou mais juntas flexíveis para ajustar as incompatibilidades angulares e/ou para compensar pela expansão térmica do acoplamento. Em outras realizações, uma embreagem adicional pode ser fornecida no eixo de acoplamento 22, de modo que a carga pode ser separada do gerador/motor elétrico 23.

[058] O gerador/motor elétrico 23 é adaptado para funcionar como um gerador para converter excesso de potência mecânica da dita turbina a gás 3 em potência elétrica e distribuir a potência elétrica para uma rede de potência elétrica G e como um motor para acionar potência à carga 21.

[059] Preferencialmente, o gerador/motor elétrico 23 se combina com uma unidade de condicionamento de potência elétrica, por exemplo, um acionador de frequência variável 25. Para os propósitos que ficarão evidentes posteriormente, o acionador de frequência variável 25 permite que o gerador/motor elétrico 23 gire em uma velocidade a qual é independente da frequência elétrica na rede G, de modo que o gerador/motor elétrico 23 pode ser usado para fornecer potência mecânica suplementar para o sistema 1, por exemplo, quando a potência disponível da turbina a gás 3 cai, o que permite que a turbina a gás gire em uma velocidade a qual é independente da frequência da rede. O mesmo acionador de frequência variável permite também que o gerador/motor elétrico opere no modo de gerador e supra potência elétrica para a rede e gire o gerador/motor elétrico 23 em uma velocidade diferente da frequência da rede e independente da mesma.

[060] A operação do sistema descrito até agora é conforme a seguir.

[061] Para iniciar o sistema, o iniciador 24 é energizado, de modo que o rotor de gerador de gás 5R gire.

[062] Quando uma taxa de fluxo de ar suficiente na saída do compressor de gerador de gás 9 foi atingida, o combustor 13 pode ser inflamado e o gerador de gás 5 começa a operar. Um fluxo de gás de combustão quente pressurizado é formado no combustor 13 e entregue através da turbina de potência 7 e da turbina de alta pressão 11, a qual gradualmente assume a tarefa de girar o compressor de gerador de gás 9.

[063] O acionamento do gerador de gás 5 é, enfim, totalmente assumido pela turbina de alta pressão 11 e a turbina de potência 7 gradualmente acelera e acionar a carga 21 em rotação.

[064] Quando a turbina a gás 1 alcançou uma condição de estado estável, o iniciador 24 pode ser configurado em uma condição não operacional. Em relação à operação do gerador/motor elétrico 23, o modo de operação como um auxiliar (modo de motor) pode ser exigido, por exemplo, quando a potência gerada pela turbina de potência 3 e disponibilizada no eixo de turbina de potência 17 é insuficiente para acionar a carga 21 na velocidade exigida. O gerador/motor elétrico 23 pode ser operado no modo de motor também em outras situações, por exemplo, a fim de economizar combustível e usar, no lugar, energia elétrica. Isso pode ser útil, por exemplo, durante a noite, quando o custo da energia elétrica disponível pela rede de distribuição elétrica G é menor que o custo do combustível.

[065] Vice-versa, o gerador/motor elétrico 23 pode ser comutado para o modo de gerador, por exemplo, no caso de perda da rede, isto é, quando a potência elétrica da rede de distribuição de potência elétrica G não está disponível. Nesse caso o gerador/motor elétrico 23 fornecerá energia elétrica para energizar o sistema e qualquer outra instalação ou unidade auxiliar associada com o mesmo.

[066] Em algumas realizações, o gerador/motor elétrico 23 pode ser configurado para operar no modo de gerador também se a potência disponível da turbina a gás exceder a potência exigida para acionar a carga e, por exemplo, o custo da energia elétrica é mais alto que o custo do combustível, por exemplo, durante horas de pico, de modo que produzir energia elétrica por meio de combustível fóssil (líquido ou gasoso) e vender a energia elétrica produzida se torna economicamente vantajoso. Em algumas circunstâncias o gerador/motor elétrico 23 pode ser comutado para o modo de gerador também para corrigir o fator de potência.

[067] Um controlador de turbina a gás eletrônico (não mostrado) pode ser fornecido para controlar o sistema 1 nos vários diferentes modos de operação.

[068] Fatores diversos podem modificar as condições de operação do sistema 1, tornando potência da turbina a gás excedente 3 disponível ou exigindo potência suplementar para acionar a carga 21. Por exemplo, se a carga 21 compreende uma ou mais compressores, o fluxo de gás através dos compressores pode flutuar e provocar, assim, uma flutuação na potência exigida para acionar a carga.

[069] Condições ambientais, em particular temperatura ambiente pode modificar as condições de operação da turbina a gás 3. Ao aumentar a temperatura ambiente, é reduzida a potência disponível no eixo de turbina de potência 17 da turbina de potência 7. Uma queda na temperatura ambiente, vice- versa, causa um aumento na disponibilidade da saída da turbina a gás 3.

[070] Quando o gerador/motor elétrico opera no modo de gerador, o acionador de frequência variável 25 permite que o gerador/motor elétrico 23 gire a uma frequência a qual não é sincronizada com a frequência da rede de distribuição de potência elétrica G. A potência elétrica gerada pelo gerador 23 será condicionada, então, pelo acionador de frequência variável 25 de modo que a potência elétrica entregue à rede de distribuição de potência elétrica G será idêntica à frequência da rede. Quando o gerador/motor elétrico 23 opera no modo de motor, o acionador de frequência variável 25 permite que o motor gire na velocidade exigida, o que corresponde à velocidade de rotação do rotor de gerador de gás R, sendo que a dita velocidade é independente da frequência elétrica da rede de distribuição de potência elétrica G. A velocidade rotacional do gerador de gás se torna, portanto, independente da frequência da rede.

[071] Conforme descrito acima, em algumas condições o modo auxiliar pode ser disparado quando a velocidade rotacional solicitada não pode ser alcançada pelo uso somente da potência disponível da turbina a gás, isto é, quando a entrega de combustível alcançou o valor máximo sem atingir a velocidade rotacional solicitada da turbina de potência. Contudo, em algumas circunstâncias, o sistema 1 pode ser controlado de modo que parte da potência exigida para acionar a carga 21 é entregue pelo gerador/motor elétrico que opera no modo auxiliar e limita a taxa de fluxo de combustível, a fim de economizar combustível mesmo se a turbina a gás tivesse capacidade para fornecer potência suficiente para acionar a carga por ela mesma Isso pode ser feito, por exemplo, quando o custo por unidade de energia elétrica é menor que o custo da quantidade equivalente de combustível, por exemplo, durante a noite. Isso pode ser economicamente vantajoso para acionar a carga 21 em um modo híbrido que combina potência elétrica do gerador/motor elétrico 23 que funciona no modo auxiliar, com potência mecânica gerada pela turbina a gás, sendo que a turbina é operada a menos do que a taxa de potência máxima com uma quantidade reduzida de combustível entregue à mesma. O modo de operar o sistema seria o mesmo que descrito acima, mas o gerador/motor elétrico seria colocado em operação no modo auxiliar (modo de motor) antes da temperatura do gás de combustão em questão atingir o valor do ponto máximo estabelecido.

[072] Quando o gerador/motor elétrico 23 está no modo de gerador, é evidente que o dispositivo de desconexão 14 deveria estar modo de operação de conexão, uma vez que o mesmo necessita de potência mecânica da turbina a gás 3 através do primeiro acoplamento mecânico de carga (eixos 17 a 19) que conecta a turbina a gás 3 à carga 21 e através do segundo acoplamento mecânico de carga (eixo 22) que conecta a carga para o gerador/motor elétrico 23. O dispositivo de desconexão 14 no modo de operação de conexão transmite o torque do eixo 17 ao eixo 18 da carga 21.

[073] Quando o gerador/motor elétrico 23 está no modo de motor, o dispositivo de desconexão 14 pode estar no modo de operação de conexão ou no modo de operação de desconexão.

[074] O gerador/motor elétrico 23 é operado como auxiliar para a turbina a gás 3 quando o mesmo está no modo motor de operação. Em algumas condições, o modo auxiliar pode ser disparado quando a velocidade rotacional solicitada da carga não pode ser alcançada pelo uso somente da potência disponível da turbina a gás, isto é, quando a entrega de combustível atingiu o valor máximo sem alcançar a velocidade rotacional solicitada da turbina de potência. Contudo, em algumas circunstâncias, o sistema 1 pode ser controlado de modo que parte da potência exigida para acionar a carga 21 é entregue pelo gerador/motor elétrico que opera no modo auxiliar e limita a taxa de fluxo de combustível, a fim de economizar combustível mesmo se a turbina a gás tivesse capacidade para fornecer potência suficiente para acionar a carga por ela mesma Isso pode ser feito, por exemplo, quando o custo por unidade de energia elétrica é menor que o custo da quantidade equivalente de combustível, por exemplo, durante a noite. Isso pode ser economicamente vantajoso para acionar a carga 21 em um modo híbrido que combina potência elétrica do gerador/motor elétrico 23 que funciona no modo auxiliar, com potência mecânica gerada pela turbina a gás, sendo que a turbina é operada a menos do que a taxa de potência máxima com uma quantidade reduzida de combustível entregue à mesma.

[075] O modo auxiliar é substancialmente um modo híbrido para operar a carga (potência em parte da turbina a gás 3, em parte do motor elétrico 23). É evidente que, de acordo com esse modo de operar da carga, o dispositivo de desconexão 14 precisa estar no modo de operação de conexão, uma vez que, conforme declarado anteriormente, há a necessidade de potência mecânica da turbina a gás 3 através do primeiro acoplamento mecânico de carga (eixos 17 a 19) que conecta a turbina a gás 3 à carga 21 e através do segundo acoplamento mecânico de carga (eixo 22) que conecta a carga para o gerador/motor elétrico 23. O dispositivo de desconexão 14 no modo de operação de conexão transmite o torque do eixo 17 ao eixo 18 da carga 21.

[076] Em algumas condições, o dispositivo de desconexão 14 está no modo de operação de desconexão. Portanto, nenhuma transmissão de potência (transmissão de torque) da turbina a gás 3 à carga 21 ocorre (como um exemplo, no caso de um dispositivo de desconexão na forma de uma embreagem, as duas partes opostas da embreagem 21 são separadas). Em tal caso, quando o gerador/motor elétrico 23 é operado como motor, a carga 21 é acionada somente pelo motor 21 energizado pela rede de distribuição de potência elétrica G.

[077] Essa configuração é particularmente útil por diversas razões.

[078] Em primeiro lugar, quando a turbina a gás falha ou desliga, ou está em manutenção, depois de desconectar a carga da turbina a gás por meio do dispositivo de desconexão 14, a carga pode ser acionada pelo motor elétrico 23 e pode fornecer potência e operabilidade para o sistema.

[079] A desconexão da carga da turbina a gás permite que a carga seja operada e modo completamente elétrico durante períodos específicos do dia ou semana quando o custo de eletricidade é baixo (como um exemplo, durante a noite ou final de semana).

[080] O modo completamente elétrico é útil também em períodos quando há uma superprodução de eletricidade principalmente devido a fontes renováveis, por exemplo, eólica e solar, se o gerador/motor elétrico é conectado a um sistema de potência elétrica renovável (painéis solares, turbinas eólicas etc.).

[081] Outras vantagens ligadas à presença do dispositivo de desconexão são relacionadas à possibilidade de armazenamento de energia (na forma de energia de pressão) na tubulação para transporte de gás. Com referência à Figura 2, ao considerar a tubulação 18 para o transporte de gás para usuários 20, a carga 21 é um compressor (ou um trem compressor) para compressão do gás na tubulação. Durante o uso normal, a turbina a gás 3 (eventualmente com a cooperação do motor/gerador 23 como auxiliar) aciona o compressor 21 até que certo valor de pressão (valor de serviço) é alcançado na tubulação. Quando certa quantidade de gás é solicitada por um usuário 20, a pressão na tubulação diminui. Quando o valor de pressão desce abaixo de um valor de pressão pré-estabelecido, a turbina a gás é ligada e aciona o compressor.

[082] Nessa situação, quando o valor de pressão está no valor de serviço, a turbina a gás é desligada. Se o dispositivo de desconexão 14 está no modo de operação de desconexão, operar o compressor 21 por o motor elétrico 23 causa o aumento do nível de pressão na tubulação acima do valor de serviço. Portanto, quando certa quantidade de gás é exigida por um usuário 20, o momento para a turbina a gás ser operada é postergado, com economias de combustível.

[083] O aumento da pressão na tubulação pode ser considerado um armazenamento de energia de pressão. Esse armazenamento de energia é particularmente conveniente quando o custo da potência elétrica é baixo, como durante a noite, final de semana ou se a potência elétrica vier de uma fonte elétrica renovável.

[084] A Figura 3 ilustra uma variação da turbina a gás 3 revelada na Figura 2. Os mesmos ou equivalentes componentes, partes ou elementos que na Figura 2 são indicados com os mesmos números de referência.

[085] Nesse caso, o compressor de gerador de gás 9 é fornecido com palhetas de guia de entrada móveis mostradas esquematicamente em 16. As palhetas de guia de entrada móveis 16 podem ser controladas para modificar a taxa de fluxo de entrada de ar dependendo das condições de operação da turbina a gás e da carga acionada pela mesma. Ao contrário da realização descrita previamente da Figura 2, a turbina de potência 7 não é dotada de palhetas de guia de bocal móvel.

[086] A turbina a gás 3 da Figura 3 pode ser uma turbina a gás aeroderivativa, por exemplo, tal como uma PGT25 ou uma PGT25+, disponível pela GE Oil & Gas, Florença, Itália. De acordo com a matéria da invenção, o funcionamento do sistema 1 é substancialmente o mesmo no caso da turbina a gás da Figura 2 e no caso da turbina a gás da Figura 3.

[087] Portanto, a invenção fornece também um método para operar um sistema de turbina a gás dotado de uma turbina a gás 3 e uma carga, preferencialmente pelo menos um compressor 21 disposto em uma tubulação 18 para transporte do gás para usuários 20, sendo que o compressor é acionado pela turbina a gás 3. O método fornece uma etapa de fornecer uma turbina a gás 3, uma etapa de acoplar de modo mecânico pelo menos compressor 21 à turbina a gás 3, uma etapa de acoplar de modo mecânico um gerador/motor elétrico 23 ao compressor 21, com o dito gerador/motor elétrico 23 disposto em oposição à dita turbina a gás 3 com relação ao dito compressor, uma etapa de gerar potência mecânica por meio da turbina a gás 3 e uma etapa de energizar o compressor com a potência mecânica gerada pela turbina a gás 3. Quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás 3 excede a potência mecânica exigida para acionar o compressor 21, o método fornece a etapa de operar o gerador/motor elétrico 23 em um modo de gerador, a etapa de transferir excesso de potência mecânica da turbina a gás 3 para o gerador/motor elétrico 23 e a etapa de converter o dito excesso de potência mecânica em potência elétrica no gerador/motor elétrico 23. Quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás 3 não é nula e menor que a potência exigida para acionar a carga (o que significa que a turbina não é designada), o método fornece a etapa de: operar o dito gerador/motor elétrico 23 em um modo de motor, a etapa de energizar eletricamente o gerador/motor elétrico 23, a etapa de converter potência elétrica em potência mecânica suplementar no gerador/motor elétrico 23, a etapa de transferir a potência mecânica suplementar do gerador/motor elétrico 23 para o compressor e a etapa de acionar o compressor com potência combinada gerada pela turbina a gás 3 e potência mecânica suplementar gerada pelo gerador/motor elétrico 23. Quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás 3 é nula ou a turbina a gás está desligando, o método fornece a etapa de desconectar a turbina a gás do compressor (de modo que a turbina a gás e o compressor não sejam acoplados torcionalmente e nenhuma potência mecânica seja transferida), a etapa de operar o dito gerador/motor elétrico 23 em um modo de motor, a etapa de converter potência elétrica em potência mecânica no gerador/motor elétrico, a etapa de transferir a potência mecânica do gerador/motor elétrico 23 para o compressor, a etapa de acionar o compressor com a potência mecânica gerada pelo gerador/motor elétrico.

[088] De acordo com o declarado acima, a invenção fornece também um sistema para armazenar energia de pressão em uma tubulação para gás, que compreende: pelo menos um compressor 21 disposto na tubulação 18 e projetado para comprimir o dito gás na tubulação 18, uma turbina a gás 3 configurada e disposta para acionar o dito pelo menos um compressor 21, um gerador/motor elétrico 23 conectado eletricamente a uma rede de potência elétrica G, um primeiro acoplamento de carga que conecta 17 a 19 a turbina a gás 3 ao dito pelo menos um compressor, um segundo acoplamento de carga 22 que conecta o compressor 21 ao gerador/motor elétrico 23, sendo que o gerador/motor elétrico é adaptado para funcionar como um gerador para converter excesso de potência mecânica da dita turbina a gás em potência elétrica e distribuir a potência elétrica para a rede de potência elétrica e como um motor para suplementar potência de acionamento ao dito pelo menos um compressor. Desse modo, o sistema compreende um dispositivo de desconexão para desconectar de modo reversível o compressor 21 da turbina a gás 3, de modo que o dito pelo menos um compressor possa ser acionado somente pelo dito motor. O sistema fornece uma fase de desconexão do compressor da turbina a gás e uma fase subsequente de compressão do gás na tubulação 18 ao operar o compressor 21 somente por meio do motor elétrico 23. O gás é comprimido para um valor de pressão na tubulação acima do valor de serviço do gás na tubulação.

[089] Embora as realizações da presente invenção terem sido mostradas nos desenhos e completamente descritas acima com particularidade e em detalhes em conexão com diversas realizações, será evidente para aquelas pessoas de conhecimento comum na técnica que muitas modificações, alterações e omissões são possíveis sem materialmente se desviar dos novos ensinamentos, princípios e conceitos configurados anteriormente no presente documento e vantagens da matéria descrita nas reivindicações em anexo. Assim, o próprio escopo das inovações deveria ser determinado apenas pela interpretação mais ampla das reivindicações anexas de modo a englobar todas as tais modificações, alterações e omissões. Adicionalmente, a ordem ou sequência de quaisquer etapas de processo ou método pode variar ou ser resequenciada de acordo com realizações alternativas.

Claims

1. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1) PARA ACIONAR UMA CARGA (21), caracterizado por compreender: uma turbina a gás (3) configurada e disposta para acionar a carga (21), em que a turbina a gás (3) compreende um gerador de gás (5) que inclui um rotor de gerador de gás (9R, 11R), e uma turbina de potência (7) que inclui um rotor de turbina de potência (7R), sendo que o rotor (7R) da turbina de potência (7) é separado mecanicamente, ou não acoplado torcionalmente, ao rotor de gerador de gás (9R, 11R); um gerador/motor elétrico (23) conectado eletricamente a uma rede de potência elétrica (G), um primeiro acoplamento de carga (19) que conecta a turbina de potência (7) à carga (21), um segundo acoplamento de carga (22) que conecta a carga (21) ao gerador/motor elétrico (23), um conversor de frequência conectado entre o gerador/motor elétrico (23) e a rede de potência elétrica (G), sendo que o conversor de frequência é configurado e controlado para condicionar a frequência elétrica da rede de potência elétrica (G) para o gerador/motor elétrico (23) e do gerador/motor elétrico (23) para a rede de potência elétrica (G); sendo que o gerador/motor elétrico (23) é adaptado para funcionar como um gerador para converter excesso de potência mecânica da turbina a gás (3) em potência elétrica e distribuir a potência elétrica para a rede de potência elétrica (G) e como um motor para acionar de modo suplementar potência à carga (21), e sendo que o sistema de acionamento (1) compreende um dispositivo de desconexão (14) para desconectar de modo reversível a carga (21) da turbina a gás (3), de modo que a carga (21) possa ser acionada somente pelo motor.

2. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela desconexão ou conexão feita pelo dispositivo de desconexão (14) ser configurada para ser operada manualmente por um operador ou automaticamente por uma motorização.

3. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo dispositivo de desconexão (14) compreender uma embreagem entre a carga (21) e a turbina de potência (7).

4. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo dispositivo de desconexão (14) compreender um acoplamento removível ou um conversor de torque hidráulico.

5. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo segundo acoplamento (22) ser disposto em oposição ao primeiro acoplamento (19) com relação à carga (21), de modo que a carga (21) é disposta entre a turbina a gás (3) e o gerador/motor elétrico (23).

6. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pela carga (21) compreender pelo menos um compressor.

7. SISTEMA DE ACIONAMENTO, (1) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo acoplamento direto ser fornecido entre o pelo menos um compressor (21) e o gerador/motor elétrico (23); preferencialmente o pelo menos um compressor (21) e o gerador/motor elétrico (23) têm um eixo comum.

8. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por entre o pelo menos um compressor (21) e o gerador/motor elétrico (23) ser fornecido um acoplamento que compreende uma embreagem.

9. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo gerador de gás (5) ser dotado de um compressor (9), uma câmara de combustão (13) e uma turbina de alta pressão (11); o rotor de gerador de gás (9R) que inclui um primeiro rotor (9R) do compressor (9) e um segundo rotor (11R) da turbina de alta pressão (11), sendo que o primeiro rotor (9R) do compressor (9) e o segundo rotor (11R) da turbina de alta pressão (11) são montados em um eixo comum (6).

10. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela turbina de potência (7) ser dotada de palhetas de guia de bocal móvel (15) que podem ser usadas para modificar as condições de fluxo do gás de combustão que entra na turbina de potência (7) a partir do gerador de gás (5).

11. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo gerador de gás compressor (9) ser fornecido com palhetas de guia de entrada móveis (15) controladas para modificar a taxa de fluxo de entrada de ar dependendo das condições de operação da turbina a gás (3) e da carga (21) acionada.

12. SISTEMA DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo gerador/motor elétrico (23) ser do tipo conversor de frequência (VFD).

13. MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TURBINA A GÁS, dotado de uma turbina a gás (3) e uma carga (21) acionada pela turbina a gás (3), caracterizado por compreender: fornecer uma turbina a gás (3), em que a turbina a gás (3) compreende um gerador de gás (5) que inclui um rotor de gerador de gás (9R, 11R), e uma turbina de potência (7) que inclui um rotor de turbina de potência (7R), sendo que o rotor (7R) da turbina de potência (7) é separado mecanicamente, ou não acoplado torcionalmente, ao rotor de gerador de gás (9R, 11R); acoplar de modo mecânico uma carga (21) a turbina de potência (7), acoplar de modo mecânico um gerador/motor elétrico (23) a carga (21), com o gerador/motor elétrico (23) disposto em oposição a turbina a gás (3) com relação à carga (21), um conversor de frequência conectado entre o gerador/motor elétrico (23) e a rede de potência elétrica (G), sendo que o conversor de frequência é configurado e controlado para condicionar a frequência elétrica da rede de potência elétrica (G) para o gerador/motor elétrico (23) e do gerador/motor elétrico (23) para a rede de potência elétrica (G); gerar potência mecânica por meio da turbina a gás (3), energizar a carga (21) com a potência mecânica gerada pela turbina a gás (3), quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás (3) excede a potência mecânica exigida para acionar a carga (21): operar o gerador/motor elétrico (23) em um modo de gerador; transferir excesso de potência mecânica da turbina a gás (3) para o gerador/motor elétrico (23); converter o excesso de potência mecânica em potência elétrica no gerador/motor elétrico (23); e transferir a potência elétrica gerada para a rede de potência elétrica (G); quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás (3) não é nula e menor do que a potência exigida para acionar a carga (21): operar o gerador/motor elétrico (23) em um modo de motor; energizar eletricamente o gerador/motor elétrico (23) pela rede de potência elétrica (G); converter potência elétrica em potência mecânica suplementar no gerador/motor elétrico (23); transferir a potência mecânica suplementar do gerador/motor elétrico (23) à carga (21); acionar a carga com potência combinada gerada pela turbina a gás (3) e potência mecânica suplementar gerada pelo gerador/motor elétrico (23); quando a potência mecânica gerada pela turbina a gás (3) é nula ou a turbina a gás (3) está desligando: desconectar a turbina a gás (3) da carga (21); operar o gerador/motor elétrico (23) em um modo de motor; converter potência elétrica em potência mecânica no gerador/motor elétrico (23); transferir a potência mecânica do gerador/motor elétrico (23) para a carga (21); acionar a carga (21) com a potência mecânica gerada pelo gerador/motor elétrico (23).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela carga (21) compreender pelo menos um compressor, em que o pelo menos um compressor comprime gás em uma tubulação.