MXPA06000078A - Sistema y metodo de generacion de energia electrica - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema para generar energía eléctrica para el suministro a una carga, que comprende:un motor de respiración de aire 20 que se comunica mecánicamente con un eje movible 24, el motor estando estructurado y dispuesto para recibir una mezcla de aire y combustible y someter a combustión la mezcla, de manera que la mezcla se expanda y cree energía mecánica que se utilice para accionar el eje;un sistema de combustible 32 acoplado con el motor y que puede hacerse operar para suministrar combustible al motor, el sistema de combustible teniendo capacidad de respuesta a una señal de control de combustible para hacer variar el caudal de combustible al motor;por lo menos un sensor 74 que puede hacerse operar para medirpor lo menos una variable termodinámica asociada con el motor que es indicativa de una eficiencia termodinámica relativa del motor;un generador eléctrico 30 acoplado con el eje 24, de modo que el movimiento del eje 24 por parte del motor 20 provoca que el generador 30 opere para crear una corriente eléctrica alterna, el motor 20, el eje 24 y el generador 30 encontrándose conectados de modo que un cambio en la velocidad del generador 30 provoca un cambio correspondiente en la velocidad del motor 20 y, por lo tanto, un cambio en el caudal de aire a través del motor;un sensor de energía de generador 72 que puede hacerse operar para medir la salida de energía del generador 30;un sensor de energía de carga que puede hacerse operar para medir la energía demandada por la carga, caracterizado porque:una unidad de electrónica de energía 60, 70 se acopla con el generador 30 para recibir la corriente eléctrica alterna desde ese lugar, la unidad de electrónica de energía 60, 70 pudiéndose operar para sintetizar un voltaje y corriente de salida alterna a una frecuencia predeterminada y fase relativa para el suministro a la carga;y un controlador 40 se conecta de manera operativa con el sistema de combustible 32, con el por lo menos un sensor de motor 74, con la unidad de electrónica de energía 60, 70, con el sensor de energía de generador 72 y con el sensor de energía de carga, el controlador 40 pudiéndose operar para controlar el sistema de combustible 32 de modo que se provoque que la salida de energía del sistema coincida básicamente con la energía demandada por la carga y, al mismo tiempo, que se controle eléctricamente el generador 30 a través de la regulación de la unidad de electrónica de energía 60, 70, de manera que se regule la velocidad del generador 30 y se controle de ese modo el caudal de aire a través del motor 20 de tal modo que la proporción de combustible/aire de la mezcla sometida a combustión en el motor se controle para maximizar de forma sustancial la eficiencia termodinámica relativa del motor.

Description

WO 2005/003521 Al I lllll lllll lili 11 III» II lllll II lll II»! lllil lili lili Published: For two-letter codes and o?ier abbreviations. refer lo the "Guid¬ — with intemational search repon ance Notes on Codes andAbbreviations" appearing al ihe begin- — before tlie. expiralion of ¡he lime lirnil for amending the ning ofeach regular issue ofthe. PCT Gazette. claims and to be republished in the event of receipt of amendments SISTEMA Y MÉTODO DE GENERACIÓN PE ENERGÍA ELÉCTRICA CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la generación de energía eléctrica utilizando un motor de respiración de aire para controlar un generador, que produce corriente eléctrica para el suministro a una carga. En modalidades particulares, la ¡nvención se refiere a la generación de energía eléctrica utilizando un generador accionado por medio de un motor de turbina pequeño.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La generación de energía distribuida es un concepto que ha sido objeto de gran discusión a lo largo de los años, aunque a la fecha no se ha logrado un desarrollo generalizado de los sistemas de generación distribuida. La generación distribuida significa el uso de sistemas pequeños de generación de energía eléctrica ubicados en los sitios en donde se requiere la energía y, por lo tanto, debe diferenciarse del sistema de la red de distribución de energía tradicional, en donde una gran planta de energía central produce energía que se transmite entonces a lo largo de distancias sustanciales a una pluralidad de usuarios a través de un sistema de líneas de transmisión de energía que comúnmente se denomina red de distribución. En contraste con las plantas de energía convencionales operadas por medio de redes de distribución de energía, que con frecuencia pueden producir varios megavatios de energía, los sistemas de generación distribuida generalmente tienen una capacidad menor a dos megavatios y, de manera más general, dentro de la escala de 60 a 600 kilovatios. El hecho de que la generación distribuida no haya logrado alcanzar un desarrollo generalizado puede atribuirse fundamentalmente al costo. En la mayoría de las áreas de Estados Unidos y, de hecho en gran parte del mundo, simplemente ha resultado más económico que la mayoría de los usuarios adquieran energía de una red de distribución que invertir y operar un sistema de generación distribuida. Un factor importante que determina el costo relativamente alto de la energía de ios sistemas de generación distribuida ha sido la relativamente baja eficiencia de los motores pequeños utilizados en dichos sistemas, particularmente en condiciones de operación de carga parcial. De forma típica, el generador en un sistema de generación distribuida es controlado por un pequeño motor de turbina, frecuentemente denominado microturbina o miniturbina, dependiendo del tamaño. Un motor de turbina generalmente comprende un combustor para someter a combustión combustible y mezcla de aire para producir gases calientes convirtiendo la energía química del combustible en energía calorífica, una turbina que expande los gases calientes para hacer girar un eje en el que se encuentra montada la turbina, así como un compresor montado sobre o acoplado con el eje y que puede hacerse operar para comprimir el aire que es suministrado al combustor. Dada la relativamente baja cantidad de energía eléctrica requerida de un sistema de generación distribuida, el motor de turbina es igualmente pequeño. Por razones relacionadas con la aerodinámica que se produce dentro del motor y en virtud de otras razones, la eficiencia de un motor de turbina tiende a reducirse mientras más pequeño es el tamaño del motor. De conformidad con ello, las microturbinas y miniturbinas presentan automáticamente una desventaja de eficiencia con respecto a los motores de mayor tamaño. Adicionalmente, independientemente del tamaño, la eficiencia de carga parcial de un motor de turbina es notoriamente mala, generalmente debido a la forma particular en la que el motor es operado en condiciones de carga parcial. Más particularmente, es un caso típico en los motores de turbina que la temperatura de entrada de turbina, que básicamente representa la temperatura pico del líquido operante en el ciclo del motor, cae a medida que la salida de energía del motor se reduce por debajo del punto de "diseño". El punto de- diseño generalmente es una condición de carga con una capacidad del 100 por ciento y el motor generalmente está diseñado para que su eficiencia pico ocurra básicamente en el punto de diseño. Es bien sabido que la principal variable que influye sobre la eficiencia del ciclo termodinámico de un motor es la temperatura pico del líquido operante. Todo lo demás siendo igual, mientras mayor es la temperatura pico, mayor es la eficiencia; de manera inversa, mientras menor es la temperatura pico, menor es la eficiencia. Por lo tanto, si al operar en una condición de carga parcial, el motor es controlado de tal manera que la temperatura efectiva pico del líquido operante en el ciclo (es decir, la temperatura de entrada de turbina) es básicamente menor a aquella en el punto de diseño, la eficiencia del motor tiende a mermarse a un grado sustancial. En algunas turbinas de gas de la técnica anterior, particularmente los motores de turbina de gas de aeronaves para propulsión y las turbinas de gas grandes para sistemas generadores eléctricos de velocidad constante, se han utilizado sistemas de geometría variable en condiciones de carga parcial para reducir el caudal de aire, de modo que la eficiencia del motor no se vea mermada de forma indebida. Por ejemplo, se han utilizado alabes guía de entradas variables (IGVs, por sus siglas en inglés) en compresores de flujo axial. En condiciones de carga parcial, los IGVs se cierran para reducir el caudal de aire para una velocidad de compresor dada. En el caso de los compresores radiales, los alabes de estator se han hecho variables en ocasiones para lograr un efecto similar. En otros casos más, las boquillas o alabes de turbina de primera etapa variables se han empleado para controlar la velocidad de la turbina y, por lo tanto, la velocidad del compresor, de manera que se controle el caudal de aire. Dichos sistemas de geometría variable son costosos y los cojinetes y otros componentes removibles son propensos al desgaste, haciendo así que estos sistemas no resulten prácticos para los sistemas de generación de energía eléctrica que deben encontrarse disponibles para el servicio durante un alto porcentaje de horas al día, deben ser capaces de operar básicamente de manera continua si se requiere y deben también ser capaces de responder con rapidez a los cambios de energía requeridos por la carga que está suministrándose. Adicionalmente, los mecanismos de geometría variable no resultan prácticos para implementarse en microturbinas y miniturbinas debido al pequeño tamaño del motor. Por lo tanto, existe la necesidad de contra con una alternativa a los métodos de geometría variable para optimizar el desempeño del motor en condiciones de carga parcial. Las emisiones (incluyendo, aunque sin limitarse a ellos, los óxidos de nitrógeno, hidrocarburos no sometidos a combustión y monóxido de carbono) representan otro aspecto de la generación distribuida que ha demostrado ser un reto. En general, para una salida de energía dada, las emisiones de NOx tienden a reducirse o minimizarse al minimizarse la temperatura de combustión del combustible (también conocida como temperatura de flama) que, en general, es mayor a la temperatura termodinámica pico (temperatura de entrada de turbina), reduciendo de este modo la producción de óxidos de nitrógeno sin afectar de forma adversa la eficiencia. El principal método para reducir la temperatura de flama es premezclar el combustible y el aire antes de que la zona de combustión produzca una mezcla con una proporción relativamente alta de combustible con respecto al aire, es decir una mezcla ligera. El premezclado asegura también que la temperatura a lo largo de la zona de flama sea casi uniforme sin puntos calientes que puedan conducir a la producción local de NOx. Sin embargo, a medida que la mezcla se hace más ligera, se incrementan el monóxido de carbono (CO, por sus siglas en inglés), hidrocarburo no sometido a combustión (UHC, por sus siglas en inglés), así como las fluctuaciones de presión. Estas tendencias continúan y la zona de flama se hace más instable a medida que la mezcla se hace aún más ligera, hasta que se alcanza el límite de extinción de ligereza. Para cualquier mezcla que sea más ligera que este límite, no puede mantenerse flama alguna. En la práctica, las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburo no sometido a combustión y/o las pulsaciones de presión se vuelven inaceptablemente altas antes de que se alcance el límite de extinción de ligereza. El límite de extinción de ligereza puede ser desplazado a regímenes más ligeros incrementando la temperatura de entrada al combustor y utilizando la combustión catalítica. El uso de la combustión catalítica incrementa considerablemente el régimen de operación para la combustión premezclada ligera, produciendo una emisión muy baja de NOx, así como emisiones de CO y UHC aceptables y básicamente ninguna pulsación de presión. Sin embargo, la combustión catalítica introduce otra restricción en la operación denominada el límite de actividad catalítica inferior. La temperatura de entrada al combustor catalítico debe mantenerse por arriba de este límite para mantener la combustión catalítica. En muchas microturbinas convencionales, el control de motor es tal que, en condiciones de carga parcial, la temperatura de entrada del combustor tiende a caer y la mezcla de aire/combustible se hace más ligera. En el caso de la combustión premezclada ligera convencional, esto tiende a producir mayores emisiones. En el caso de la combustión catalítica, la temperatura descendiente de entrada del combustor puede conducir a que no logre mantenerse la combustión catalítica. En la práctica, los combustores catalítico y ligero premezclado son capaces de operar únicamente a través de una porción de la escala de carga de la turbina de gas debido a la temperatura de entrada descendiente de los combustores y las cada vez más ligeras condiciones que prevalecen a medida que se reduce la carga. En algunos casos se han utilizadores prequemadores antes de los combustores para disparar la temperatura de entrada del combustor. Adicionalmente, se han utilizado combustores de geometría variable en los que una porción del aire es desviada en torno al combustor para mantener la proporción de combustible/aire en un nivel que permita la estabilidad operativa. La solución de prequemado plantea un costo de confiabilidad dado que el exceso de temperatura u otra disfunción del prequemador pueden dañar el quemador principal y también se suma al costo del sistema. Además, impone un costo de operación como resultado de la pérdida de presión que se produce a través del prequemador. Esta pérdida de presión es experimentada incluso cuando el prequemador no se encuentra en uso. La geometría variable puede aplicarse para eliminar el costo de pérdida de presión además de su uso para mantener la proporción de combustible/aire. Sin embargo, las soluciones de geometría variable son costosas, complicadas y propensas al desgaste excesivo, una confiabilidad descendente y crecientes costos de mantenimiento.

Para muchos usuarios potenciales, estos factores se han combinado para hacer que la generación de energía eléctrica a través de sistemas de generación distribuida sea menos atractiva que adquirir energía de grandes redes de distribución de energía.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención aborda las necesidades anteriores y logra otras ventajas proveyendo un sistema y método de generación de energía eléctrica en donde, bajo cualquier condición de operación, para una salida de energía dada, la eficiencia del motor se optimiza considerablemente controlando el caudal de aire a través del motor, de tal manera que la proporción de combustible/aire se controla para mantener una temperatura pico alta impartida al líquido operante en el motor. El método y sistema de la invención eliminan la necesidad de contra con mecanismos de geometría variable en el motor, eliminan la necesidad de contar con combustores de geometría variable y también minimizan la necesidad de contar con prequemadores. La invención es aplicable a distintos tipos de motores de respiración de aire que operan bajo proporciones bajas de combustible/aire incluyendo, aunque sin limitarse a ello, los motores giratorios como los motores de turbina y los motores de vaivén como los motores libres de pistón. De conformidad con un aspecto del método de la invención, se provee un método para mejorar la eficiencia de carga parcial de un motor de respiración de aire en un sistema generador de energía eléctrica. El sistema tiene un eje movible que se comunica mecánicamente con el motor y un sistema de combustible acoplado con el motor y que puede hacerse operar para suministrar combustible al motor a un caudal de combustible controlado. El motor está diseñado de manera que la eficiencia termodinámica pico del motor coincida sustancialmente con una condición de operación de carga del 100 por ciento del motor. El sistema incluye un generador eléctrico acoplado con el eje de manera que el movimiento del eje a través del motor hace que el generador opere para crear una corriente eléctrica alterna y el motor, eje y generador se encuentran conectados de modo que un cambio en la velocidad del generador provoca un cambio correspondiente en la velocidad del motor y, por lo tanto, un cambio en el caudal de aire a través del motor. El método comprende los pasos de hacer operar el motor bajo una condición de carga parcial, así como controlar la velocidad del generador bajo la condición de carga parcial de modo que se controle el caudal de aire a través del motor, al mismo tiempo que se controla simultáneamente el caudal de combustible al motor para controlar la proporción de combustible/aire, de tal modo que una temperatura cíclica pico del motor es básicamente la misma que la temperatura cíclica pico correspondiente a la condición de operación de carga del 100 por ciento. En otras palabras, no se permite que la temperatura cíclica caiga en ningún grado sustancial al reducir la carga por debajo de la condición de carga del 100 por ciento (aunque bajo condiciones de carga muy baja puede permitirse que la temperatura cíclica pico caiga, tal y como se describe con mayor detalle más adelante). Esto se logra controlando la proporción de combustible/aire, fundamentalmente a través del control del caudal de aire por medio del motor. Dado que el caudal de aire es una función de la velocidad del motor, el caudal de aire puede ser controlado controlando la velocidad del generador. En una modalidad, el paso de controlar la velocidad del generador comprende controlar un nivel de corriente eléctrica corriente abajo del generador. Esto puede lograrse convirtiendo la corriente alterna del generador en una corriente directa y convirtiendo entonces la corriente directa en una corriente alterna a una frecuencia fija independiente de la velocidad del generador. La corriente alterna de frecuencia fija sería entonces suministrada a la carga. Utilizando el control de corriente activo en la conversión de corriente alterna (AC, por sus siglas en inglés) a corriente directa (DC, por sus siglas en inglés), el nivel de corriente directa es controlado de modo que se controle la velocidad del generador. Por ejemplo, a un caudal de combustible básicamente constante, al reducir la corriente directa, se produce una reducción de la carga en el eje y, por lo tanto, el generador se acelera de modo que el voltaje de salida se incremente para mantener un equilibrio energético general. De forma inversa, incrementar la corriente directa incrementa la carga en el eje de modo que el generador se desacelere. Cuando se emplea un generador devanado con un sistema de excitación, el control de la velocidad del generador puede lograrse por lo menos parcialmente controlando el sistema de excitación. Alternativamente, la velocidad del generador devanado puede ser controlada controlando el convertidor de AC/DC como se ha indicado anteriormente o puede utilizarse una combinación de controlar el sistema de excitación y controlar el convertidor de AC/DC. En otra modalidad de la invención, se utiliza un recuperador para precalentar el aire que se mezcla con el combustible o para precalentar la mezcla de aire-combustible. El recuperador provoca el intercambio térmico entre el aire o mezcla y los gases de salida descargados desde el motor. Bajo condiciones de carga parcial muy baja, si la temperatura cíclica pico se mantuviera en el mismo nivel que el punto de carga al 100 por ciento, la temperatura de los gases de salida que se introducen al recuperador podría superar un valor máximo permitido (dictado por límites materiales, por ejemplo). De conformidad con ello, de conformidad con la invención, bajo dichas condiciones, la velocidad del generador es controlada de modo que se controle el caudal de aire a través del motor y se controle de esta manera la proporción de combustible/aire, de tal modo que se permita que la temperatura cíclica pico caiga por debajo de la temperatura cíclica pico correspondiente a la condición de operación de carga al 100 por ciento. De conformidad con ello, la temperatura de los gases de salida que se introducen en el recuperador no supera el valor máximo permitido predeterminado. En otro aspecto de la invención, el combustible se somete a combustión en un combustor catalítico que tiene una temperatura de entrada mínima predeterminada requerida para mantener una reacción catalítica en el combustor. En muchos esquemas de control de motor convencionales, la temperatura de entrada del combustor tiende a caer a medida que la carga del motor se reduce por debajo de la condición de carga al 100 por ciento. De conformidad con ello, resulta posible que la temperatura caiga por debajo de la temperatura mínima requerida para la reacción catalítica. De conformidad con la invención, la proporción de combustible/aire es controlada de tal manera, bajo condiciones de carga parcial, que una temperatura de entrada al combustor es por lo menos tan grande como la temperatura de entrada mínima predeterminada. En una modalidad, la proporción de combustible/aire es controlada de tal manera que la temperatura de entrada al combustor, bajo una condición de carga parcial, es mayor a la temperatura de entrada, al combustor bajo la condición de carga al 100 por ciento. Un sistema para generar energía eléctrica para el suministro a una carga, de conformidad con una modalidad de la invención, incluye un motor de respiración de aire que se comunica mecánicamente con un eje movible. Un generador eléctrico se acopla con el eje de modo que el movimiento del eje por medio del motor provoca que el generador opere para crear una corriente eléctrica alterna. El motor, eje y generador se conectan de tal manera que un cambio en la velocidad del generador provoca un cambio correspondiente en la velocidad del motor y, por lo tanto, un cambio en el caudal de aire a través del motor. El sistema incluye también un sistema de combustible acoplado con el motor y que puede hacerse operar para suministrar combustible al motor, el sistema de combustible teniendo capacidad de respuesta en relación con una señal de control de combustible para variar un caudal de combustible al motor, así como por lo menos un sensor de motor siendo operable para medir por lo menos una variable termodinámica asociada con el motor que es indicativa de una eficiencia termodinámica relativa del motor. Una unidad de electrónica de energía se acopla con el generador para recibir la corriente eléctrica alterna desde ese lugar y sintetizar una corriente de salida alterna a una frecuencia predeterminada para el suministro a la carga. La unidad de electrónica de energía en una modalidad comprende un modulo de AC/DC estructurado y dispuesto para operar a través de corriente eléctrica alterna desde el generador, de modo que se produzca una corriente directa no alterna a un voltaje no alterna, así como un módulo de DC/AC estructurado y dispuesto para operar a través de la corriente directa no alterna, de manera que se sintetice un voltaje y corriente de salida alterna a una frecuencia predeterminada y fase relativa para el suministro a la carga. En una modalidad, el modulo de AC/DC puede tener capacidad de respuesta para que una señal de control de corriente varíe el nivel de la corriente directa no alterna independientemente de la corriente eléctrica alterna del generador. El sistema ¡ncluye también un sensor de energía de generador que puede hacerse operar para medir la salida de energía del sistema, así como un sensor de cargo que puede hacerse operar para medir la energía demandada por la carga. Un controlador se conecta de forma operativa con el sistema de combustible, con el por lo menos un sensor de motor, con la unidad de electrónica de energía, con el sensor de energía de generador y con el sensor de energía de carga. El controlador puede hacerse operar para controlar el sistema de combustible, de modo que provoque que la salida de energía del sistema coincida básicamente con la energía demandada por la carga y, al mismo tiempo, controle la velocidad del generador de manera que controle la velocidad del motor (y, por lo tanto, el caudal de aire), de tal modo que la proporción de combustible/aire de la mezcla sometida a combustión en el motor se controle para maximizar de forma sustancial la eficiencia termodinámica relativa del motor. El control de la velocidad del generador puede lograrse controlando el nivel de corriente directa no alterna del módulo de AC/DC de la unidad de electrónica de energía, en el caso de un módulo de AC/DC activamente controlable. En otra modalidad en la que el generador es un generador devanado que tiene un sistema de excitación, el sistema de control puede hacerse operar para controlar el sistema de excitación, de modo que se controle la velocidad del generador y, por lo tanto, el caudal de aire. En un sistema como aquel descrito anteriormente, otro método de conformidad con la invención comprende los pasos de: determinar una energía demandada por la carga; medir por lo menos una variable termodinámica asociada con el motor que es indicativa de una eficiencia termodinámica relativa del motor; controlar el suministro de combustible para suministrar combustible al motor a un caudal de combustible controlado, de tal modo que la salida de energía eléctrica del sistema coincida básicamente con la energía demandada por la carga; y controlar el caudal de aire a través del motor independientemente de la salida de energía eléctrica del sistema, de manera que se controle la proporción de combustible/aire de la mezcla sometida a combustión en el motor, de tal modo que se optimice de forma sustancial la eficiencia termodinámica del motor, la mismo tiempo que se hace coincidir básicamente la energía demandada por la carga, el caudal de aire siendo controlado controlando eléctricamente la velocidad del generador y, por lo tanto, el caudal de aire a través del motor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DISTINTAS VISTAS DE LOS DIBUJOS Habiendo descrito de este modo la invención en términos generales, ahora se hará referencia a los dibujos anexos, que no están necesariamente dibujados a escala y en donde: La figura 1 es una vista diagramática de un sistema de generación de energía eléctrica de conformidad con una modalidad de la ¡nvención. La figura 2 es una gráfica de temperaturas en distintos puntos del motor como funciones de la carga de generador relativa, comparando un método de control de la técnica anterior (líneas punteadas) con un método de control de conformidad con una modalidad de la invención (líneas continuas). Y la figura 3 es una gráfica de la proporción de combustible/aire en comparación con la carga de generador relativa, comparando un método de control de la técnica anterior (línea punteada) con un método de control de conformidad con una modalidad de la invención (línea continua).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las presentes invenciones se describirán con más detalle a continuación haciendo referencia a los dibujos anexos en donde se muestran algunas, aunque no la totalidad, de las modalidades de la invención. De hecho, estas invenciones pueden tomar muchas formas de modalidades distintas y no deben interpretarse como limitadas a las modalidades establecidas en la presente. En lugar de ello, estas modalidades se proveen de modo que la descripción satisfaga los requerimientos legales aplicables. Números similares se refieren a elemento similares a lo largo de la misma. Un sistema de generador eléctrico 10 de conformidad con una modalidad de la invención se muestra esquemáticamente en la figura 1. El sistema ¡ncluye un motor de respiración de aire 20 que somete a combustión una mezcla de combustible y aire para producir gases de combustión calientes que se expanden entonces para crear energía mecánica. En la modalidad ilustrada, el motor comprende un motor de turbina que tiene un compresor 22 montado sobre un extremo de un eje giratorio 24, una turbina 26 montada sobre el otro extremo del eje y un combustor 28 para someter a combustión la mezcla de combustible /aire. El combustor puede ser de distintos tipos incluyendo, aunque sin limitarse a ello, uno de flama de difusión, catalítico, ligero premezclado y otros. Una mezcla de combustible y aire se suministra al combustor. El aire es primero presurizado por el compresor. La mezcla de combustible/aire se somete a combustión en el combustor y los gases de combustión calientes se suministran a la turbina, que expande los gases, provocando que la turbina sea controlada de forma giratoria. A su vez, la turbina hace girar el eje, que controla el compresor. El sistema ¡ncluye un generador eléctrico 30 en comunicación con el eje 24, de tal modo que el movimiento del eje hace que sea controlado el generador. En la modalidad ilustrada, en la que el eje es giratorio, el generador es de igual modo giratorio y el movimiento giratorio del eje es impartido al generador. El generador puede montarse directamente sobre o conectarse con e eje, de modo que existe una relación de velocidad uno a uno entre el eje y el generador o, alternativamente, el generador y eje pueden conectarse a través de un tren de engranaje u otro similar, de manera que exista una relación de velocidad distinta. También es posible que el eje sea de vaivén en lugar de giratorio y que el generador sea bien de vaivén o giratorio. En cualquier caso, la velocidad a la que el generador opera dicta la velocidad del eje y, por lo tanto, la velocidad a la que opera el motor. El generador 30 puede ser de distintos tipos, incluyendo generadores de ¡manes permanentes, generadores devanados o combinaciones de los mismos. El generador produce un voltaje y corriente eléctrica alternos. Como se describe con más detalle a continuación, en la modalidad ¡lustrada, la corriente eléctrica alterna del generador es operada por electrónica de energía para producir un voltaje y corriente de salida alternos a una frecuencia fija predeterminada y relación de fase para el suministro a una carga. El sistema 10 incluye también un sistema de combustible para suministrar combustible al combustor 28. El sistema de combustible generalmente incluye una bomba de combustible (no mostrada) y una válvula de medición de combustible 32 que puede controlarse por medio de una señal de control 34 adecuada, de modo que se controle el caudal de combustible. Un sistema de control 40 se conecta con la válvula de medición de combustible 32 para controlar su operación. El sistema de control también realiza otras funciones, según se describe con mayor detalle más adelante. El sistema 10 puede incluir también un recuperador opcional 50 que comprende un intercambiador térmico para transferir calor de los gases de salida del motor 52 al aire comprimido 54 descargado desde el compresor 22 antes de que el aire sea suministrado al combustor. El recuperador captura parte del calor de desecho que de otro modo se perdería y lo utiliza para precalentar el aire de combustión y, de ese modo, incrementar la eficiencia general del motor, como se sabe en la técnica. Como se ha indicado, el sistema 10 incluye también electrónica de energía. En la modalidad ilustrada, la electrónica de energía comprende un convertidor de AC/DC 60 y un módulo de DC/AC o inversor 70. El convertidor de AC/DC 60 puede comprender cualquier convertidor adecuado que pueda hacerse operar para convertir la corriente eléctrica alterna producida por el generador, que puede variar en frecuencia a medida que varía la velocidad del generador, en una corriente directa no alterna y, adicionalmente, que pueda hacerse operar en un modo de control de corriente para controlar el nivel de corriente directa, independientemente de las características de la corriente de entrada alterna (dentro de ciertos límites). Dicho control de corriente activo generalmente se base en esquemas de modulación de ancho de pulsación (PWM, por sus siglas en inglés) que utilizan dispositivos de conmutación de semiconductores que realizan operaciones de conmutación a una alta frecuencia y permiten que la corriente pase de forma efectiva solamente durante una porción de cada periodo de la forma de onda de la corriente de entrada. Esta "ventana de tiempo" durante la cual se permite que la corriente pase puede hacerse variar en cuanto a duración, de modo que se varíe la salida de corriente "promedio" desde el convertidor. El modulo de DC/AC o inversor 70 procesan entonces la salida del convertidor de AC/DC 60, de manera que se sintetice una corriente de salida alterna a una frecuencia fija. En muchos países, la frecuencia estándar de la derivación principal es de 60 ciclos por segundo, mientras que en otros países es de 50 ciclos por segundo. La frecuencia de salida del inversor se selecciona para coincidir con la frecuencia estándar de la derivación principal utilizada en la ubicación particular en la que el sistema 10 debe hacerse operar. El sistema 10 incluye también una serie de sensores conectados con el sistema de control 40 para medir distintos parámetros. Por ejemplo, un medidor de energía de salida 72 se dispone para medir qué tanta energía eléctrica está siendo administrada por el sistema. Uno o más sensores de motor 74 monitorean una o más termodinámicas variables asociadas con el ciclo del motor. Las termodinámicas variables se utilizan para determinar cuándo el motor está operando en su "mapa", es decir, si el motor está operando en o cerca de su punto de diseño o si está operando fuera del mismo. Por ejemplo, puede utilizarse un sensor de temperatura de entrada de turbina para medir la temperatura de entrada de turbina. Como se indicado anteriormente, la temperatura de entrada de turbina representa la temperatura pico del líquido operante en el motor y generalmente se correlaciona con la eficiencia general del motor. Por lo tanto, al medir la temperatura de entrada de turbina junto con otros parámetros, es posible deducir una eficiencia termodinámica relativa del motor. Un sensor 76 mide una temperatura de entrada hacia el recuperador 50 en el flujo de gas de escape. Bajo condiciones de carga parcial, si el motor no se encuentra controlado de forma apropiada, la temperatura de entrada hacia el recuperador podría superar el nivel máximo permitido dictado por los límites materiales. De conformidad con ello, el sistema de control se encuentra conectado ventajosamente con el sensor 76 para monitorear la temperatura de entrada del recuperador, mientras que el sistema de control ajusta el caudal de aire a través del motor para evitar que la temperatura supere el límite material, al mismo tiempo que se mantiene la temperatura de entrada de turbina lo más alta posible dentro de esta restricción adicional. Tal vez no sea necesario deducir en realidad una eficiencia termodinámica relativa, sino meramente medir uno o más parámetros que sean indicativos de la eficiencia relativa o la condición de operación del motor. Por ejemplo, como se ha indicado, se sabe que, para una salida de energía dada del motor (y, por lo tanto, una salida de energía dada desde el generador medida con el medidor de energía 72), la eficiencia del motor generalmente se optimizará maximizando la temperatura de entrada de turbina. De conformidad con ello, el control de la proporción de combustible/aire, a través del control del caudal de aire, puede realizarse de modo que se maximice la temperatura de entrada de turbina, dentro de los límites permitidos. Más particularmente, los materiales de las boquillas de entrada de turbina tienen una temperatura máxima permitida que no debe ser superada, con el fin de conservar una suficiente fuerza e integridad del material para evitar la falla de las partes. En un punto de diseño de carga del 100 por ciento, el motor generalmente se diseñaría de modo que la temperatura de entrada de turbina se encuentre en o cerca de esta temperatura máxima permitida. Para condiciones de carga más bajas, el flujo de aire puede controlarse de tal manera que la temperatura de entrada de turbina no caiga sustancialmente por debajo de aquella en el punto de diseño. Cuando el sistema incluye un recuperador 50, las consideraciones de los límites materiales en el recuperador podrían requerir de una partida de un modo de operación de esta temperatura de entrada de turbina constante. Más particularmente, bajo condiciones de carga parcial muy bajas, si la temperatura de entrada de turbina se mantuviera en el mismo nivel que el punto de carga al 100 por ciento, la temperatura de los gases de salida que se introducen al recuperador podría superar un valor máximo permitido dictado por los límites materiales del recuperador. De conformidad con ello, de conformidad con la invención, bajo dichas condiciones, la velocidad del generador puede ser controlada de modo que se controle el caudal de aire a través del motor (al mismo tiempo que se controla simultáneamente el caudal de combustible hacia el motor), de manera que se controle la proporción de combustible/aire de tal modo que se permita que la temperatura de entrada de turbina caiga por debajo de la temperatura correspondiente a la condición de operación de carga al 100 por ciento. De esta manera, puede evitarse que la temperatura de los gases de salida que se introducen en el recuperador supere el valor máximo permitido predeterminado. Por lo tanto, por ejemplo, el sistema de control 40 puede tener almacenado en la memoria un programa predeterminado de temperatura de entrada de turbina frente a una carga de generador relativa. La carga de generador relativa, que se refleja en la salida de energía medida por el medidor de energía 72, generalmente indica la carga de motor relativa y, por lo tanto, proporciona una indicación de cuándo el motor se encuentra operando en su mapa. Puede utilizarse un algoritmo de control adecuado por parte del sistema de control 40 para controlar el flujo de aire (a través del control de la velocidad del generador de algún modo adecuado, tal y como controlando la corriente DC del convertidor de AC/DC 60), de tal manera que se provoque que la temperatura de entrada de turbina coindica de forma sustancial con el valor dictado por el programa predeterminado. Este es meramente un ejemplo simplificado de un esquema de control posible, mientras que pueden utilizarse otros esquemas de conformidad con la invención. La figura 2 muestra que dicha temperatura de entrada de turbina frente al programa de carga de generador relativa podría verse como, y compara distintas temperaturas en distintos puntos en el sistema 10 (líneas continuas), con temperaturas existentes que existirían si se tomara un tipo de abordaje de control de la técnica anterior (líneas punteadas). De conformidad con la ¡nvención, bajo un valor de carga de generador relativa del 100 por ciento (es decir, el punto de diseño para el motor), la temperatura de entrada de turbina es básicamente igual a una temperatura de entrada de turbina máxima permitida de aproximadamente 1200 K. La temperatura de entrada de turbina se mantiene en este valor con respecto a una carga de generador relativa de aproximadamente 40 por ciento. En contraste, en el abordaje de control de la técnica anterior, la temperatura de entrada de turbina desciende de forma constante a medida que desciende la carga por debajo del 100 por ciento. Como consecuencia de ello, con la misma carga relativa, la eficiencia general del motor es mayor para el esquema de control de conformidad con la invención que para el esquema de control de la técnica anterior.

Con una carga relativa del 40 por ciento, puede observarse que la temperatura de salida de turbina (que es básicamente igual a la temperatura de entrada del recuperador) se ha incrementada hasta la temperatura máxima permitida del recuperador de aproximadamente 900 K. Con cargas aún más bajas, si la temperatura de entrada de turbina se mantuviera en aproximadamente 1200 K, la temperatura de salida de turbina superaría la máxima temperatura permitida del recuperador. De conformidad con ello, de conformidad con la invención, se permite que la temperatura de entrada de turbina caiga por debajo de 1200 K. Otro factor que puede influir en el programa de control surge cuando el combustor 28 es un combustor catalítico. Como se ha indicado, los combustores catalíticos tienen una temperatura de entrada mínima que debe mantenerse con el fin de mantener la reacción catalítica. En el abordaje de control de la técnica anterior, puede observarse en la figura FIG. 2 que, por debajo de una carga relativa de aproximadamente 50 por ciento, la temperatura de entrada del combustor cae por debajo de esta temperatura mínima de aproximadamente 800 K. Sin embargo, de conformidad con la ¡nvención, la temperatura de entrada del combustor se eleva de aproximadamente 800 K en el punto de carga del 100 por ciento a aproximadamente 860 K en el punto de carga del 40 por ciento. Por debajo de la carga del 40 por ciento, la temperatura de entrada del combustor permanece aproximadamente constante a aproximadamente 860 K. Por lo tanto, la invención permite que se realicen mejoras de eficiencia en condiciones de carga parcial, al mismo tiempo permite también la operación del combustor catalítico en todos los puntos de operación. La figura 3 ilustra cómo la proporción de combustible/aire se comporta tanto en el abordaje de control de la invención que utiliza el control de flujo de aire como en el abordaje de control de la técnica anterior que no utiliza el control de flujo de aire. En el caso del control de flujo, la proporción de combustible/aire generalmente es considerablemente mayor n condiciones de carga parcial que en el método de la técnica anterior. La más alta proporción de combustible/aire con control de flujo refleja el hecho de que el caudal de aire es menor en el abordaje de control de la técnica anterior. De una carga del 100 por ciento descendiendo a una del 40 por ciento, la proporción de combustible/aire que utiliza control de flujo se reduce a un ritmo relativamente bajo. El resultado es que la temperatura de entrada de turbina es básicamente constante, como ya se ha indicado en la figura 2. Por debajo de una carga del 40 por ciento, se permite que la proporción de combustible/aire con control de flujo se reduzca a un ritmo sustancialmente alto. A partir de la figura 2, se advertirá también que la temperatura de entrada del combustor generalmente es mayor en el abordaje de control de la invención que en el abordaje de la técnica anterior. De manera ventajosa, una más alta proporción de combustible/aire y una mayor temperatura de entrada del combustor generalmente favorecen emisiones más bajas para los combustores premezclados de bajas emisiones.

El esquema de control descrito hasta ahora ha presupuesto que la temperatura de entrada de turbina se mide directamente y se utiliza como un parámetro de control. Sin embargo, en algunos casos, podría no resultar práctico medir la temperatura de entrada de turbina debido al ambiente de uso extremo en el que un sensor de temperatura de entrada de turbina tendría que operar. Por lo tanto, de manera alternativa, es posible medir otras termodinámicas variables en el ciclo del motor y deducir la temperatura de entrada de turbina con base en cálculos de ciclo. Como otra alternativa más, el sistema de control podría almacenar un programa de un parámetro de control adecuado (v.g., caudal de aire del motor) frente a una carga de generador relativa y las termodinámicas variables podrían medirse permitiendo deducir el parámetro de control. El sistema de control operaría entonces el parámetro de control real (es decir, deducido) para igualarse básicamente al valor programado. El método de control particular que se utiliza y los parámetros medidos para realizar el método no son esenciales. El concepto básico de la invención implica controlar el caudal de aire a través del motor como un medio de mejorar u optimizar la eficiencia general del motor para cualquier salida de energía dada del sistema del generador 10. Ai mismo tiempo, en un modo operativo de seguimiento de carga, la salida de energía del sistema del generador 10 debe ser controlada para coincidir con la energía demandada por la carga. La salida de energía es fundamentalmente una función del caudal de combustible. De conformidad con ello, en un modo de seguimiento de carga, el sistema de control 40 controla simultáneamente el flujo de aire, según se describe anteriormente, al mismo tiempo que controla también la salida de energía (medida por el medidor de energía 72) para que coincida con la demanda. Los esquemas de control de seguimiento de carga son bien conocidos y, por lo tanto, no se describen más en la presente. Dependiendo de la aplicación particular, el sistema 10 puede también ser operado en modos distintos al seguimiento de carga. En dichos casos, seguiría empleándose el mismo tipo de control de flujo de aire ya descrito. El sistema 10 descrito anteriormente tiene un motor de turbina de una sola bobina 20. Sin embargo, la invención no se limita a ningún tipo particular de motor de respiración de aire. Pueden utilizarse motores de turbina de múltiples bobinas, motores de turbina que tienen una turbina libre de energía, motores de combustión giratorios (v.g., Wankel), motores de pistón de vaivén y otros. En cada caso, el caudal de aire a través del motor es controlado controlando la velocidad del generador. El generador 30 puede ser de distintos tipos, incluyendo generadores de imanes permanentes y generadores devanados. La modalidad descrita anteriormente del sistema 10 presuponía que el generador es un generador de imán permanente en donde no hay ningún sistema de excitación. Por otro lado, en el caso de un generador devanado, el generador requiere de un sistema de excitación 80 (figura 1) para suministrar una corriente de excitación a los devanados del rotor, como se sabe en la técnica. Por ejemplo, el sistema de excitación puede comprender un pequeño generador montado sobre el mismo eje que el rotor o acoplado mecánicamente (v.g., con una cinta transportadora) al eje del rotor. Independientemente del tipo de generador, la invención implica controlar eléctricamente la velocidad del generador, de modo que se controle el caudal de aire a través del motor, optimizando de esta manera la eficiencia del motor y logrando posiblemente otros efectos indicados anteriormente. En el caso de un generador de imán permanente, el control del generador se logra controlando el convertidor de AC/DC o rectificador 60 según se ha descrito ya. En el caso de un generador devanado, es posible una serie de esquemas de control. En un esquema, el sistema de control 40 controla el sistema de excitación 80 (a través de la línea de control 82) para regular la velocidad del generador. La conversión de AC/DC y DC/AC podría no ser necesaria y, en lugar de ello, podría utilizarse el convertidor de AC/AC para sintetizar la corriente de salida de AC a la frecuencia deseada para el suministro a la carga. De forma alternativa, los convertidores de AC/DC y DC/AC podrían utilizarse como se ha descrito anteriormente, en cuyo caso el convertidor de AC/DC no tiene que ser controlado en cuanto a corriente, dado que la regulación de la velocidad del generador se realiza controlando ei sistema de excitación. En otro esquema, el control de la velocidad del generador podría lograrse a través de una combinación de controlar el sistema de excitación y controlar el convertidor de AC/DC. Otro esquema más es controlar la velocidad del generador exclusivamente a través del control del convertidor de AC/DC, como se ha descrito ya. Los detalles de cómo se controla la velocidad del generador no son esenciales para la invención y pueden utilizarse distintos esquemas para lograr esto de conformidad con la invención. De forma ventajosa, la invención permite el control del ciclo termodinámico de un motor que tiene un compresor de geometría fija, turbina y componentes del combustor. Muchas modificaciones y otras modalidades de las invenciones establecidas en la presente vendrán a la mente del experto en la técnica a la que estas invenciones pertenecen, teniendo el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones precedentes y los dibujos asociados a las mismas. Por lo tanto, debe sobreentenderse que las invenciones no deben limitarse a las modalidades específicas descritas y que se pretende se incluyan modificaciones y otras modalidades dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Aunque s emplean algunos términos específicos en la presente, éstos se utilizan en un sentido genérico y descriptivo únicamente y no con propósitos limitativos.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un sistema para generar energía eléctrica para el suministro a una carga, que comprende: un motor de respiración de aire 20 que se comunica mecánicamente con un eje movible 24, el motor estando estructurado y dispuesto para recibir una mezcla de aire y combustible y someter a combustión la mezcla, de manera que la mezcla se expanda y cree energía mecánica que se utilice para accionar el eje; un sistema de combustible 32 acoplado con el motor y que puede hacerse operar para suministrar combustible al motor, el sistema de combustible teniendo capacidad de respuesta a una señal de control de combustible para hacer variar el caudal de combustible al motor; por lo menos un sensor 74 que puede hacerse operar para medir por lo menos una variable termodinámica asociada con el motor que es indicativa de una eficiencia termodinámica relativa del motor; un generador eléctrico 30 acoplado con el eje 24, de modo que el movimiento del eje 24 por parte del motor 20 provoca que el generador 30 opere para crear una corriente eléctrica alterna, el motor 20, el eje 24 y ei generador 30 encontrándose conectados de modo que un cambio en la velocidad del generador 30 provoca un cambio correspondiente en la velocidad del motor 20 y, por lo tanto, un cambio en el caudal de aire a través del motor; un sensor de energía de generador 72 que puede hacerse operar para medir la salida de energía del generador 30; un sensor de energía de carga que puede hacerse operar para medir la energía demandada por la carga, caracterizado porque: una unidad de electrónica de energía 60, 70 se acopla con el generador 30 para recibir la corriente eléctrica alterna desde ese lugar, la unidad de electrónica de energía 60, 70 pudiéndose operar para sintetizar un voltaje y corriente de salida alterna a una frecuencia predeterminada y fase relativa para el suministro a la carga; y un controlador 40 se conecta de manera operativa con el sistema de combustible 32, con el por lo menos un sensor de motor 74, con la unidad de electrónica de energía 60, 70, con el sensor de energía de generador 72 y con el sensor de energía de carga, el controlador 40 pudiéndose operar para controlar el sistema de combustible 32 de modo que se provoque que la salida de energía del sistema coincida básicamente con la energía demandada por la carga y, al mismo tiempo, que se controle eléctricamente el generador 30 a través de la regulación de la unidad de electrónica de energía 60, 70, de manera que se regule la velocidad del generador 30 y se controle de ese modo el caudal de aire a través del motor 20 de tal modo que la proporción de combustible/aire de la mezcla sometida a combustión en el motor se controle para maximizar de forma sustancial la eficiencia termodinámica relativa del motor.

2.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la unidad de electrónica de energía 60, 70 comprende un módulo de AC/DC 60 estructurado y dispuesto para operar en relación con la corriente eléctrica alterna del generador 30, de modo que se produzca una corriente directa no alterna a un voltaje no alterna, así como un módulo de DC/AC 70 estructurado y dispuesto para operar en relación con la corriente directa no alterna, de modo que se sintetice la corriente de salida alterna que se suministra a la carga, el módulo de AC/DC 60 teniendo capacidad de respuesta a una señal de control de corriente para hacer variar el nivel de la corriente directa no alterna, independientemente de la corriente eléctrica alterna del generador 30, el sistema de control 40 pudiéndose operar para suministrar la señal de control de corriente al módulo de AC/DC 60 para controlar el nivel de la salida de corriente directa por parte del módulo de AC/DC 60 y controlar de ese modo la velocidad del generador.

3.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el generador 30 y el eje 24 son movibles de manera giratoria.

4.- El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el motor 20 comprende un dispositivo de compresión 22 que puede hacerse operar para comprimir aire y un dispositivo de energía 26, 28 que recibe el aire comprimido del dispositivo de compresión 22 y el combustible del sistema de combustible 32 y somete a combustión la mezcla de aire y combustible para producir energía mecánica.

5.- El sistema de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque comprende un intercambiador térmico 50 dispuesto para recibir el aire comprimido del dispositivo de compresión 22 y los gases de salida dei dispositivo de energía 26, 28, el intercambiador térmico 50 provocando la transferencia de calor de los gases de salida al aire comprimido, de modo que se precaliente el aire comprimido antes de la combustión en el dispositivo de energía 26, 28.

6.- El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el dispositivo de energía 26, 28 incluye un combustor 28 en el que la mezcla de aire y combustible se somete a combustión para producir gases calientes, así como un dispositivo de expansión 26 para expandir los gases calientes de modo que se produzca la energía mecánica.

7.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el dispositivo de expansión 26 comprende una turbina.

8.- El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la turbina 26 es una turbina de geometría fija.

9.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el dispositivo de compresión 22 es un compresor de geometría fija.

10.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el combustor 28 es un combustor de geometría fija.

11.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el combustor 28 comprende un combustor catalítico.

12.- El sistema de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende un sensor que puede hacerse operar para medir una variable indicativa de la temperatura de entrada del combustor y porque el controlador 40 se conecta con dicho sensor y puede hacerse operar para controlar el flujo de aire a través del motor 20 de tal manera que se mantenga la temperatura de entrada del combustor por arriba de una temperatura mínima predeterminada requerida para la operación catalítica.

13.- El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende un sensor 76 asociado con el intercambiador térmico 50 que puede hacerse operar para medir una variable indicativa de una temperatura de los gases de salida que se introducen en el intercambiador térmico 50 y porque el controlador 40 se conecta con dicho sensor 76 asociado con el intercambiador térmico 50 y puede hacerse operar para controlar el flujo de aire a través del motor 20 para mantener la temperatura de los gases de salida que se introducen en el intercambiador térmico 50 por debajo de una temperatura máxima predeterminada.

14.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el generador 30 es un generador devanado.

15.- El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende un sistema de excitación 80 que puede hacerse operar para excitar el generador 30.

16.- El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el sistema de control 40 puede hacerse operar para controlar el sistema de excitación 80, de modo que se controle eléctricamente la velocidad del generador y se controle de ese modo el caudal de aire.

17.- Un método para controlar un sistema de generador eléctrico que tiene un motor de respiración de aire 20 que se comunica mecánicamente con un eje movible 24, el motor 20 estando estructurado y dispuesto para recibir una mezcla de aire y combustible y someter a combustión la mezcla, de manera que la mezcla se expande y crea energía mecánica que se utiliza para controlar el eje 24, el sistema teniendo un sistema de combustible 32 acoplado con el motor 20 y que puede hacerse operar para suministrar combustible al motor 20, el sistema de combustible 32 teniendo capacidad de respuesta a una señal de control de combustible para hacer variar el caudal de combustible hacia el motor 20, el sistema teniendo un generador eléctrico 30 acoplado con el eje 24, de modo que el movimiento del eje 24 por medio del motor 20 provoca que el generador 30 opere para crear una corriente eléctrica alterna, en donde el motor 20, el eje 24 y el generador 30 se conectad de modo que un cambio en la velocidad del generador 30 provoca un cambio correspondiente en la velocidad del motor 20 y, por lo tanto, un cambio en el caudal de aire a través del motor 20, así como en donde la salida de energía eléctrica del sistema está determinada básicamente por el caudal de combustible hacia el motor 20, el método comprendiendo los pasos de: determinar una energía demandada por la carga; medir por lo menos una variable termodinámica asociada con el motor 20 que es indicativa de una eficiencia termodinámica relativa del motor 20; y controlar el sistema de suministro de combustible 32 para suministrar combustible al motor a un caudal de combustible controlado, de manera que la salida de energía eléctrica del sistema coincida básicamente con la energía demandada por la carga; caracterizado porque el sistema incluye una unidad de electrónica de energía 60, 70 acoplada con el generador 30 para recibir la corriente eléctrica alterna desde ese lugar y puede hacerse operar para sintetizar un voltaje y corriente de salida alterna a una frecuencia predeterminada y fase relativa para el suministro a la carga; y el caudal de aire a través del motor 20 se controla de forma independiente de la salida de energía eléctrica del sistema controlado eléctricamente la velocidad del generador 30 a través de la regulación de la unidad de electrónica de energía 60, 70, de modo que se controle la proporción de combustible/aire de la mezcla sometida a combustión en el motor 20, de tal manera que se optimice de forma sustancial la eficiencia termodinámica del motor 20, al mismo tiempo que coincide básicamente con la energía demandada por la carga.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque la corriente eléctrica alterna del generador 30 es convertida en un módulo de AC/DC 60 a una corriente de directa no alterna a un voltaje no alterno, mientras que la corriente directa no alterna del módulo AC/DC 60 se convierte en un módulo de DC/AC 70 para sintetizar la corriente de salida alterna que se suministra a la carga, el módulo de AC/DC 60 teniendo capacidad de respuesta a una señal de control de corriente para hacer variar el nivel de la corriente directa no alterna de forma independiente a la corriente eléctrica alterna del generador 30, así como porque el paso de controlar el caudal de aire comprende controlar de forma activa la corriente directa no alterna del módulo de AC/DC 60 de la unidad de electrónica de energía 60, 70, de modo que se altere la velocidad del generador 30 y, por lo tanto, el caudal de aire.

19.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque el motor 20 comprende un motor de turbina que tiene un compresor 22 para comprimir ei aire, un combustor 28 para someter a combustión la mezcla de aire y combustible para producir gases calientes y una turbina 26 para expandir los gases caliente y porque optimizar la eficiencia termodinámica del motor 20 comprende hacer que una temperatura de entrada de turbina coincida básicamente con un valor predeterminado.

20.- El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el combustor 28 comprende un combustor catalítico y comprende los pasos de: medir una variable indicativa de una temperatura de entrada al combustor 28; y controlar el flujo de aire a través del motor 20 de tal modo que se mantenga la temperatura de entrada del combustor por arriba de una temperatura mínima predeterminada requerida para la operación catalítica.