CN104937222B - 组合的循环双闭环发电系统及其使用方法 - Google Patents

组合的循环双闭环发电系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种组合的循环双闭环发电系统，包括燃气轮机组件(包括燃烧室、压缩机、第一泵、第一驱动轴、燃气轮机和第一发电机)和蒸汽轮机组件(包括第二泵、第二驱动轴、蒸汽轮机和第二发电机)。所述工作流体的所述第一部分通过所述燃气轮机组件和第一热交换器进行循环。所述工作流体的所述第二部分通过所述蒸汽轮机组件和所述第一热交换器进行循环。所述第一热交换器将第一热能从所述燃气轮机环路传递至所述蒸汽轮机环路。所述燃气轮机组件生成输出电力的第一部分。所述蒸汽轮机组件生成所述输出电力的第二部分。

Description

组合的循环双闭环发电系统及其使用方法
背景技术
本公开通常涉及从增强的地下水或地热流体来在两个闭环中操作的组合的布雷顿/朗肯(Brayton/Rankine)循环燃气和蒸汽轮机发电系统，并且在燃气轮机中只燃烧氢气和氧气来替代化伴随空气的化石燃料。
传统的组合的循环燃气轮机发电厂操作于用天然气或伴随空气燃烧的其他烃类或化石燃料以加热工作流体(通常是馈送的水)，以产生蒸汽用于操作涡轮发电机来产生电力，该电力被馈送至配电网以向客户供应电力。这样的电厂产生必须被消散的废热，典型地以冷却塔、散热器、散热片、凝析气藏等方式。即使当废热可以以某种方式传递到工作流体或发送至其他用户，例如供热系统，这样的缓和技术也仅部分地有助于减少低效。其它已知的使用涡轮机发电的低效包括使用空气作为氧化剂的局限性、在需要消散在系统当中的热传导工作流体和燃烧的空气的系统的部分损失。
还已知的是，操作化石燃料的发电厂大量排放导致空气污染的化合物，主要是二氧化碳(CO2)、二氧化硅(SO2)一氧化氮(NO)和例如二恶英、汞、飞灰和其他微粒等的其他物质。此外，使用例如石油、煤和包括“合成气”或所谓的生物柴油的人工合成材料的碳氢化合物燃料，需要大规模的开采、加工和运输设施及操作，这已知需要非常大的资金投入、其他非可再生资源的大量使用、或者甚至造成显著的环境危害。
大多数常规电厂在开环循环中操作。例如，通过锅炉由碳氢化合物燃料燃烧所加热的水提供蒸汽以驱动涡轮机，这从而驱动发电机来发电。从涡轮机排出的废蒸汽中包含的废热，它不再循环回到系统的输入端，而它可以用于热电厂中或被馈送至冷却塔或储备库(reservoirs)以消散热量。
经典的闭环系统是由乔治·布雷顿(George Brayton)首次于1870年描述的用于燃油发动机的布雷顿循环(Brayton Cycle)。需要注意的是，闭环系统的特征在于一种系统，其中能量可以与其周围环境(穿过系统边界)进行交换， 但系统中的质量保持恒定，也就是说，它不与周围环境交换或允许穿越系统边界。在布雷顿循环中，大多数经常在使用被馈送入压缩空气的涡轮机的系统中实现：在燃烧部中加热该压缩空气并允许其在涡轮机中扩张以旋转涡轮机的输出轴和连接到涡轮机的发电机。从涡轮机排出的空气随后通过热交换器反馈回压缩机的输入端。同时因为工作流体-空气被返回至输入端因此系统中的质量的净变化是零(在理想的封闭系统中)，被返回到输入端的能量将减少，减少量是在系统中被转化为电力的热量和由于系统损耗而散发到周围环境中的热量。
已经设计了许多方案来回收这种系统中的热损失。在一种方法中，再生器被用于从排气侧将热量传导至路由到所述燃烧部的压缩空气。中间冷却器可以通过在从第一压缩机输出的气体进入第二个压缩机前对其进行冷却，而与串联操作的两个压缩机一起使用。冷却增加了压缩空气的密度从而提高了压缩比。在称为再加热的第三种技术中，通过在从第一个涡轮机中排出的气体进入第二个涡轮机之前对其进行加热，来使用串联操作的两个涡轮机。再加热提高了气体的膨胀比从而提高了对于发电机的旋转驱动。
尽管有这些改进以及在闭环系统中更高效发电的潜力，然而限制了闭环系统的效用的低效率依然存在。热损失仍然显著，并且添加到基本系统中的附加装置增加了复杂性和成本。然而，使用燃气涡轮发动机来发电，虽然因为它们在飞机和远洋船舶中的广泛使用以及一些电厂应用而并不新颖，然而由于它们的随时可用性、可靠性等，它们可以提供实质的经济性。如果可以发现一个方法通过克服现有系统中的低效来操作使用可再生能源的闭环中的燃气涡轮发动机，则对于发电系统来说似乎是意义重大的前景。
在一种已知的闭环系统中，最近由桑迪亚国家实验室(Sandia NationalLaboratories)开发的Brayton循环燃气轮机用超临界二氧化碳(CO2)替代空气—燃气涡轮发动机的通常的工作流体—作为工作流体，这被认为能够将压缩发电系统的所述燃气轮机组件118部分的转换效率从约40％提升至大概50％。所增加的效率起因于超临界CO2的更大的密度—类似于液体的密度—与作为具有较低密度的气体的空气相比。超临界CO2由于其更大的密度和更高的温度因此可以传送更大量的热给超燃气轮机来生成更多的电力。效率的增加使能 对于发电设施的相应的较小的体积。然而，伴随着较高温度的是，由于稀碳酸的存在，燃气轮机的组件中的更大的腐蚀风险。
总括来说，现有的电厂设计存在以下几个缺点，包括(a)操作于化石燃料上—基于碳氢化合物的物质，该物质不仅是不可再生的，而且在燃烧时释放大量的副产品到大气中，导致气候变化、环境污染和潜在的危害健康的影响。另外，(b)燃烧化石燃料以产生热的现有设计具有相对低的效率，这导致不可再生资源以比慎用的情况下更快的速度枯竭。此外，(c)用于减轻固有低效的措施往往趋向于复杂、降低可靠性并增加制造安装和维护成本。此外，(d)操作依赖于超临界CO2的Brayton循环电厂冒着寿命缩短和/或因腐蚀而导致的损坏的风险，该腐蚀起因于极高温度下使用此工作流体。
其他已知的设计包括美国专利号5687559和5775091以及德国申请号DE19808119A1。然而，当前的公开相对于这些申请呈现效率增益(如热力学效率增益)。
所需要的是，一种发电系统，以降低的环境影响来操作并且对空气污染做贡献，可以依靠可再生资源和较少的不可再生资源，以实质上更高的效率和长寿命发电，具有紧凑的体积，并且能够以较低的成本被投入生产和被操作。
没有一种已知的发明和专利，单独或组合地被采用，被视为描述了如所要求保护的即时公开内容。因此，有利的是：具有改进的级联的燃气和蒸汽轮机发电系统，其从增强的地下水或地热流体来在闭环中操作，并且其中在所述燃气轮机组件118中只燃烧氢气和氧气来代替化石燃料与空气。
发明内容
公开了一种系统和方法。
一种组合的循环双闭环发电系统，包括燃气轮机组件(包括燃烧室、压缩机、第一泵、第一驱动轴、燃气轮机和第一发电机)和蒸汽轮机组件(包括第二泵、第二驱动轴、蒸汽轮机和第二发电机)。所述工作流体的所述第一部分通过所述燃气轮机组件和第一热交换器循环。所述工作流体的所述第二部分通过所述蒸汽轮机组件和所述第一热交换器循环。所述第一热交换器将第一热能从所述燃气轮机环路传递至所述蒸汽轮机环路。所述燃气轮机组件生成输出电力的第一部分。所述蒸汽轮机组件生成所述输出电力的第二部分。
一种使用组合的循环双闭环发电系统的方法，包括：通过燃烧部分H2和O2利用燃气轮机组件来生成输出电力的第一部分；循环经过燃气轮机环路的工作流体的第一部分和经过蒸汽轮机环路的所述工作流体的第二部分；利用第一热能来加热所述蒸汽轮机环路，所述第一热能利用第一热交换器发自所述燃气轮机环路；将所述工作流体的所述第二部分传送至蒸汽轮机组件；并且利用所述蒸汽轮机组件生成所述输出电力的第二部分；所述燃气轮机组件包括燃烧室、压缩机、第一泵、第一驱动轴、燃气轮机和第一发电机。所述蒸汽轮机组件包括第二泵、第二驱动轴、蒸汽轮机和第二发电机。所述燃气轮机环路能够保持和传送工作流体的第一部分。所述蒸汽轮机环路能够保持并传送所述工作流体的第二部分。两个闭环包括所述燃气轮机环路和所述蒸汽轮机环路。所述工作流体包括位于所述两个闭环中不同阶段的流体和蒸汽。所述工作流体的所述第一部分经过所述燃气轮机组件和第一热交换器循环。所述工作流体的所述第二部分经过所述蒸汽轮机组件和所述第一热交换器循环。所述第一热交换器将第一热能从所述燃气轮机环路传递至所述蒸汽轮机环路。
附图说明
图1示出了双闭环发电系统的发电系统的简化框图。
图2A和图2B分别示出了使用所述双闭环发电系统的第一方法和第二方法。
图3A和图3B示出了所述双闭环发电系统的两个详细实施例。
图3A示出了发电系统的详细框图。
图3B示出了发电系统的详细框图。
图4A、图4B、图4C和图4D示出了所述发电系统简化框图的细节部分。
图4A示出了所述输入电力的细节图。
图4B示出了所述燃气轮机组件的细节图。
图4C示出所述蒸汽轮机组件的细节图。
图4D示出了所述输出电力的细节图。
图5A、图5B和图5C示出了市场负荷表。
图5A示出了具有预测市场负荷和实际市场负荷的所述市场负荷表。
图5B示出了仅具有所述实际市场负荷的所述市场负荷表。
图5C示出了具有所述预测市场负荷的所述市场负荷表。
图6示出了资源模型表。
图7示出了基本负荷场景表。
具体实施方式
本文描述的是来自增强的地下水或地热流体来在两个闭环中操作的组合的布雷顿/朗肯(Brayton/Rankine)循环燃气和蒸汽轮机发电系统，并且在所述燃气轮机组件118中只燃烧氢气和氧气而不是伴随空气的化石燃料。做出以下描述以使所属领域的任何技术人员能够制造和使用如权利要求中所声明的发明，并且以下描述是在下面讨论的特定实施例的上下文中提供的，该特定实施例的变型例对于那些本领域技术人员来说是显而易见的。为了清楚起见，并未在本说明书中描述实际实现的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实现的开发中(如在任何开发项目中)，必须做出设计决定以实现设计者的特定目标(例如，遵守与系统和商业有关的限制)，并且这些目标会从一个实现到另一个实现而变化。还应当认识到，这种开发努力可能是复杂和费时的，但是对于那些具有本公开的益处的适当的技术领域的普通技术人员仍然是例行任务。因此，所附的权利要求并不意在被所公开的实施例限制，而是要被符合与本文公开的原理和特征相一致的最广阔的范围。
附图描绘了本公开的原理特征，附图编号是指形成了可操作的组合的结构特征。用于信号、流体等的导体的输入和输出被表示如下：输入由指向用于组件的符号的箭头表示，并且输出由与用于组件的符号相接触并延伸到在线的另一端上的圆来表示。对于1至35兆瓦容量的示例性的适度规模的发电厂示出了原理性组件的示例。适当缩放的组件可用于其它发电输出。除非另有说明，否则部件之间的两点(2pt.)连线表示相应的输入和输出的管道。需要注意的是，本领域普通技术人员将能够为组件之间的连接选择足够充分的管道。此外，虚线用于指示输电线，其上的箭头用于指示电力流动的方向。
图1示出了双闭环发电系统101的发电系统的简化框图100。需要注意的是，发电系统的简化框图100表示所述双闭环发电系统101的简约版本，图1中所示的许多元件在下面被更详细地描述和示出。
在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以包括输入电力102、燃气 轮机环路103a、蒸汽轮机环路103b、输入水104、输出电力106、热交换器111、电解槽112、分离器组件113、燃气轮机组件118、H2储存罐120、O2储存罐122、蒸汽轮机组件140、多个管道、工作流体、第二泵160b和第一泵160a。在一个实施例中，所述燃气轮机环路103a和所述蒸汽轮机环路103b中的每个可以包括闭环系统，该系统传送(可以由所述输入水104供应)所述工作流体通过所述燃气轮机组件118和所述蒸汽轮机组件140而无需在彼此之间合并所述工作流体。
在一个实施例中，所述燃气轮机环路103a和所述蒸汽轮机环路103b可统称为两个闭环。在一个实施例中，所述燃气轮机环路103a可以包括所述工作流体的第一部分并且所述蒸汽轮机环路103b可以包括所述工作流体的第二部分。在一个实施例中，所述工作流体的第一部分和第二部分可以加入水高纯化剂和防锈剂。
在一个实施例中，在所述双闭环发电系统101中发现的元件可以通过由一个字母跟随的标签编号“180”所标记的所述多个管道进行连接。例如，所述多个管道可以包括第一管道180a、第二管道180b、第三管道180c、第四管道180d、第五管道180e、第六管道180f、第七管道180g、第八管道180h、第九管道180k、第十管道180m、第十一管道180n、第十二管道180p、第十三管道180q、第十四管道180r、第十五管道180t、第十六管道180w、第十七管道180x、第十八管道180y以及第十九管道180z。
在所述双闭环发电系统101中的所述多个工作流体被一个字母跟随的标签编号“123”所标记。例如，所述多个管道可以包含第一工作流体123a、第二工作流体123b、第三工作流体123、第四工作流体123d、第五工作流体123e、第六工作流体123f、第七工作流体123g、第八工作流体123h、第九工作流体123k、第十工作流体123m、第十一工作流体123n、第十二工作流体123p、第十三工作流体123q、第十四工作流体123r和第十五工作流体123t。
在一个实施例中，所述燃气轮机环路103a可以包括：所述第一管道180a将所述第一工作流体123a(其可以基本上包含蒸汽)从所述燃气轮机组件118运送至所述热交换器111；所述第二管道180b将所述第二工作流体123b(其可以基本上包含蒸汽和液体)从所述热交换器111运送至所述分离器组件113； 所述分离器组件113将所述第二工作流体123b分离为所述第三工作流体123c(基本上包含蒸汽部分)和所述第四工作流体123d(基本上包含液体部分)；所述第四管道180d将所述第四工作流体123d，通过所述第一泵160a从所述分离器组件113运送至所述燃气轮机组件118；并且所述第五管道180d将所述第五工作流体123e从所述分离器组件113运送到所述燃气轮机组件118。在一个实施例中，所述第一泵160a可以调节在所述燃气轮机组件118和所述分离器组件113之间的第四工作流体123d的流率。
同样地，在一个实施例中，所述蒸汽轮机环路103b可以包括：所述第五管道180e将所述第五工作流体123e从所述蒸汽轮机组件140运送至所述热交换器111，所述第六管道180f将所述第六工作流体123f从所述热器111运送至所述蒸汽轮机组件140，以及所述第二泵160b调节所述第五工作流体123e的流率。
在一个实施例中，所述电解槽112可以接收所述输入电力102和所述输入水104并生成H2 114和O2 116，它们可以被分别存储在所述H 2储存罐120和所述O2储存罐122中。在一个实施例中，所述管道180t可以将所述输入水104的所述第十五工作流体123t运送到所述电解槽112。在一个实施例中，所述第十六管道180w可以将所述H2 114从所述电解槽112运送至所述氢气储存罐120，并且第十八管道180y可以将所述H 2 114从所述氢气储存罐120运送至所述燃气轮机组件118。同样地，在一个实施例中，所述第十八管道180y可以将所述O2 116从所述电解槽112运送至所述氧气储存罐122，并且所述第十九管道180z可以将所述O2 116从所述电解槽112运送至所述燃气轮机组件118。在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以绕过所述氢气储存罐120和/或所述氧气储存罐122，此时不必存储所述H2114和/或所述O2 116。
在一个实施例中，所述燃气轮机组件118可以燃烧部分所述H2 114和所述O2 116并且生成所述输出电力106的第一部分106a。在一个实施例中，所述燃气轮机组件118可以加热所述第四工作流体123d和所述第三工作流体123c，同时生成所述输出电力106的所述第一部分106a。可替代地，在一个实施例中，所述第三工作流体123c和所述第四工作流体123d在进入所述燃气轮机组件118时可以比当其以所述第一工作流体123a的形式离开所述燃气轮 机组件118时更冷。
在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以从配电网105接收功率和向配电网105提供功率。在一个实施例中，所述配电网105可以包括发电设备，例如风能和太阳能电池阵列、传统的发电厂和/或本领域人员将要知道的类似技术。
在一个实施例中，所述热交换器111可以冷却所述第二工作流体123b。因此，在一个实施例中，所述第二工作流体123b可以比所述第一工作流体123a更冷。因此，所述热交换器111可以用来从所述燃气轮机环路103a到所述汽轮机环路103b传导热量。
在一个实施例中，所述第六工作流体123f在进入所述蒸汽轮机组件140时可以比当它作为所述第五工作流体123e离开时更热。同样地，在一个实施例中，所述热交换器111可以被用来再加热所述汽轮机环路103b，如以上所讨论。可替代地，在一个实施例中，所述热交换器111可以用来将热能从燃气轮机环路103a传导到所述蒸汽轮机环路103b。在一个实施例中，所述蒸汽轮机组件140可以使用所述第一热能来生成第二部分106b。
在一个实施例中，所述燃气轮机组件118和所述蒸汽轮机组件140驱动多个发电机(包括所述第一发电机119和所述第二发电机142)来发电；其中，在优选的实施例中，在不产生碳排放的前提下实现这种发电。
在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以在没有所述电解槽112的情况下操作，这时所述H2 114和所述O2 116由另一个源供应。例如，在一个实施例中，所述H2 114可以由炼油厂或工厂来供应以及所述O2 116可以由与所述电解槽112无关的装置来提供。
图2A和图2B分别示出了使用所述双闭环发电系统101的第一种方法200和第二方法210。
关于图2A，在一个实施例中，使用所述双闭环发电系统101的所述第一种方法200可以包括：接收所述输入电力102和所述输入水104的第一步骤202；用所述电解槽112电解所述输入水104的第二步骤204；用所述电解槽112生成H2 114和O2 116的第三步骤206；和由所述燃气轮机组件118燃烧所述H2 114和所述O2 116生成所述输出电力106的所述第一部分106a的第四步 骤208。
关于图2B，在一个实施例中，使用所述双闭环发电系统101的所述第二方法210可以包括所述第一种方法200，并且还包括以下步骤：循环通过所述燃气轮机环路103a的所述工作流体的第一部分和通过所述蒸汽轮机环路103b的所述工作流体的第二部分的第五步骤212；用从所述燃气轮机环路103a的所述第一热能来加热所述蒸汽轮机环路103b的第六步骤214；将所述工作流体的所述第二部分传送至所述蒸汽轮机组件140的第七步骤216；和用所述蒸汽轮机组件140生成所述输出电力106的所述第二部分106b的第八步骤218。
在一个实施例中，所述工作流体的所述第一部分可以包括所述第一工作流体123a、所述第二工作流体123b、所述第三工作流体123c和所述第四工作流体123d。在一个实施例中，所述工作流体的所述第二部分可以包括所述第五工作流体123e和所述第六工作流体123f。
图3A和图3B示出了所述双闭环发电系统101的两个详细实施例。比较而言，图3A和图3B相对于图1具有附加的细节。例如，在一个实施例中，所述发电系统的简化框图100的所述热交换器111被分成第一热交换器111a和第二热交换器111b。已添加了另外的元件，诸如锅炉124(图3B)、冷凝器组件128和分离器302。
图3A示出了发电系统的详细的框图300。所述发电系统的详细的框图300包括所述双闭环发电系统101的优选实施例。
在一个实施例中，所述燃气轮机组件118可以通过所述第十七管道180x接收所述H2 114，通过所述第十九管道180z接收所述O2 116，通过所述第三管道180c接收所述第三工作流体123c，以及通过所述第四管道180d接收所述第四工作流体123d。反过来，所述燃气轮机组件118可以通过燃烧一部分所述H2 114和所述O2 116来生成所述第一部分106a，如本领域已知的。在一个实施例中，可以通过一个或多个变压器156将所述第一部分106a从所述双闭环发电系统101传导至所述配电网105。
现在转到所述燃气轮机回路103a，在一个实施例中，所述分离器组件113可以包括所述第二热交换器111b和所述分离器302。在一个实施例中，所述分离器组件113可以接收所述第二工作流体123b(通过所述第二管道180b) 和第七工作流体123g(通过第七管道180g)。在一个实施例中，所述分离器组件113可以包括所述第二热交换器11lb和所述分离器302。在一个实施例中，所述分离器组件113可以从所述第二工作流体123b中分离出液体流(所述第四工作流体123d)以及蒸汽流(所述第三工作流体123c)，通过：用所述第二热交换器111b冷却进入到所述第八工作流体123h的所述第二工作流体123b；在所述第八管道180h中将所述第八工作流体123h传送至所述分离器302；用所述分离器302分离所述第三工作流体123c和从所述第四工作流体123d；以及通过所述第九管道180k将所述第九工作流体123k从所述分离器302排出至所述输出水108。在一个实施例中，所述第二热交换器111b冷却所述第二工作流体123b，通过：从所述输入水104接收所述第七工作流体123g；将第一热能从所述第二工作流体123b传导至所述第七工作流体123g；以及通过第十管道180m将所述第十工作流体123m从所述第二热交换器111排放至所述注入井110。在一个实施例中，所述第九工作流体123k中的从所述双闭环发电系统101排出的流体的体积可以基本上等于在所述电解槽112中的所述双闭环发电系统101所接收的流体的体积。尽管不同时，但是这种物质守恒是所述H2 114和所述O2 116重新组合成H2O的效果。
现在转到所述蒸汽轮机环路103b，在一个实施例中，可以使用在所述蒸汽轮机组件140和所述第一热交换器111a之间的所述冷凝器组件128来冷却所述第五工作流体123e。在一个实施例中，所述冷凝器组件128可以接收所述第五工作流体123e(通过所述第五管道180e)，并且通过第十一管道180n从所述水输入端104接收第十一工作流体123n。在一个实施例中，所述第十一工作流体123n可以包含水。在一个实施例中，所述冷凝器组件128可以接收所述第五工作流体123e，并同样将其作为第十二工作流体123p通过第十二管道180p排放至所述第一热交换器111a。在一个实施例中，所述冷凝器组件128可以通过第十三管道180q排放第十三工作流体123q。在一个实施例中，所述第一热交换器111a可以加热所述第十二工作流体123p，以在描述所述热交换器111时上文所述的方式；即，所述第一热交换器111a能够用来自所述燃气轮机环路103a的所述第一热能来加热所述蒸汽轮机环路103b。
热交换器111优选地为定制的、充分交叉流动的单元，被设计为具有最小 的对外损失的最大的热传导。在一个实施例中，交织的需求侧和源侧的通道被分别定义并实现以分别导流燃气轮机排出的气和蒸汽轮机的工作流体。类似地，分离器优选地为定制设计，以适于从轮机排出的废气流中有效地分离液体和蒸汽相物质。锅炉可以为标准类型。发电机可以由这样的厂家提供：例如，位于宾夕法尼亚州伊利市的斯金纳电力系统公司(SkinnerPowerof Erie,Pennsylvania)或者位于瑞士苏黎世的ABB公司(Asea BrownBovieriof Zurich,Switzerland)。变压器可以从位于得克萨斯州休斯敦市的阿里斯-查默斯能源公司(Allis-Chalmersof Houston,Texas)或者西门子公司(Siemens)获得。
图3B示出了发电系统的详细框图310。在一个实施例中，所述发电系统的详细框图310可以包括还包含锅炉124的所述双闭环发电系统101的实施例，该锅炉可以在所述第六工作流体123f进入所述蒸汽轮机组件140之前对其加热。例如，在一个实施例中，所述锅炉124可以接收天然气输入312，其可以加热所述第六工作流体123f，并且将在第十四管道180r中的第十四工作流体123r传送至所述蒸汽轮机组件140。在一个实施例中，所述锅炉124对于所述双闭环发电系统101可以是可选的。在一个实施例中，所述天然气输入312可以包括不然将被燃烧的过剩天然气；其中，所述双闭环发电系统101可以接收废气并将其转换成所述输出电力106，也可以反向变化以填充所述H2储存罐120和/或所述O2储存罐122供以后使用。
如所讨论的，在一个实施例中，所述锅炉124可以由所述天然气输入312来提供燃料。在一个实施例中，所述天然气输入312可以包括从所述输入水104(地热流体)或者从其他源分离出的甲烷(CH4)，其可以通过单独的管道(未示出)来传送。应当理解的是，地热和工作流体、氢气和氧气、各种状态下的蒸汽、以及电力并不是系统结构的一部分，而是由系统所处理以产生电力的可操作的物质。
在一个实施例中，用于双闭环发电系统101的操作的第一热能的基本来源可以是从位于地球表面以下的、经由井进入的储存地获取的地热流体或地下水，井如本领域已知的。地下水或地热流体—主要是盐水，其中包括具有液体形式的矿物质或碳氢化合物的各种流体—经由所述输入水104进入系统。在一个实 施例中，所述地热流体通过所述双闭环发电系统101(如所讨论的)被运送，该发电系统伴随有冷却的地热流体的出口，该出口通过所述第十管道180m和所述第十三管道180q，分别在所述注入井110和所述输出水108处。在一个实施例中，所述输出水108可以包括注入井或市政用途，如下面所讨论的。可替代地，冷却的地热流体可以被存储供以后处理或装运(未示出)。
地热流体，伴随着从获取于地下矿床中的原料中分离出某些腐蚀性或不需要的物质(通常为气态或蒸汽形式)，可以经由第十五管道180t被运送到所述电解槽112进行处理以产生所述H2 114和所述O2 116。
图4A、图4B、图4C和图4D示出了所述发电系统的简化框图100的细节部分。
图4A示出了所述输入电力102的详细视图。在一个实施例中，所述输入电力102可以包括从所述配电网105的输入电力，该电网可以从传统的发电系统402或者风能或太阳能电池阵列404获得电力。可以由所述配电网105或可再生能源(例如风能或太阳能电池阵列404)来供应用于所述电解槽112的操作的电力。
在一个实施例中，所述电解槽112可以包括自包含(self-contained)的电解槽，用于从所述输入水104(基本上包括H2O)中分离所述H2 114和所述O2 116。此后，所述H2 114和所述O2 116可以被所述燃气轮机组件118燃烧以产生较高压力和温度下的超临界蒸汽，这直接或间接地以增强的效率驱动了所述蒸汽轮机组件140。
在一个实施例中，所述电解槽112可以包含ITM电力电解槽，它可以在压力下产生氢气和氧气。在一个实施例中，所述电解槽112可以包括由位于马萨诸塞州牛顿市的希内尔电化学系统有限责任公司(Giner Electrochemical Systems,LLC,of Newton,MA)制造的15千瓦(kW)装置，该装置为轻量级的电解槽堆，用在轻重量、高海拔飞行器中。
在一个实施例中，所述电解槽112可能需要矿化水。在一个实施例中，所述输入水104可以包括流体地连接到水处理系统405的水403。在一个实施例中，所述水403可包括如本领域已知的地热流体。在一个实施例中，所述水处理系统405可以从所述水403中去除化学物质和碳氢化合物而保留所述电解槽 112的适当操作所需的水和普通矿物质。在一个实施例中，所述水403不需要被所述水处理系统405过滤和处理以用作所述第十一工作流体123n和所述第七工作流体123g。在一个实施例中，所述水403可以包括地下水或市政水源。
所述电解槽112可以由从下列组成中取得的电力来操作，该组成包括：包括可再生能源(例如所述风能或太阳能阵列404)的所述配电网105；燃料电池；或者所述燃气轮机组件118和所述汽轮机装配140中的任一个或两个。从所述电解槽112的输出基本上包括纯的氧气(O2 116)和氢气(H2 114)，它们经由各自的管道输送到各自的储存罐。在一个实施例中，如本领域已知的,所述电解槽112可以包括阴极(未示出)和阳极(未示出)。在一个实施例中，所述第十八管道180y耦接到所述电解槽112内的所述阴极，该阴极供应所述O2 116。同样地，在一个实施例中，所述第十六管道180w被耦接到所述电解槽112内的所述阳极，该阳极供应所述H2 114。在一个实施例中，在所述双闭环发电系统101的操作期间，所述H2 114和所述O2 116被运送到所述燃气轮机组件118内的燃烧室408(下面示出和讨论)的各自的输入端口中。
图4B示出了所述燃气轮机组件118的详细视图。在一个实施例中，所述燃气轮机组件118可以包括第一发电机119、压缩机406、所述燃烧室408、燃气轮机410和第一第二驱动轴412。在一个实施例中，所述压缩机406通过所述第三管道180c接收(可以包括蒸汽的)所述第三工作流体123c。在一个实施例中，所述压缩机406可以压缩所述第三工作流体123c并且与所述燃气轮机410联合工作。在一个实施例中，所述压缩机406可以产生工作流体414并且通过所述第二十管道415将所述工作流体414发送到燃烧室408。在一个实施例中，所述燃烧室408可以接收：通过所述第十七管道180x的所述H2 114；通过所述第十九管道180z的所述O2 116；通过所述第二十管道415的所述工作流体414；以及通过所述第四管道180d的所述第四工作流体123d。在一个实施例中，所述燃烧室408可以产生第二十一工作流体416，该流体可以通过第二十一管道417被发送到所述燃气轮机410。在一个实施例中，所述燃气轮机410可以使用所述第二十一工作流体416作为燃料来驱动所述第一第二驱动轴412。在一个实施例中，所述燃气轮机410可以包括废气，该废气可以包括所述第一工作流体123a。
在一个实施例中，所述第一第二驱动轴412可以被转动地附接到所述第一发电机119；其中，如本领域已知的，所述燃气轮机410可以驱动所述第一第二驱动轴412并且所述第一发电机119可以产生所述第一部分106a。
在一个实施例中，所述分离器302可以调节允许经由所述第三管道180c进入所述压缩机406的进气口419a的蒸汽比例，以及调节允许通过所述第四管道180d进入所述燃烧室408(在注水端口419b处)的液体的比例。在一个实施例中，所述注水端口419b可以位于所述燃烧室408的最后部分。在一个实施例中，所述分离器302可以分开进入到所述第三工作流体123c中的所述蒸汽和进入到所述第四工作流体123d中的所述液体，如上所述。在一个优选的操作实施例中，所述第三工作流体123c可以包括所述第七工作流体123g的约25％并且所述第四工作流体123d可以包括所述第七工作流体123g的余额。
在一个实施例中，可以由所述压缩机406使用的(包括蒸汽的)所述第三工作流体123c，可以由所述压缩机406的进气口419a的流率来限制(即，所述压缩机406的失速限制)。这种限制对于防止发动机失速是必要的。所述第三工作流体123c的余额(balance)可以在所述注水端口419b馈送至所述燃烧室408，所述注水端口419b可以在所述燃烧室408的输出的附近。在一个实施例中，当使用T56-A型燃气轮机发动机(由劳斯莱斯公司制造)时，因为它正好在所述压缩机406的“燃烧罐(burn can)”尾部配备有注水端口(图中未示出)，因此实现这一点很方便。那里，工作流体(该工作流体可以包括一部分所述输入水104)被混合了所述H2 114和所述O2 116并且被再加热以驱动所述燃气轮机410。在一个实施例中，工作流体被馈送至所述注水端口419b，这增加了蒸汽的体积并且还将蒸汽冷却到满足所述蒸汽轮机组件140中的组件的一个或多个冶金规格的温度。在一个实施例中，所述工作流体和燃烧产物被混合在位于所述第一工作流体123a处的所述燃气轮机组件118的排气部中。
在一个实施例中，用于系统的可燃材料(即，所述燃烧室408的输入)包括由所述电解槽产生的纯氢气H2和纯氧O2。来自所述分离器302、在所述注水端口419b输入的低压/低温的工作流体在所述燃烧室408中经历12:1到16:1的数量级的压缩，并且压缩的工作流体在所述燃烧室408中与所述H2 114和 所述O2 116混合，优选地以2公斤所述H2 114对8公斤所述O2 116的比率混合，正如在流量计(未示出)中所测量并且由蒸汽分析(未示出)所检查的那样，以产生超临界蒸汽用于驱动所述燃气轮机410。在一个实施例中，代替化石燃料或其他碳基燃料，使用所述H2 114和所述O2 116气体作为燃料来与大气空气混合的原因有两个：(a)为了将蒸汽温度增加到超临界水平；以及(b)为了消除释放到大气中的二氧化碳(CO2)。如众所周知的，碳基燃料(例如，煤、石油、天然气等)与空气的组合，尽管他们提供了常规电厂中使用的所述燃烧燃料，然而也受到低温的低效率和对大气排放的有害的环境影响以及所述双闭环发电系统101的组件的腐蚀的诟病。
用于在所述双闭环发电系统101中使用的所述燃气轮机410的示例，包括由劳斯莱斯公司制造的T56-A型系列的燃气轮机发动机；以及由德国西门子公司(Siemensof Germany)制造的SST-200型蒸汽轮机。
图4C示出了所述蒸汽轮机组件140的详细视图。在一个实施例中，所述蒸汽轮机组件140可以包括蒸汽轮机428、第二驱动轴430和第二发电机142。在一个实施例中，所述蒸汽轮机428可以接收所述第六工作流体123f(包括蒸汽)；其中，所述蒸汽轮机428可以使用从所述第六工作流体123f接收的能量来驱动所述第二驱动轴430；进一步地，其中，所述第二驱动轴430可以驱动所述第二发电机142，而后者可以生成所述输出电力106的所述第二部分106b。
在一个实施例中，所述蒸汽轮机组件140可以通过所述第六管道180f接收所述第六工作流体123f并且将所述第五工作流体123e排放到所述第五管道180e。在一个实施例中，所述第五工作流体123e可以包括排出的废液+废汽，被排出的废液+废汽然后被压缩到所述冷凝器组件128中。在一个实施例中，所述冷凝器组件128可以通过所述第五管道180e接收所述第五工作流体123e以及通过所述第十一管道180n接收所述第十一工作流体123n。在一个实施例中，所述冷凝器组件128可以包括通过所述第十二管道180p的所述第十二工作流体123p和通过所述第十三管道180q的所述第十三工作流体123q。在一个实施例中，所述第十一工作流体123n和所述第五工作流体123e不混合(comingle)；更确切地说，所述第十一工作流体123n被用于冷却和压缩所述 第五工作流体123e。
在一个实施例中，所述第十三工作流体123q可以在所述输出水108(已示出)处退出所述双闭环发电系统101，或者可以在所述输入水104(未示出)处被重新使用。在一个实施例中，所述输出水108可用于商业或市政用途。在一个实施例中，所述第十三工作流体123q可以被称为“排水”流体。在一个实施例中，所述第十三工作流体123q可以包括基本上纯的水流体，它可能需要被混合调低用于人类使用，如本领域已知的。
在一个实施例中，所述蒸汽轮机组件140可以驱动轴430，而该轴可以驱动所述第二发电机142产生所述输出电力106的第二部分106b。
图4D示出了所述输出电力106的详细视图。在一个实施例中，所述输出电力106还可以包括所述一个或多个变压器156以收集和转换所述输出电力106的所述第一部分106a和所述第二部分106b，所述输出电力106被传输至所述配电网105。在一个实施例中，电网运营商或系统设计者可以按照偏好、安全和预算确定使用的所述一个或多个变压器156的适当的数目，如本领域中已知的。例如，在一个实施例中，已知的是在环形总线系统中经常使用冗余变压器。
图5A、图5B和图5C示出了市场负荷表500。图5A示出了具有预测市场负荷502和实际市场负荷504的市场负荷表500。图5B示出了仅具有实际市场负荷504的市场负荷表500。图5C示出了具有预测市场负荷502的市场负荷表500。所述市场负荷表500表示可以从西南电网(Southwest Power Pool)(spp.org)公开得到的图表，并且是来自电网运营商的数据。
众所周知，在现有技术中，所述市场实际负荷504并不总是与预测市场负荷502一致。因此，尽管电网运营商花太多精力预测所述实际市场负荷504然而他们也并不完全正确。所述预测市场负荷502与所述实际市场负荷504之间的增量(Delta)对电网运营商代表了意义重大的问题。在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以有助于克服所述实际市场负荷504中的意外的尖峰和下降，原因是所述双闭环发电系统101能够廉价地拉高产量以满足意外的需求。相反，在所述双闭环发电系统101被用于向所述预测市场负荷502提供基本负荷的一部分的情况下，所述双闭环发电系统101可以通过购买过剩的电力 产量并将其转换成所述H2 114和所述O2 116而被用于吸收这种过剩的产量。
所述市场负荷表500还表示了系统事件510，该系统事件510包括意外的负荷下降512和再平衡补偿514。在一个实施例中，所述系统事件510可以包括基本上不同于由所述预测市场负荷502所预期的所述实际市场负荷504上的事件。这里，可能已经由设备故障或许多其他意外情况造成了所述意外的负荷下降512。在这种情况下，系统经过所述再平衡补偿514的补偿并且最终拉平回到所述预测市场负荷502上以及在其附近。
所述发电系统简化的框图100包括若干新特征，该新特征对于基于在组合的布雷顿/朗肯循环中操作的燃气轮机和蒸汽轮机的组合，在双闭环水/蒸汽系统中从可再生能源发电来说给予了许多优点。
第一，所述燃气轮机组件118是由纯氢气(H2)和纯氧气(O2)来点火的，所述纯氢气和纯氧气被馈送至所述燃气轮机组件118的所述燃烧室408以产生超临界蒸汽。因此，(a)所述燃烧压力和温度远远高于在常规电厂中使用的是空气(其只有20％的氧)的情况。该混合物产生超临界蒸汽，该蒸汽在高压下排出所述燃烧室，因此具有较高的能量含量用于驱动所述燃气轮机组件118和发电机组合。使用纯氢气和氧气产生的超临界蒸汽也比其它材料更不易造成腐蚀；(b)此外，将从压缩机馈送至所述燃烧室的蒸汽与要被在所述燃烧室中燃烧的所述H2 114和所述O2 116混合，这增大了质量以将所述燃烧室中的蒸汽保持在材料的热极限内，该材料是在驱动发电机的所述燃气轮机组件118中所使用的；进一步地，(c)，因为仅有的燃烧产物是水蒸汽而没有有害的空气污染物或腐蚀性物质产生，这些物质在使用必须将大气与空气中的氧气组分一起加热的大气中介的情况下会产生，另外，这种方法代表对于系统的巨大的热量损失。
第二，在所述热交换器111(图1)和/或所述第一热交换器111a(图3A-图3B)中再利用热被发现是高效的。
第三，组合位于两个闭环中的所述燃气轮机组件118和所述蒸汽轮机组件140，(a)保护所述燃气轮机组件118免于异物造成的损害，异物很容易被抽进开环、送气系统中的系统，从而减少由于维修和保养所造成的停机时间。另外，(b)闭环操作意味着，所述双闭环发电系统101在100％的时间内都在标 准的ISO条件-也就是，15摄氏度、60％相对湿度和29.72英寸汞柱(in.Hg.)的海平面气压-下操作。此外，(c)缺乏将碳化合物排放(如适用)到大气中消除了由这些物质造成的空气污染。
在操作中，所述双闭环发电系统101的闭环、级联架构，采用纯氢气和氧气作为燃料以及地热或地下水作为馈水或初始热源，提供了机会来提高效率和大幅度降低损失，以及大幅度减少有害气体排放到大气中。
在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以是对于提供所述配电网105所要求的VARs有用的。在输电和配电中，伏安无功(volt-ampere reactive,var)是用于测量交流电力系统中的无功功率的单位。当电流与电压不同相时在交流电路中存在无功功率。在一个实施例中，无功功率由按照亨利定律(Henry’s law)的电感产生而且不平衡。不平衡造成电压失控。在一个实施例中，在所述配电网105中可以分布多个所述双闭环发电系统101以根据需要提供校正的VAR至所述配电网105。在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以过滤和平衡在所述配电网105中的VAR需求。
图6示出资源模型表600。在一个实施例中，所述资源模型表600可以示出可以从负荷无缝移动到发电的资源。在一个实施例中，所述资源模型表600可以包括系统斜坡率列602(表示所述双闭环发电系统101的斜坡率)、发电列604和需求响应列606。在一个实施例中，所述资源模型表600可以示出在上限608和下限610之间的用电和发电原理。在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以比替代系统更快地拉升以满足所述配电网105的需求并在发电超出需求时存储电力。这种迅速提升并存储额外的电力的能力在使得所述双闭环发电系统101成为所述配电网105的运营商的宝贵工具方面起作用。
所述资源模型图600是基于一个类似的表，该表可以在2013年10月30日的纽约州纽约市(New York,NY)APEC会议上由格雷格·库克(Greg Cook)所做的加州ISO(California ISO)演示中找到。
所述资源模型表600可以包括表示所述上限608和所述下限610的绝对值的总和的最大斜坡率(ramp)612。在一个实施例中，所述最大斜坡率612可以包括必须由电力系统来克服的距离，并且基于电力系统的未来需求而预测所述最大斜坡率612增加。因此，所述双闭环发电系统101可以帮助容纳电力斜 坡率的需求。
可替代地，在一个实施例中，所述双闭环发电系统101可以使用所述电解槽，来提供捕获了从大型感应源的瞬变、谐波过滤和溢出的风的系统平衡并解决零序的问题。事实上，所述双闭环发电系统101几乎可以瞬间响应来平衡所述配电网105中的负荷。
图7示出一个基本负荷场景表700。在一个实施例中，所述基本负荷场景表700可以示出加利福尼亚随时间至2020年的负荷。在一个实施例中，所述基本负荷场景表700可以包括用于风能负荷702的值、用于总的太阳能负荷704的值、用于净负荷706的值和用于负荷708的值。所述基本负荷场景表700示出了在预测发电时所述风能负荷702和所述总太阳能负荷704的变化。因此，所述双闭环发电系统101的快速斜坡率可用于协助这一电力管理环境。因此，在一个实施例中所述双闭环发电系统101可以利用其储存的所述H2 114和所述O2116来帮助管理所述配电网105的需求。事实上，所述双闭环发电系统101可以通过在发电时刻和用电时刻之间存储电力来协助处理所述风能负荷702表示的突来的狂风，或者所述总的太阳能负荷704表示的经过的云。最终，这项技术将有助于推出更多的所述风能或太阳能电池阵列404，因为管理者们现在拥有了用于使用他们生成的电力的工具。
请注意，所述基本负荷场景表700是从由马克·罗斯里德先生(Mr.MarkRothleder)为2013年8月5日的加利福尼亚ISO的2013年夏季研讨会的灵活创新性所做的演示中取得的。
尽管仅以本发明的形式之一已经示出本发明，然而本发明并未因此受限，而是容许各种变化和修改而不偏离其精神。在一个替代实施例中，蒸汽轮机输入环路中的锅炉可以是可选的。
在所示操作方法的细节中进行各种改变都是可能的，而不脱离以下权利要求的范围。一些实施例可以结合为本文中描述为独立步骤的活动。类似地，所述的一个或多个步骤可以省略，这取决于正在其中实施该方法的具体操作环境。应该理解的是，上面的描述旨在说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例可以彼此组合使用。对于本领域技术人员来说，一旦阅读了以上描述则许多其它实施例将是显而易见的。因此本发明的范围应该参照所附权利要求，连同这 些权利要求的主题的等效物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“在其中(in which)”用作其各自的术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同词。

Claims (31)

1.一种组合的循环双闭环发电系统，包括：
燃气轮机组件，所述燃气轮机组件包括：燃烧室、压缩机、第一泵、第一驱动轴、燃气轮机和第一发电机；
蒸汽轮机组件，所述蒸汽轮机组件包括：第二泵、第二驱动轴、蒸汽轮机和第二发电机；
燃气轮机环路，所述燃气轮机环路能够保持并传送工作流体的第一部分；
蒸汽轮机环路，所述蒸汽轮机环路能够保持并传送所述工作流体的第二部分；
两个闭环，所述两个闭环包括所述燃气轮机环路和所述蒸汽轮机环路；
所述工作流体包括位于所述两个闭环之中的不同阶段的液体和蒸汽；
所述工作流体的所述第一部分通过所述燃气轮机组件和第一热交换器进行循环；
所述工作流体的所述第二部分通过所述蒸汽轮机组件和所述第一热交换器进行循环；
所述第一热交换器将第一热能从所述燃气轮机环路传递至所述蒸汽轮机环路；
所述燃气轮机组件通过燃烧H2和O2运转所述燃气轮机并且驱动所述第一发电机来生成输出电力的第一部分；
所述蒸汽轮机组件通过将所述第一热能传递至所述蒸汽轮机并且驱动所述第二发电机来生成所述输出电力的第二部分；
所述燃气轮机环路包括：
第一管道，所述第一管道将第一工作流体从所述燃气轮机组件运载至所述第一热交换器，
第二管道，所述第二管道将第二工作流体从所述第一热交换器运载至分离器组件，
第三管道，所述第三管道将第三工作流体从所述分离器组件运载至所述燃气轮机组件，以及
第四管道，所述第四管道将第四工作流体从所述分离器组件运载至所述燃气轮机组件；
所述第一工作流体包括：来自所述燃气轮机组件的废气；
所述第三工作流体包括蒸汽；
所述第四工作流体包括液体；
所述第四管道包括所述第一泵，所述第一泵能够调节通过所述第四管道的所述第四工作流体的流率；
所述分离器组件能够将所述第二工作流体分离成：
包括所述第三工作流体的蒸汽部分以及
包括所述第四工作流体的液体部分；
所述蒸汽轮机环路包括：
第五管道，所述第五管道将第五工作流体从所述蒸汽轮机组件传送至所述第一热交换器，以及
第六管道，所述第六管道将第六工作流体从所述第一热交换器传送至所述蒸汽轮机组件；
所述第五工作流体包括来自所述蒸汽轮机组件的废气；
所述第一热交换器能够在所述第六工作流体被传送回所述蒸汽轮机组件之前对所述第六工作流体加热；
电解槽；
所述电解槽生成所述H2和O2；
所述工作流体的所述第一部分包括第一工作流体、第二工作流体和第三工作流体；
所述工作流体的所述第二部分包括所述第五工作流体、第十二工作流体、第六工作流体和第十四工作流体；
所述第一工作流体从所述燃气轮机组件流至所述第一热交换器；
所述第二工作流体从所述第一热交换器流至第二热交换器，
第八工作流体从所述第二热交换器流至分离器；
所述第四工作流体和所述第三工作流体从所述分离器流至所述燃气轮机组件；
所述第五工作流体从所述蒸汽轮机组件流至冷凝器组件；
所述第十二工作流体从所述冷凝器组件流至所述第一热交换器；
所述第六工作流体从所述第一热交换器流至锅炉；以及
所述第十四工作流体从所述锅炉流至所述蒸汽轮机组件；
所述第二泵被放置于第十二管道上，并且能够调节从所述冷凝器组件至第一热交换器的所述第十二工作流体的流率。
2.一种组合的循环双闭环发电系统，包括：
燃气轮机组件，所述燃气轮机组件包括：燃烧室、压缩机、第一泵、第一驱动轴、燃气轮机和第一发电机；
蒸汽轮机组件，所述蒸汽轮机组件包括：第二泵、第二驱动轴、蒸汽轮机和第二发电机；
燃气轮机环路，所述燃气轮机环路能够保持并传送工作流体的第一部分；
蒸汽轮机环路，所述蒸汽轮机环路能够保持并传送所述工作流体的第二部分；
两个闭环，所述两个闭环包括所述燃气轮机环路和所述蒸汽轮机环路；
所述工作流体包括位于所述两个闭环之中的不同阶段的液体和蒸汽；
所述工作流体的所述第一部分通过所述燃气轮机组件和第一热交换器进行循环；
所述工作流体的所述第二部分通过所述蒸汽轮机组件和所述第一热交换器进行循环；
所述第一热交换器将第一热能从所述燃气轮机环路传递至所述蒸汽轮机环路；
所述燃气轮机组件通过燃烧H2和O2运转所述燃气轮机并且驱动所述第一发电机来生成输出电力的第一部分；以及
所述蒸汽轮机组件通过将所述第一热能传递至所述蒸汽轮机并且驱动所述第二发电机来生成所述输出电力的第二部分。
3.根据权利要求2所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述燃气轮机环路包括：
第一管道，所述第一管道将第一工作流体从所述燃气轮机组件运载至所述第一热交换器，
第二管道，所述第二管道将第二工作流体从所述第一热交换器运载至分离器组件，
第三管道，所述第三管道将第三工作流体从所述分离器组件运载至所述燃气轮机组件，以及
第四管道，所述第四管道将第四工作流体从所述分离器组件运载至所述燃气轮机组件；
所述第一工作流体包括：来自所述燃气轮机组件的废气；
所述第三工作流体包括蒸汽；
所述第四工作流体包括液体；
所述第四管道包括所述第一泵，所述第一泵能够调节通过所述第四管道的所述第四工作流体的流率；以及
所述分离器组件能够将所述第二工作流体分离成：
包括所述第三工作流体的蒸汽部分以及
包括所述第四工作流体的液体部分。
4.根据权利要求3所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述分离器组件包括第二热交换器和分离器；
所述第二管道将所述第二工作流体从所述第一热交换器传送至所述第二热交换器；
第七管道，所述第七管道将第七工作流体从输入水传送至所述第二热交换器；
所述第七工作流体进入所述第二热交换器并且成为在第十管道中的第十工作流体退出所述第二热交换器；
所述第二工作流体进入所述第二热交换器并且成为第八管道中的第八工作流体退出所述第二热交换器；
所述第二热交换器通过将第二热能从所述第二工作流体传递到所述第七工作流体来冷却所述第二工作流体；
所述第八管道将所述第八工作流体传送至所述分离器；以及
所述分离器将所述第八工作流体分离成所述第三工作流体和所述第四工作流体。
5.根据权利要求4所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述第十管道将所述第十工作流体从所述第二热交换器传送至注入井。
6.根据权利要求4所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述分离器排出第九工作流体，包括排出的废液；
并且第九管道将所述第九工作流体从所述分离器传送至输出水。
7.根据权利要求4所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
其中，所述第七工作流体包括水。
8.根据权利要求3所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述第三管道将所述第三工作流体从所述分离器组件传送至所述燃气轮机组件的所述压缩机；
所述第四管道将所述第四工作流体从所述分离器组件传送至所述燃气轮机组件的所述燃烧室；
第十七管道将所述H2传送至所述燃烧室；
第十九管道将所述O2传送至所述燃烧室；
第二十管道将第二十工作流体从所述压缩机传送至所述燃烧室；
第二十一管道将第二十一工作流体从所述燃烧室传送至所述燃气轮机；
所述第二十一工作流体包括用于所述燃气轮机的燃料；
所述第一工作流体经过所述第一管道从所述燃气轮机组件中排出；
所述燃气轮机驱动所述第一驱动轴；
所述第一驱动轴驱动所述第一发电机；以及
所述第一发电机生成所述输出电力的所述第一部分。
9.根据权利要求2所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述蒸汽轮机环路包括：
第五管道，所述第五管道将第五工作流体从所述蒸汽轮机组件传送至所述第一热交换器，和
第六管道，所述第六管道将第六工作流体从所述第一热交换器传送至所述蒸汽轮机组件；
所述第五工作流体包括来自所述蒸汽轮机组件的废气；
所述第一热交换器能够在所述第六工作流体被传送回所述蒸汽轮机组件之前对所述第六工作流体进行加热；以及
所述第二泵被放置在所述第五管道上并且能够调节从所述蒸汽轮机组件流至第一热交换器的所述第五工作流体的流率。
10.根据权利要求9所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述蒸汽轮机环路还包括位于所述蒸汽轮机组件与所述第二泵之间的冷凝器组件；
所述第五管道将所述第五工作流体从所述蒸汽轮机组件传送至所述冷凝器组件；
第十二管道将第十二工作流体从所述冷凝器组件传送至所述第一热交换器；
第十一管道将第十一工作流体从输入水传送至所述冷凝器组件；
第十三管道将第十三工作流体从所述冷凝器组件传送至输出水；
所述第五工作流体并不与所述第十一工作流体混合；
所述第五工作流体在所述冷凝器组件中被冷却和凝结并且成为所述第十二工作流体退出；以及
所述第十一工作流体成为所述第十三工作流体离开所述冷凝器组件。
11.根据权利要求10所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述第十三工作流体能够在被稀释后用作饮用水。
12.根据权利要求9所述的组合的循环双闭环发电系统，还包括锅炉；
所述锅炉能够通过燃烧部分输入天然气来加热部分所述蒸汽轮机环路；
所述第六管道将所述第六工作流体从所述第一热交换器传送至所述锅炉；以及
第十四管道将第十四工作流体从所述锅炉传送至所述蒸汽轮机组件。
13.根据权利要求2所述的组合的循环双闭环发电系统，
还包括电解槽；并且其中，
所述电解槽生成所述H2和O2。
14.根据权利要求13所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
第十五管道将第十五工作流体从输入水传送至所述电解槽；并且
所述电解槽组合输入电力和所述第十五工作流体来产生所述H2和O2。
15.根据权利要求14所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述第十五工作流体包括由水处理系统处理过的水。
16.根据权利要求14所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述输入电力附接于配电网；以及
所述配电网包括传统的发电系统。
17.根据权利要求14所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述输入电力附接于配电网；以及
所述配电网包括风能或者太阳能电池阵列。
18.根据权利要求13所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
由所述电解槽生成的所述H2和O2，在被所述燃气轮机组件使用之前被分别存储在H2储存罐和O2储存罐中。
19.根据权利要求2所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述工作流体的所述第一部分包括第一工作流体、第二工作流体和第三工作流体；
所述工作流体的所述第二部分包括第五工作流体、第十二工作流体、第六工作流体和第十四工作流体；
所述第一工作流体从所述燃气轮机组件流至所述第一热交换器；
所述第二工作流体从所述第一热交换器流至第二热交换器，
第八工作流体从所述第二热交换器流至分离器；
第四工作流体和第三工作流体被从所述分离器传送至所述燃气轮机组件；
所述第五工作流体从所述蒸汽轮机组件流至冷凝器组件，
所述第十二工作流体从所述冷凝器组件流至所述第一热交换器，
所述第六工作流体从所述第一热交换器流至锅炉；以及
所述第十四工作流体从所述锅炉流至所述蒸汽轮机组件。
20.根据权利要求19所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述工作流体的所述第一部分和所述工作流体的所述第二部分包括水。
21.根据权利要求2所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述输出电力的所述第一部分和所述输出电力的所述第二部分被连接到与配电网连接的一个或多个变压器上。
22.根据权利要求2所述的组合的循环双闭环发电系统，其中：
所述蒸汽轮机组件和所述燃气轮机组件能够对所述输出电力生成VARs。
23.一种使用组合的循环双闭环发电系统的方法，包括：
通过燃烧部分H2和O2利用燃气轮机组件来生成输出电力的第一部分；
循环经过燃气轮机环路的工作流体的第一部分和通过蒸汽轮机环路的所述工作流体的第二部分；
利用第一热能来加热所述蒸汽轮机环路，所述第一热能发自所述燃气轮机环路并利用第一热交换器进行传递；
将所述工作流体的所述第二部分传送至蒸汽轮机组件；并且
利用所述蒸汽轮机组件生成所述输出电力的第二部分；
其中，
所述燃气轮机组件包括：燃烧室、压缩机、第一泵、第一驱动轴、燃气轮机和第一发电机；
所述蒸汽轮机组件包括：第二泵、第二驱动轴、蒸汽轮机和第二发电机；
所述燃气轮机环路能够保持并传送工作流体的第一部分；
所述蒸汽轮机环路能够保持并传送所述工作流体的第二部分；
两个闭环，所述两个闭环包括所述燃气轮机环路和所述蒸汽轮机环路；
所述工作流体包括位于所述两个闭环之中的不同阶段的液体和蒸汽；
所述工作流体的所述第一部分经过所述燃气轮机组件和第一热交换器循环；
所述工作流体的所述第二部分经过所述蒸汽轮机组件和所述第一热交换器循环；
所述第一热交换器将第一热能从所述燃气轮机环路传递至所述蒸汽轮机环路。
24.根据权利要求23所述的方法，包括：
电解槽接收输入电力和输入水；
用所述电解槽电解所述输入水；以及
利用所述电解槽生成所述H2和O2。
25.根据权利要求24所述的方法，包括：
将所述H2和所述O2分别存储在H2储存罐和O2储存罐中。
26.根据权利要求23所述的方法，包括：
在不使用化石燃料的前提下生成所述输出电力。
27.根据权利要求23所述的方法，包括：
在最小化CO2排放的情况下生成所述输出电力。
28.根据权利要求23所述的方法，包括：
将来自配电网的能量存储到H2储存罐和O2储存罐中以在后续时间使用。
29.根据权利要求28所述的方法，包括：
存储由风能或者太阳能电池阵列所生成的能量。
30.根据权利要求23所述的方法，包括：
通过从所存储的部分所述H2和所述O2按需生成所述输出电力来平衡配电网的负荷。
31.根据权利要求23所述的方法，包括：
控制由所述燃气轮机组件和所述蒸汽轮机组件所生成的电压和VARs。
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