Abstract In this paper, the simultaneous production of power and freshwater by the integration of a gas turbine (GT), a supercritical carbon dioxide (S-CO2) cycle, an organic Rankine cycle (ORC) and a reverse osmosis (RO) desalination unit is proposed. The S-CO2 and the ORC are bottoming cycles that recover the waste heat from the exhaust gases of the GT. A RO seawater desalination unit has been added to this power generation cycle to produce low-cost freshwater. The thermodynamic modelling and the simulation of the integrated cycle are performed. In addition, exergetic, exergoeconomic and exergoenvironmental analyses have been carried out. Cyclopentane has been chosen as working fluid of the ORC. The results show that the total energy generated by the cycles is about 75.1 MW; the compressors and pumps consume 44% and the rest is sent to the electricity grid. The integration of the S-CO2 cycle with the gas turbine increases the total efficiency by 10.9%. Also, the addition of the ORC to this integration, improves the efficiency by about 2%. The cost of power generation in the gas turbine is about 0.604 $/s, in the turbine of the S-CO2 cycle about 0.182 $/s and in the turbine of ORC cycle about 0.036 $/s. The cost of freshwater production in the RO unit with 5 MW of power consumption is 0.88 $/m3. The results show that the proposed combined GT/S-CO2/ORC/RO regenerative system is promising in terms of waste heat recovery from gas turbines. As advantages, deep waste heat recovery, high exergetic efficiency, and low power and freshwater costs have been achieved.

中文翻译：

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基于集成燃气轮机、S-CO2 和 ORC 循环和 RO 脱盐装置的电力和淡水生产评估

摘要 在本文中，通过集成燃气轮机 (GT)、超临界二氧化碳 (S-CO2) 循环、有机朗肯循环 (ORC) 和反渗透 (RO) 海水淡化装置，同时生产电力和淡水。被提议。S-CO2 和 ORC 是从 GT 的废气中回收废热的底循环。该发电循环中增加了反渗透海水淡化装置，以生产低成本的淡水。执行热力学建模和综合循环的模拟。此外，还进行了热能、热能经济和热能环境分析。环戊烷已被选为 ORC 的工作流体。结果表明，循环产生的总能量约为75.1 MW；压缩机和泵消耗 44% 的电量，其余部分送入电网。S-CO2 循环与燃气轮机的集成使总效率提高了 10.9%。此外，在此集成中添加 ORC 可将效率提高约 2%。燃气轮机的发电成本约为 0.604 美元/秒，S-CO2 循环的涡轮机约为 0.182 美元/秒，ORC 循环的涡轮机约为 0.036 美元/秒。耗电量为 5 MW 的 RO 装置的淡水生产成本为 0.88 美元/立方米。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。S-CO2 循环与燃气轮机的集成使总效率提高了 10.9%。此外，在此集成中添加 ORC 可将效率提高约 2%。燃气轮机的发电成本约为 0.604 美元/秒，S-CO2 循环的涡轮机约为 0.182 美元/秒，ORC 循环的涡轮机约为 0.036 美元/秒。耗电量为 5 MW 的 RO 装置的淡水生产成本为 0.88 美元/立方米。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。S-CO2 循环与燃气轮机的集成使总效率提高了 10.9%。此外，在此集成中添加 ORC 可将效率提高约 2%。燃气轮机的发电成本约为 0.604 美元/秒，S-CO2 循环的涡轮机约为 0.182 美元/秒，ORC 循环的涡轮机约为 0.036 美元/秒。耗电量为 5 MW 的 RO 装置的淡水生产成本为 0.88 美元/立方米。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。燃气轮机的发电成本约为 0.604 美元/秒，S-CO2 循环的涡轮机约为 0.182 美元/秒，ORC 循环的涡轮机约为 0.036 美元/秒。耗电量为 5 MW 的 RO 装置的淡水生产成本为 0.88 美元/立方米。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。燃气轮机的发电成本约为 0.604 美元/秒，S-CO2 循环的涡轮机约为 0.182 美元/秒，ORC 循环的涡轮机约为 0.036 美元/秒。耗电量为 5 MW 的 RO 装置的淡水生产成本为 0.88 美元/立方米。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。结果表明，所提出的组合式 GT/S-CO2/ORC/RO 再生系统在燃气轮机的废热回收方面具有前景。作为优势，实现了深度余热回收、高发热量、低电力和淡水成本。