Co je Rankinův cyklus?

Rankinův cyklus je termín popisující proces, který využívá teplo k vykonávání práce. Je pojmenována po skotském inženýrovi a fyzikovi Williamovi Johnovi Macquorn Rankine. Teplo obvykle vytváří páru, která pohání turbínu. Používá se především k výrobě elektřiny a od roku 2011 představuje přibližně 80% elektřiny používané na celém světě.

Základním principem je tekutina - obvykle voda, ale označovaná jako „pracovní tekutina“ - tekoucí v uzavřené smyčce se čtyřmi hlavními součástmi: čerpadlo, kotel, turbína a kondenzátor. Externí zdroj tepla v kotli přemění kapalnou pracovní tekutinu na páru, která pohání turbínu, a poté kondenzuje na kapalinu, která se čerpá zpět do kotle. Pára opouští kotel při vysoké teplotě - do 538 ° C - a tlaku - do 4 500 psig (31 026,4 kPag) - a to je expanze tohoto horkého, vysokotlakého plynu, který pohání turbínu hřídel, produkující rotaci, která může generovat elektřinu nebo řídit motor. Účinnost Rankinova cyklu může dosáhnout kolem 40%.

Tento proces je základem pro většinu elektráren, kde se palivo používá jako zdroj tepla k výrobě elektřiny. Palivem může být ropa, uhlí, plyn, biomasa nebo jaderné palivo; protože zdroj tepla je vnější, lze použít cokoli, co může vytvářet dostatečné teplo. Technologii Rankinova cyklu v menším měřítku lze také využít k využití odpadního tepla z tradičních elektráren. Například elektrárny spalující plyn používají spalovací turbíny, které vytvářejí horké výfukové plyny, protože na rozdíl od Rankinových cyklů nepracují v uzavřené smyčce. Je možné je kombinovat s generátorem Rankinova cyklu, který používá horký plyn k výrobě páry, čímž se výrazně zvyšuje energetická účinnost.

Kapaliny jiné než voda lze použít v Rankinově cyklu, kde nabízejí výhody v konkrétních aplikacích. Například elektrárny, které pracují ve velmi chladných podmínkách, mohou vyžadovat kapalinu s nižším bodem mrazu. Bylo použito množství organických tekutin a pentan byl úspěšně použit v generátoru Rankinova cyklu, který využívá horké výfukové plyny z plynové elektrárny jako zdroj tepla, jak je popsáno výše. Proces, který používá organickou tekutinu tímto způsobem, je znám jako organický Rankinův cyklus (ORC).

Mnoho projektů v oblasti obnovitelné energie využívá k výrobě energie technologii ORC. To je často používáno v geotermálních elektrárnách a tento systém byl upraven pro použití v některých solárních elektrárnách, kde je sluneční světlo soustředěno, aby poskytovalo teplo pro pohon cyklu. Malé generátory, které používají tuto technologii, se staly dostupnými pro využití odpadního tepla z různých průmyslových procesů.