Hvad er Rankine-cyklus?

Rankine-cyklus er et udtryk, der beskriver en proces, der bruger varme til at udføre arbejde. Det er opkaldt efter den skotske ingeniør og fysiker William John Macquorn Rankine. Generelt producerer varmen damp, der driver en turbin. Det bruges primært til at generere elektricitet, og fra 2011 tegner det sig for cirka 80% af den elektricitet, der bruges i hele verden.

Det grundlæggende princip involverer en væske - normalt vand, men benævnt "arbejdsvæske" - der strømmer i en lukket sløjfe med fire hovedkomponenter: en pumpe, en kedel, en turbin og en kondensator. I kedlen konverterer en ekstern varmekilde væskens arbejdsfluid til en damp, der driver turbinen og kondenseres derefter til en væske, der pumpes tilbage i kedlen. Dampen forlader kedlen ved en høj temperatur - op til 1.000 ° F (538 ° C) - og tryk - op til 4.500 psig (31.026,4 kPag) - og det er udvidelsen af ​​denne varme højtryksgas, der driver turbinen skaft, der producerer en rotation, der kan generere elektricitet eller køre en motor. Rankine-cykluseffektivitet kan nå op på 40%.

Denne proces er grundlaget for de fleste kraftværker, hvor brændstof bruges som varmekilde til at generere elektricitet. Brændstoffet kan være olie, kul, gas, biomasse eller nuklear; da varmekilden er ekstern, kan alt, der kan generere tilstrækkelig varme, bruges. Rankine-cyklusteknologi i mindre skala kan også bruges til at udnytte spildvarme fra traditionelle kraftværker. F.eks. Bruger gasforbrændende kraftværker forbrændingsturbiner, der genererer varm udstødningsgas, da de i modsætning til Rankine-cyklusturbiner ikke fungerer i en lukket sløjfe. Det er muligt at kombinere disse med en Rankine-cyklusgenerator, der bruger den varme gas til at producere dampen, hvilket forbedrer energieffektiviteten kraftigt.

Andre væsker end vand kan bruges i en Rankine-cyklus, hvor de giver fordele i bestemte anvendelser. F.eks. Kan kraftværker, der kører under meget kolde forhold, kræve en væske med et lavere frysepunkt. Der er anvendt et antal organiske væsker, og pentan er blevet anvendt med succes i en Rankine-cyklusgenerator, der udnytter varm udstødningsgas fra et gasfyret kraftværk som en varmekilde, som beskrevet ovenfor. En proces, der bruger organisk væske på denne måde, er kendt som en organisk Rankine-cyklus (ORC).

Mange vedvarende energiprojekter bruger ORC-teknologi til at generere strøm. Det bruges ofte i geotermiske kraftværker, og dette system er blevet tilpasset til at blive brugt i nogle solenergianlæg, hvor sollyset er fokuseret for at give varmen til at drive cyklussen. Småskala generatorer, der bruger denne teknologi er blevet tilgængelige til at udnytte spildvarme fra en række industrielle processer.