Quel est le cycle Rankine?
Le cycle de Rankine est un terme décrivant un processus qui utilise la chaleur pour effectuer un travail. Il porte le nom de l'ingénieur et physicien écossais William John Macquorn Rankine. Généralement, la chaleur produit de la vapeur qui entraîne une turbine. Il est principalement utilisé pour produire de l'électricité. En 2011, il représentait environ 80% de l'électricité utilisée dans le monde.
Le principe de base implique qu'un fluide - généralement de l'eau, mais appelé "fluide de travail" - circule dans une boucle fermée à quatre composants principaux: une pompe, une chaudière, une turbine et un condenseur. Dans la chaudière, une source de chaleur externe convertit le fluide de travail liquide en une vapeur qui entraîne la turbine et est ensuite condensée en un liquide, qui est ensuite pompé dans la chaudière. La vapeur quitte la chaudière à une température élevée - jusqu'à 538 ° C (1 000 ° F) - et une pression - jusqu'à 31 026,4 kPag (4 500 psig) - et c'est la détente de ce gaz chaud et haute pression qui entraîne la turbine arbre, produisant une rotation pouvant générer de l’électricité ou entraîner un moteur. L'efficacité du cycle de Rankine peut atteindre environ 40%.
Ce processus est à la base de la plupart des centrales électriques où le combustible est utilisé comme source de chaleur pour générer de l’électricité. Le combustible peut être du pétrole, du charbon, du gaz, de la biomasse ou du nucléaire; puisque la source de chaleur est externe, tout ce qui peut générer suffisamment de chaleur peut être utilisé. La technologie du cycle de Rankine à plus petite échelle peut également être utilisée pour exploiter la chaleur perdue des centrales électriques traditionnelles. Par exemple, les centrales à gaz utilisent des turbines à combustion qui génèrent des gaz d'échappement chauds car, contrairement aux turbines à cycle Rankine, elles ne fonctionnent pas en boucle fermée. Il est possible de les combiner avec un générateur de cycle Rankine qui utilise le gaz chaud pour produire de la vapeur, améliorant ainsi considérablement l'efficacité énergétique.
Les fluides autres que l'eau peuvent être utilisés dans un cycle de Rankine où ils offrent des avantages dans des applications particulières. Par exemple, les centrales fonctionnant par temps très froid peuvent nécessiter un fluide dont le point de congélation est plus bas. Un certain nombre de fluides organiques ont été utilisés et le pentane a été utilisé avec succès dans un générateur de cycle de Rankine qui exploite les gaz d'échappement chauds d'une centrale à gaz comme source de chaleur, comme décrit ci-dessus. Un processus qui utilise un fluide organique de cette manière est appelé cycle organique de Rankine (ORC).
De nombreux projets d'énergie renouvelable utilisent la technologie ORC pour générer de l'énergie. Il est souvent utilisé dans les centrales géothermiques et ce système a été adapté pour être utilisé dans certaines centrales solaires, où la lumière du soleil est concentrée pour fournir la chaleur nécessaire au cycle. Les petits producteurs qui utilisent cette technologie sont désormais disponibles pour exploiter la chaleur perdue provenant de divers processus industriels.