ランキンサイクルとは

ランキンサイクルは、熱を使用して作業を実行するプロセスを表す用語です。 スコットランドの技術者で物理学者のウィリアム・ジョン・マッコーン・ランキンにちなんで名付けられました。 一般的に、熱はタービンを駆動する蒸気を生成します。 これは主に発電に使用され、2011年現在、世界中で使用される電力の約80％を占めています。

基本原理は、4つの主要なコンポーネント（ポンプ、ボイラー、タービン、コンデンサー）を備えた閉ループを流れる流体（通常は水ですが、「作動流体」と呼ばれます）に関係します。 ボイラーでは、外部の熱源が液体の作動流体を蒸気に変換してタービンを駆動し、凝縮して液体になり、ポンプでボイラーに戻されます。 蒸気はボイラーを高温（最高538°C）で、最高圧力は最大4,500 psig（31,026.4 kPag）でボイラーから排出され、タービンを駆動するのはこの高温の高圧ガスの膨張です。シャフト、電気を生成したり、エンジンを駆動したりできる回転を生成します。 ランキンサイクルの効率は約40％に達することがあります。

このプロセスは、電気を生成する熱源として燃料が使用されるほとんどの発電所の基礎です。 燃料は、石油、石炭、ガス、バイオマス、または核燃料です。 熱源は外部にあるため、十分な熱を生成できるものなら何でも使用できます。 小規模のランキンサイクルテクノロジーを使用して、従来の発電所からの廃熱を利用することもできます。 たとえば、ガス燃焼発電所は、ランキンサイクルタービンとは異なり、閉ループで動作しないため、高温の排気ガスを生成する燃焼タービンを使用します。 これらを、高温ガスを使用して蒸気を生成するランキンサイクルジェネレーターと組み合わせて、エネルギー効率を大幅に改善することができます。

水以外の流体はランキンサイクルで使用でき、特定の用途で利点があります。 たとえば、非常に寒い状況で動作する発電所では、凝固点が低い流体が必要になる場合があります。 上記のように、多くの有機流体が使用されており、ペンタンは、ガス火力発電所からの高温排気ガスを熱源として利用するランキンサイクル発電機で成功裏に採用されています。 このように有機流体を使用するプロセスは、有機ランキンサイクル（ORC）として知られています。

多くの再生可能エネルギープロジェクトでは、ORCテクノロジーを使用して電力を生成しています。 多くの場合、地熱発電所で使用され、このシステムは、サイクルを駆動するための熱を提供するために太陽光が集中するいくつかの太陽光発電所での使用に適合されています。 この技術を使用する小規模発電機は、さまざまな産業プロセスからの廃熱を活用するために利用可能になりました。