Wat is de Rankine-cyclus?
De Rankinecyclus is een term die een proces beschrijft dat warmte gebruikt om werkzaamheden uit te voeren. Het is vernoemd naar de Schotse ingenieur en natuurkundige William John Macquorn Rankine. Over het algemeen produceert de warmte stoom die een turbine aandrijft. Het wordt voornamelijk gebruikt om elektriciteit op te wekken en vertegenwoordigt vanaf 2011 ongeveer 80% van het elektriciteitsverbruik over de hele wereld.
Het basisprincipe omvat een vloeistof - meestal water, maar ook wel de "werkvloeistof" genoemd - die in een gesloten lus stroomt met vier hoofdcomponenten: een pomp, een boiler, een turbine en een condensor. In de ketel zet een externe warmtebron de vloeibare werkvloeistof om in een damp die de turbine aandrijft en wordt vervolgens gecondenseerd in een vloeistof, die terug in de ketel wordt gepompt. De damp verlaat de ketel op hoge temperatuur - tot 1.000 ° F (538 ° C) - en druk - tot 4.500 psig (31.026.4 kPag) - en het is de expansie van dit hete, hogedrukgas dat de turbine aandrijft as, die een rotatie produceert die elektriciteit kan genereren of een motor kan aandrijven. Rankine-cyclusefficiëntie kan ongeveer 40% bereiken.
Dit proces is de basis voor de meeste energiecentrales waar brandstof wordt gebruikt als warmtebron om elektriciteit op te wekken. De brandstof kan olie, steenkool, gas, biomassa of nucleaire; omdat de warmtebron extern is, kan alles dat voldoende warmte kan genereren worden gebruikt. Rankine-cyclustechnologie op kleinere schaal kan ook worden gebruikt om restwarmte van traditionele energiecentrales te exploiteren. Gasgestookte krachtcentrales gebruiken bijvoorbeeld verbrandingsturbines die heet uitlaatgas genereren, omdat ze, in tegenstelling tot Rankine-cyclusturbines, niet in een gesloten lus werken. Het is mogelijk om deze te combineren met een Rankine-cyclusgenerator die het hete gas gebruikt om de stoom te produceren, waardoor de energie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.
Andere vloeistoffen dan water kunnen worden gebruikt in een Rankine-cyclus waar ze voordelen bieden in bepaalde toepassingen. Krachtcentrales die in zeer koude omstandigheden werken, kunnen bijvoorbeeld een vloeistof met een lager vriespunt nodig hebben. Een aantal organische vloeistoffen is gebruikt en pentaan is met succes toegepast in een Rankine-cyclusgenerator die heet uitlaatgas uit een gasgestookte krachtcentrale als een warmtebron exploiteert, zoals hierboven beschreven. Een proces dat op deze manier organische vloeistof gebruikt, staat bekend als een organische Rankinecyclus (ORC).
Veel duurzame energieprojecten gebruiken ORC-technologie om stroom op te wekken. Het wordt vaak gebruikt in geothermische centrales en dit systeem is aangepast om te worden gebruikt in sommige zonne-energiecentrales, waar het zonlicht wordt gericht om de warmte te leveren die de cyclus aandrijft. Kleinschalige generatoren die deze technologie gebruiken, zijn beschikbaar gekomen om restwarmte van verschillende industriële processen te benutten.