Hva er Rankine-syklusen?

Rankine-syklusen er et begrep som beskriver en prosess som bruker varme til å utføre arbeid. Den er oppkalt etter den skotske ingeniøren og fysikeren William John Macquorn Rankine. Generelt produserer varmen damp som driver en turbin. Den brukes primært til å produsere strøm, og utgjør 2011 cirka 80% av strømmen som brukes over hele verden.

Det grunnleggende prinsippet innebærer en væske - vanligvis vann, men referert til som "arbeidsvæsken" - som renner i en lukket sløyfe med fire hovedkomponenter: en pumpe, en kjele, en turbin og en kondensator. I kjelen konverterer en ekstern varmekilde væskens arbeidsvæske til en damp som driver turbinen og kondenseres deretter til en væske, som pumpes tilbake i kjelen. Dampen forlater kjelen ved en høy temperatur - opp til 538 ° C (5 000 ° F) - og trykk - opp til 4500 psig (31,026,4 kPag) - og det er utvidelsen av denne varme, høytrykksgassen som driver turbinen aksel, produserer en rotasjon som kan generere strøm eller drive en motor. Rankine syklus effektivitet kan nå rundt 40%.

Denne prosessen er grunnlaget for de fleste kraftverk der drivstoff brukes som varmekilde for å generere strøm. Drivstoffet kan være olje, kull, gass, biomasse eller kjernefysisk; siden varmekilden er ekstern kan alt som kan generere tilstrekkelig varme brukes. Rankine syklus teknologi i mindre skala kan også brukes til å utnytte spillvarme fra tradisjonelle kraftverk. For eksempel bruker gasskraftkraftverk forbrenningsturbiner som genererer varm avgass, i motsetning til Rankine syklus-turbiner, de ikke opererer i lukket sløyfe. Det er mulig å kombinere disse med en Rankine-syklusgenerator som bruker den varme gassen for å produsere dampen, og dermed forbedre energieffektiviteten.

Andre væsker enn vann kan brukes i en Rankine-syklus hvor de gir fordeler i spesielle bruksområder. For eksempel kan kraftverk som opererer under veldig kalde forhold kreve væske med lavere frysepunkt. Et antall organiske væsker er blitt brukt, og pentan er blitt anvendt med suksess i en Rankine-syklusgenerator som utnytter varm avgass fra et gasskraftverk som en varmekilde, som beskrevet ovenfor. En prosess som bruker organisk væske på denne måten er kjent som en organisk Rankine-syklus (ORC).

Mange fornybare energiprosjekter bruker ORC-teknologi for å generere kraft. Det brukes ofte i geotermiske kraftverk, og dette systemet er tilpasset for å brukes i noen solkraftverk, der sollyset er fokusert for å gi varmen til å drive syklusen. Småskala generatorer som bruker denne teknologien har blitt tilgjengelig for å utnytte spillvarme fra en rekke industrielle prosesser.