Co to jest cykl Rankine'a?

Cykl Rankine'a to termin opisujący proces, który wykorzystuje ciepło do wykonywania pracy. Jego nazwa pochodzi od szkockiego inżyniera i fizyka Williama Johna Macquorna Rankine'a. Ogólnie rzecz biorąc, ciepło wytwarza parę, która napędza turbinę. Jest on przede wszystkim wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej, a od 2011 r. Stanowi około 80% energii elektrycznej zużywanej na całym świecie.

Podstawowa zasada polega na tym, że płyn - zwykle woda, ale nazywany „płynem roboczym” - płynie w zamkniętej pętli z czterema głównymi elementami: pompą, kotłem, turbiną i skraplaczem. W kotle zewnętrzne źródło ciepła przekształca płynny płyn roboczy w parę, która napędza turbinę, a następnie skrapla się w cieczy, która jest pompowana z powrotem do kotła. Para opuszcza kocioł w wysokiej temperaturze - do 1000 ° F (538 ° C) - i ciśnieniu - do 4500 psig (311 026,4 kPag) - i jest to ekspansja tego gorącego, wysokociśnieniowego gazu, który napędza turbinę wał, wytwarzający obrót, który może wytwarzać prąd lub napędzać silnik. Wydajność cyklu Rankine'a może osiągnąć około 40%.

Proces ten stanowi podstawę większości elektrowni, w których paliwo jest wykorzystywane jako źródło ciepła do wytwarzania energii elektrycznej. Paliwem może być ropa naftowa, węgiel, gaz, biomasa lub energia jądrowa; ponieważ źródło ciepła jest zewnętrzne, można wykorzystać wszystko, co może wytworzyć wystarczającą ilość ciepła. Technologię cyklu Rankine'a na mniejszą skalę można również wykorzystać do wykorzystania ciepła odpadowego z tradycyjnych elektrowni. Na przykład elektrownie opalane gazem wykorzystują turbiny spalinowe, które wytwarzają gorące gazy spalinowe, ponieważ w przeciwieństwie do turbin z obiegiem Rankine'a nie pracują w zamkniętej pętli. Możliwe jest połączenie ich z generatorem cyklu Rankine'a, który wykorzystuje gorący gaz do wytwarzania pary, co znacznie poprawia wydajność energetyczną.

Płyny inne niż woda mogą być stosowane w cyklu Rankine'a, gdzie oferują zalety w określonych zastosowaniach. Na przykład elektrownie działające w bardzo niskich temperaturach mogą wymagać płynu o niższej temperaturze krzepnięcia. Zastosowano wiele płynów organicznych i pentan z powodzeniem zastosowano w generatorze cyklu Rankine'a, który wykorzystuje gorące gazy spalinowe z elektrowni gazowej jako źródło ciepła, jak opisano powyżej. Proces wykorzystujący płyn organiczny w ten sposób jest znany jako organiczny cykl Rankine'a (ORC).

Wiele projektów energii odnawialnej wykorzystuje technologię ORC do generowania energii. Jest często stosowany w elektrowniach geotermalnych, a ten system został przystosowany do stosowania w niektórych elektrowniach słonecznych, w których światło słoneczne jest skupione, aby zapewnić ciepło do napędzania cyklu. Małe generatory wykorzystujące tę technologię stały się dostępne do wykorzystywania ciepła odpadowego z różnych procesów przemysłowych.