Что такое цикл Ренкина?

Цикл Ранкина - это термин, описывающий процесс, который использует тепло для выполнения работы. Он назван в честь шотландского инженера и физика Уильяма Джона Маккуорна Ранкина. Как правило, тепло производит пар, который приводит в движение турбину. Он в основном используется для выработки электроэнергии, и по состоянию на 2011 год на его долю приходится около 80% электроэнергии, используемой во всем мире.

Основной принцип включает жидкость, обычно воду, но называемую «рабочей жидкостью», протекающую в замкнутом контуре с четырьмя основными компонентами: насосом, бойлером, турбиной и конденсатором. В котле внешний источник тепла преобразует жидкую рабочую жидкость в пар, который приводит в движение турбину, а затем конденсируется в жидкость, которая закачивается обратно в котел. Пар выходит из котла при высокой температуре - до 1000 ° F (538 ° C) - и давлении - до 4500 фунтов на квадратный дюйм (31 026,4 кПа) - и именно расширение этого горячего газа высокого давления приводит в движение турбину вал, производящий вращение, которое может генерировать электричество или приводить в движение двигатель. Эффективность цикла Ренкина может достигать около 40%.

Этот процесс является основой для большинства электростанций, где топливо используется в качестве источника тепла для выработки электроэнергии. Топливо может быть нефтью, углем, газом, биомассой или ядерным топливом; поскольку источник тепла является внешним, можно использовать все, что может генерировать достаточное количество тепла. Технология цикла Ренкина в меньших масштабах также может использоваться для использования отработанного тепла традиционных электростанций. Например, на электростанциях, работающих на газе, используются турбины внутреннего сгорания, которые вырабатывают горячий выхлопной газ, поскольку, в отличие от турбин Рэнкина, они не работают в замкнутом контуре. Их можно комбинировать с генератором цикла Ранкина, который использует горячий газ для производства пара, что значительно повышает энергоэффективность.

Жидкости, отличные от воды, могут использоваться в цикле Ренкина, где они предлагают преимущества в конкретных применениях. Например, электростанции, которые работают в очень холодных условиях, могут нуждаться в жидкости с более низкой температурой замерзания. Был использован ряд органических жидкостей, и пентан был успешно использован в генераторе цикла Ренкина, который использует горячий выхлопной газ из газовой электростанции в качестве источника тепла, как описано выше. Процесс, который использует органическую жидкость таким способом, известен как органический цикл Ренкина (ORC).

Многие проекты в области возобновляемых источников энергии используют технологию ORC для выработки электроэнергии. Он часто используется на геотермальных электростанциях, и эта система была адаптирована для использования на некоторых солнечных электростанциях, где солнечный свет фокусируется для обеспечения тепла для управления циклом. Небольшие генераторы, использующие эту технологию, стали доступны для использования отработанного тепла в различных промышленных процессах.