Vad är Rankine-cykeln?

Rankine-cykeln är en term som beskriver en process som använder värme för att utföra arbete. Den är uppkallad efter den skotska ingenjören och fysikern William John Macquorn Rankine. I allmänhet producerar värmen ånga som driver en turbin. Den används främst för att generera el, och från och med 2011 står för cirka 80% av den el som används över hela världen.

Den grundläggande principen involverar en vätska - vanligtvis vatten, men kallas "arbetsfluid" - som flyter i en sluten slinga med fyra huvudkomponenter: en pump, en panna, en turbin och en kondensor. I pannan konverterar en extern värmekälla vätskans arbetsvätska till en ånga som driver turbinen och kondenseras sedan till en vätska, som pumpas tillbaka in i pannan. Ångan lämnar pannan vid en hög temperatur - upp till 538 ° C (upp till 1 000 ° F) - och tryck - upp till 4500 psig (31,026,4 kPag) - och det är expansionen av denna heta högtrycksgas som driver turbinen axel, producerar en rotation som kan generera el eller driva en motor. Rankine-cykeleffektiviteten kan uppgå till cirka 40%.

Denna process är grunden för de flesta kraftverk där bränsle används som värmekälla för att generera el. Bränslet kan vara olja, kol, gas, biomassa eller kärnkraft; eftersom värmekällan är extern kan allt som kan generera tillräckligt med värme användas. Rankine-cykelteknik i mindre skala kan också användas för att utnyttja spillvärme från traditionella kraftverk. Till exempel använder gasförbränningskraftverk förbränningsturbiner som genererar varm avgaser eftersom de, till skillnad från Rankine-cykelturbiner, inte fungerar i en sluten slinga. Det är möjligt att kombinera dessa med en Rankine-cykelgenerator som använder den heta gasen för att producera ångan och därmed förbättra energieffektiviteten kraftigt.

Andra vätskor än vatten kan användas i en Rankine-cykel där de erbjuder fördelar i speciella applikationer. Till exempel kan kraftverk som arbetar under mycket kalla förhållanden kräva en vätska med en lägre fryspunkt. Ett antal organiska vätskor har använts och pentan har framgångsrikt använts i en Rankine-cykelgenerator som utnyttjar het avgas från ett gaseldat kraftverk som en värmekälla, såsom beskrivits ovan. En process som använder organisk vätska på detta sätt kallas en organisk Rankine-cykel (ORC).

Många projekt för förnybar energi använder ORC-teknik för att generera kraft. Det används ofta i geotermiska kraftverk, och detta system har anpassats för att användas i vissa solkraftverk, där solljuset är fokuserat för att ge värmen för att driva cykeln. Småskaliga generatorer som använder denna teknik har blivit tillgängliga för att utnyttja spillvärme från olika industriella processer.