Ποιος είναι ο κύκλος Rankine;

Ο κύκλος Rankine είναι ένας όρος που περιγράφει μια διαδικασία που χρησιμοποιεί θερμότητα για να εκτελέσει εργασία.Ονομάστηκε από τον μηχανικό της Σκωτίας και τον φυσικό William John Macquorn Rankine.Γενικά, η θερμότητα παράγει ατμό που οδηγεί έναν στρόβιλο.Χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας, και από το 2011, αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο.

Η βασική αρχή περιλαμβάνει ένα υγρό mdash.συνήθως νερό, αλλά αναφέρεται ως το υγρό εργασίας mdash;που ρέει σε κλειστό βρόχο με τέσσερα κύρια συστατικά: μια αντλία, έναν λέβητα, έναν στρόβιλο και έναν συμπυκνωτή.Στον λέβητα, μια εξωτερική πηγή θερμότητας μετατρέπει το υγρό υγρό λειτουργίας σε ατμό που οδηγεί τον στρόβιλο και στη συνέχεια συμπυκνώνεται σε ένα υγρό, το οποίο αντλείται πίσω στον λέβητα.Ο ατμός αφήνει τον λέβητα σε υψηλή θερμοκρασία mdash.μέχρι 1.000 deg (538 deg; c) mdash;και πίεση mdash;έως 4.500 psig (31.026,4 kPag) mdash;Και είναι η επέκταση αυτού του καυτού αερίου υψηλής πίεσης που οδηγεί τον άξονα του στροβίλου, παράγοντας μια περιστροφή που μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια ή να οδηγήσει έναν κινητήρα.Η απόδοση του κύκλου Rankine μπορεί να φτάσει περίπου το 40%.

Αυτή η διαδικασία είναι η βάση για τις περισσότερες μονάδες παραγωγής ενέργειας όπου το καύσιμο χρησιμοποιείται ως πηγή θερμότητας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Το καύσιμο μπορεί να είναι πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο, βιομάζα ή πυρηνικά.Δεδομένου ότι η πηγή θερμότητας είναι εξωτερική οτιδήποτε μπορεί να δημιουργήσει επαρκή θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί.Η τεχνολογία Rankine Cycle σε μικρότερη κλίμακα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εκμετάλλευση των αποβλήτων θερμότητας από παραδοσιακούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.Για παράδειγμα, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με φυσικό αέριο χρησιμοποιούν στροβίλους καύσης που παράγουν καυτά καυσαερίδες, σε αντίθεση με τους στροβίλους κύκλου Rankine, δεν λειτουργούν σε κλειστό βρόχο.Είναι δυνατόν να τα συνδυάσετε με μια γεννήτρια κύκλου Rankine που χρησιμοποιεί το ζεστό αέριο για να παράγει τον ατμό, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την ενεργειακή απόδοση.

Τα υγρά εκτός από το νερό μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε έναν κύκλο Rankine όπου προσφέρουν πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένες εφαρμογές.Για παράδειγμα, οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργούν σε πολύ κρύες συνθήκες μπορεί να απαιτούν υγρό με χαμηλότερο σημείο κατάψυξης.Χρησιμοποιήθηκαν ορισμένα οργανικά υγρά και το πεντάνιο έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μια γεννήτρια κύκλου Rankine που εκμεταλλεύεται το καυτό καυσαερίδες από ένα σταθμό ηλεκτροπαραγωγής με αέριο ως πηγή θερμότητας, όπως περιγράφεται παραπάνω.Μια διαδικασία που χρησιμοποιεί οργανικό υγρό με αυτόν τον τρόπο είναι γνωστή ως ένας οργανικός κύκλος Rankine (ORC).

Πολλά έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας χρησιμοποιούν την τεχνολογία ORC για τη δημιουργία ισχύος.Χρησιμοποιείται συχνά σε γεωθερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και αυτό το σύστημα έχει προσαρμοστεί για να χρησιμοποιηθεί σε ορισμένες ηλιακές σταθμές ηλεκτροπαραγωγής, όπου το φως του ήλιου επικεντρώνεται στην παροχή της θερμότητας για να οδηγήσει τον κύκλο.Οι γεννήτριες μικρής κλίμακας που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία έχουν διατεθεί για να εκμεταλλευτούν τη θερμότητα από μια ποικιλία βιομηχανικών διαδικασιών.