Qual è il ciclo di Rankine?

Il ciclo di Rankine è un termine che descrive un processo che utilizza il calore per eseguire il lavoro.Prende il nome dall'ingegnere e fisico scozzese William John MacQuorn Rankine.In generale, il calore produce vapore che guida una turbina.Viene utilizzato principalmente per generare elettricità e, a partire dal 2011, rappresenta circa l'80% dell'elettricità utilizzata in tutto il mondo.

Il principio di base coinvolge un fluido mdash;di solito acqua, ma indicata come fluido di lavoro e mdash;fluire in un ciclo chiuso con quattro componenti principali: una pompa, una caldaia, una turbina e un condensatore.Nella caldaia, una fonte di calore esterna converte il fluido di lavoro liquido in un vapore che guida la turbina e viene quindi condensato in un liquido, che viene pompato nella caldaia.Il vapore lascia la caldaia ad alta temperatura mdash;fino a 1.000 deg; f (538 deg; c) mdash;e pressione mdash;fino a 4.500 psig (31.026,4 kpag) e mdash;Ed è l'espansione di questo gas caldo e ad alta pressione che guida l'albero della turbina, producendo una rotazione che può generare elettricità o guidare un motore.L'efficienza del ciclo di Rankine può raggiungere circa il 40%.

Questo processo è la base per la maggior parte delle centrali elettriche in cui il carburante viene utilizzato come fonte di calore per generare elettricità.Il carburante può essere petrolio, carbone, gas, biomassa o nucleare;Poiché la fonte di calore è esterna, è possibile utilizzare tutto ciò che può generare calore sufficiente.La tecnologia del ciclo Rankine su scala ridotta può anche essere utilizzata per sfruttare il calore dei rifiuti dalle centrali elettriche tradizionali.Ad esempio, le centrali elettriche a gas utilizzano turbine a combustione che generano gas di scarico caldo come, a differenza delle turbine del ciclo di Rankine, non funzionano in un ciclo chiuso.È possibile combinarli con un generatore di cicli di Rankine che utilizza il gas caldo per produrre il vapore, migliorando così notevolmente l'efficienza energetica.

Fluidi diversi dall'acqua possono essere utilizzati in un ciclo di Rankine in cui offrono vantaggi in particolari applicazioni.Ad esempio, le centrali elettriche che operano in condizioni molto fredde possono richiedere un fluido con un punto di congelamento inferiore.Sono stati utilizzati un certo numero di fluidi organici e Pentane è stato impiegato con successo in un generatore di cicli di Rankine che sfrutta i gas di scarico a caldo da una centrale elettrica a gas come fonte di calore, come descritto sopra.Un processo che utilizza il fluido organico in questo modo è noto come un ciclo di Rankine organico (ORC).

Molti progetti di energia rinnovabile utilizzano la tecnologia ORC per generare energia.Viene spesso utilizzato nelle centrali elettriche geotermiche e questo sistema è stato adattato per essere utilizzato in alcune centrali solari, dove la luce solare è focalizzata per fornire il calore per guidare il ciclo.Generatori su piccola scala che usano questa tecnologia sono diventati disponibili per sfruttare il calore dei rifiuti da una varietà di processi industriali.