Organski Rankineov ciklus

	Ovaj je članak dio projekta energetika na kojem radi grupa suradnika s Fakulteta strojarstva i brodogradnje.
	Mole se ostali suradnici da NE uređuju ovaj članak dok je ova obavijest prisutna. This article is the part of the Wikiproject energetika. Other users are asked not to interfere while the author of this article is editing it.
	(Po prestanku rada na projektu uklonite ovaj predložak. Pogledajte upute.)

Ilustracija toka Rankineovog ciklusa.

Organski Rankineov ciklus (ORC) je varijacija Rankineovog ciklusa koji umjesto vode kao radnog medija koristi organski fluid. Relativno niska temperatura isparavanja organskog fluida dopušta korištenje toplinskih izvora nižih temperatura (biomasa, otpadna toplina, geotermalna i sunčeva energija). Toplina iz niskotemperaturnog izvora je u procesu pretvorena u koristan rad koji može biti iskorišten za dobivanje električne energije. ORC je najčešće korištena tehnologija kada govorimo o dobivanju električne energije iz niskotemperaturnih izvora.

Princip rada

Linije napetosti vode i organskih fluida.

U idealnom Rankineovom procesu uzimamo u obzir izobarne izmjene topline u kotlu i kondenzatoru te izentropsku ekspanziju radnog medija u turbini. To su, naravno, samo hipotetički mogući slučajevi te u realnim procesima dolazi do dodatnih disipacijskih efekata tijekom procesa. Izmjene topline koje se odvijaju u kotlu i kondenzatoru odvijaju se uz dodatne padove tlakova, te u turbini dolazi do izmjene topline s okolišem. Izentropski stupanj djelovanja daje omjer snage dobivene u realnom procesu i izentropske snage. Prisutnost trenja u odnosu na idealni proces dakako doprinosi ukupnoj neravnotežnosti procesa. Princip rada organskog Rankineovog ciklusa je isti kao i u Rankineovom ciklusu gdje je radni medij voda. Radni medij isparava u kotlu nakon čega u parnoj fazi ulazi u turbinu gdje ekspandira. U kondenzatoru se radni medij pretvara u kapljevitu fazu te nakon potpune kondenzacije, radni medij je pomoću pumpe stlačen na kotlovski tlak. Temeljne razlike u odnosu na klasičan Rankineov proces su organski radni medij te izvor topline niže temperature. Ciklus s vodenom parom pogodan je za temperature na ulazu u turbinu od oko 350°C. Organski fluidi imaju niže vrelište od vode pa će zato biti prigodni pri korištenju sa toplinskim izvorima temperatura nižih od 350°C. Krivulje napetosti u T-s dijagramu potvrđuju tu činjenicu te se iz njih može iščitati kako organski fluidi u odnosu na vodu trebaju manje dovedene specifične topline kako bi prošli transformaciju iz vrele kapljevine u zasićenu paru.

Geotermalna energija

Geotermalni izvori topline nude široki spektar različitih temperatura, sve do 300°C. Donja granica temperature izvora je oko 80°C jer ispod te temperature izvora cjelokupan proces nebi bio isplativ. Kako bi cijeli sustav funkcionirao, potrebne su dvije bušotine i to jedna koja će dovoditi vodu visoke temperature te druga koja će odvoditi vodu natrag u zemlju nakon što je ona predala potrebnu toplinu procesu. Ovisno o geografskom položaju, bušotine znaju biti duboke i do nekoliko tisuća metara te njihovo bušenje zahtjeva nekoliko mjeseci kontinuiranog rada. Veliki dio investicije otpada upravo na bušotine (do 70%). Potrebna je izdašna snaga pumpe koja mora dobaviti vruću vodu sa nekoliko kilometara dubine pa je razumljivo zašto nisko temperaturni izvori nisu isplativi (čak i do 50% snage dobivene procesom otpada na dobavu vruće vode). Izvori visoke temperature (>150°C) omogućuju kombinirano dobivanje električne energije i korištenje topline za grijanje.

ORC s biomasom.

Biomasa

Sustav sa biomasom se najviše isplati koristiti lokalno. Gustoća energije biomase je puno manja od često korištenih fosilnih goriva što bi značilo visoke cijene transporta u slučaju opksrbe udaljenijih postrojenja. U postrojenju sa biomasom, ulje se koristi kao posrednik između komore gdje izgara biomasa i radnog medija, odnosno, ulje prenosi toplinu na radni medij u procesu. Ulje temperature oko 300°C predaje toplinu radnom fluidu koji ekspandira u turbini nakon čega prolazi kroz regenerator kojem je zadaća predgrijavanje kondenzata prije nego što on uđe u kotao na ponovnu izmjenu topline s uljem. Radni medij prolazi kroz kondenzator pri temperaturi od oko 90°C te predaje toplinu vodi koja kasnije služi za potrebe grijanja. Efikasnost dobivanja električne energije je mala, te se ona smanjuje sa manjim postrojenjem. Iskorištavanje topline koju predaje kondenzator je bitna stavka jer ona povećava efikasnost energijske konverzije procesa, odnosno, ne koristimo samo snagu na turbini za dobivanje električne energije nego koristimo i toplinu iz kondenzatora za npr. sušenje drva u industriji ili jednostavno grijanje prostorija.

Otpadna toplina

Mnoga postrojenja u industriji oslobađaju toplinu niske temperature pri proizvodnji. Ovdje se radi o velikim iznosima topline te ona najčešće biva ispuštena u atmosferu uz prisutnost velikih emisija ugljikova (IV) oksida. Ove emisije se mogu smanjiti ukoliko otpadna toplina posluži za dobivanje električne energije. Konkretno, otpadna toplina se koristi u svrhu transformacije radnog medija iz stanja kapljevine u stanje pare. Industrije koje se bave proizvodnjom cementa i čelika imaju velik potencijal iskorištavanja otpadne topline. U cementnoj industriji je čak 40% topline izgubljeno u dimnim plinovima (5% svjetske emisije CO₂). Usprkos visokom potencijalu i niskoj cijeni ORC tehnologije koja radi uz pomoć otpadne topline, samo 10% ORC elektrana u svijetu rade uz pomoć iste.