استعادة الحرارة المهدرة باستخدام دورة رانكين العضوية

ما هي دورة رانكين العضوية (ORC)؟

تستخدم تقنية ORC القائمة على النظام الذي يولد الكهرباء من الحرارة (الشكل 1) الحرارة من المصدر الساخن لتبخير سائل الحركة العضوي (الخط الأخضر) في المبخر (1) (الخط الأحمر في الشكل 2). يمكن أن يكون سائل الحركة المختار عبارة عن سوائل أساسها السيليكون ، أو يمكن استخدام السوائل القائمة على الهيدروكربون أو المبرد لدرجات حرارة منخفضة. ثم يتم إرسال البخار المضغوط إلى التوربينات (# 2) وعند دمجها مع المولد ، يتم توليد الكهرباء. يتكثف البخار مرة أخرى إلى الحالة السائلة (# 3) في المكثف. هنا ، يتم استخدام إما برج التبريد (رقم 5) أو المياه الجوفية أو مياه النهر (الخط الأزرق) كوسائل تبريد. يمكن أيضًا استخدام نظام تبريد الهواء كبديل. ثم تضخ مضخة المبرد (رقم 4) سائل العمل مرة أخرى إلى المبخر ، وتتكرر عملية الحلقة المغلقة هذه. نظرًا لاستخدامه كمصدر وقود سائل ساخن ، فإن تكلفة الوقود هي صفر. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لعدم حدوث احتراق ، لا يوجد إطلاق في الغلاف الجوي في نظام الطاقة ORC. عادة ما تكون الينابيع الساخنة في حالة سائلة أو غازية ساخنة. يتم نقل الحرارة من هذه المصادر إلى سائل حركة ORC بشكل مباشر أو غير مباشر عبر مركبة وسيطة ، اعتمادًا على خصائص مصدر الحرارة المهدرة أو قيود أخرى. عادة ما يتم دمج مصادر الحرارة السائلة المهدرة مباشرة مع وحدة ORC. يتم الجمع بين مصادر الحرارة الغازية بشكل غير مباشر.

تظهر الدورة الديناميكية الحرارية لـ ORÇ بشكل تخطيطي في الشكل 2.
نفس الشيء إلى الحلقة اليسرى

ويسمى أيضًا مخطط درجة الحرارة – الانتروبيا أو مخطط T-S.
يستخدم المولد التوربيني الحرارة المتولدة من المصدر الساخن للتسخين المسبق ويتبخر سائل الحركة العضوي المناسب في المبخر (2 → 3 → 4). يعمل بخار السائل العضوي على تنشيط التوربين الكهربائي ، والذي يمكن دمجه مع المولد الكهربائي مباشرة أو من خلال ترس الاختزال (4 → 5). ثم يتم تبريد البخار بالماء أو الهواء وتكثيفه في المكثف (5 → 1). يتم ضخ السائل العضوي أخيرًا في جهاز التسخين والمبخر (1 → 2) ؛ وبالتالي ، ينتهي تسلسل العمليات في دائرة الحلقة المغلقة.

مزايا دورة رانكين العضوية (ORC)

بالمقارنة مع أنظمة التوربينات البخارية ، تتمتع ORC ببعض المزايا الخاصة. على الرغم من أن التوربين البخاري أكثر كفاءة بشكل عام حيث يتم استخدامه في درجات حرارة وضغوط عالية ، فإن ORC مفضل في العديد من التطبيقات نظرًا لخصائصه المحددة المذكورة أدناه.

1) في ORC ، ليس من غير المألوف أن تعمل التوربين بدون مشاكل لأكثر من 20 عامًا ، لأن البخار الذي يلامس شفرات التوربين هو بخار سائل الحركة النظيف.

2)لذلك ، فإن سائل الحركة العضوي عبارة عن مادة ذات وزن جزيئي مرتفع أثناء وجوده في التوربينات البخارية. تصطدم جزيئات البخار الأصغر عالية السرعة بالتوربين بسرعة عالية ، مما يتسبب في تلف الشفرة. هذا يزيد من تكرار الصيانة والاستبدال للتوربينات والتكلفة الإجمالية.

3) نظرًا لأن ORÇ تعمل في درجات حرارة وضغوط منخفضة ، فإن الإجهاد الميكانيكي والحراري في المكونات يكون أقل مقارنة بالتوربينات البخارية. هذا يزيد من عمر المركبات .

4) نظرًا لأن ORC تعمل في درجات حرارة وضغوط منخفضة ، فليست هناك حاجة لمشغل في منطقة العمل. يمكن التحكم في ORC وتشغيله عن بعد دون الحاجة إلى موظفين. هذا يقلل بشكل كبير من تكلفة التشغيل.

5) من المزايا المهمة لـ ORÇ أنها يمكن أن تعمل بكفاءة أعلى نسبيًا حتى في الأحمال الجزئية مثل 10 ٪ من السعة المحددة. هذا مفيد بشكل خاص في بعض التطبيقات الصناعية حيث تكون حرارة الإدخال في حركة متكررة وفي تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية حيث يمكن أن تعمل ORÇ لفترة أطول من التوربينات البخارية. لأنه في مثل هذه التطبيقات ، يمكن أن يبدأ العمل في الساعات الأولى من الصباح عندما تشرق الشمس ويعمل حتى ساعات متأخرة من المساء عندما تغرب الشمس.

6) استخدام الماء غير مطلوب حيث يتم استخدام سائل العمل بدلاً من الماء / البخار. بالإضافة إلى ذلك ، ليست هناك حاجة للمياه الخالية من المعادن أو الأنظمة المساعدة الأخرى ، والتي عادة ما تكون مطلوبة في أنظمة البخار. لذلك ، فإن تشغيل النظام بأكمله والتحكم فيه أسهل.

7) في ORÇ ، يدور التوربين بسرعة أقل مقارنة بالتوربين البخاري ، مما يقلل من الإجهاد الميكانيكي. كما يسمح بربط مباشر بين التوربين والمولد من خلال نظام تروس التخفيض والأجزاء المرتبطة به كوسيط له.

8) يمكن تحقيق كفاءة توربينية عالية (تصل إلى 85٪) باستخدام ORC.

9) بالإضافة إلى ذلك ، فإن سهولة عمليات بدء التشغيل والإيقاف ، وبدء التشغيل التلقائي / المستمر ، والتشغيل الآمن والهادئ ، والتوافق العالي مع المجال (98٪ وأكثر ليست غير شائعة) ، والعمر الطويل (20+ سنة) دون صيانة جدية من بين المزايا الأخرى .

10) في حالات خاصة حيث تكون الطاقة المولدة في نطاق منخفض ميغاواط ، تتمتع ORÇ بميزة اقتصادية خاصة على التوربينات البخارية. لأن التوربينات البخارية تتطلب نظامًا بيئيًا إضافيًا ؛ يضاف هذا النظام إلى التكلفة وهذا ليس بالقليل من الناحية الاقتصادية.

أكترم للطاقة

تأسست شركتنا في اسطنبول لتعمل في مجالات الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة وإعادة التدوير. لقد فقد نموذج محاربة الطبيعة في عملية استخدام موارد الطاقة منذ الحريق الأول الذي أحرقه البشر صلاحيته كواقع لا يمكن إنكاره مع التغيرات المناخية التي نراها اليوم.

اتصل بنا للحصول على الخدمة.