Описание ORC

Описание ORC

Оборудование с помощью коогенерационного процесса производит из биомассы (напр. древесной щепы) электрическую энергию и тепло. 
Биомасса сжигается в котле. Горячие газы передают в обменнике тепло в масляный цикл (термомасло). Оставшееся тепло редуцировано в обменнике воды (водоподогреватель), отработанные газы после очистки в фильтре выводятся в окружающую среду посредством трубы. 
Цикл термомасла создает источник энергии для производства электрического тока в оборудовании/агрегате ORC. Им снабжен замкнутый процесс, в котором посредством выпаривания силиконового масла приводится блок турбогенератора. Потом пар конденсируется, освобожденная энергия в форме теплой воды отводится назад в теплосеть. В обменнике воды (экономайзер) котла для биомассы находится водяной контур, который потом нагревается до требуемого значения.

Процесс ORC 

В так называемом ORC-процессе (Oрганический Цикл Ранкина) – паровом процессе с органическим носителем – трансформирована тепловая энергия в энергию электрическую. Рабочий носитель имеет термодинамические свойства для небольшого, нецентрального оборудования. Taкже при низких температурах можно достичь высокого эффекта. 
ORC оборудование работает в принципе как обычная паровая электростанция. Вместо воды используется рабочая жидкость в закрытой системе, когда доходит к выпариванию в обменнике (испаритель) и приводе паровой турбины с генератором. Жидкость в следующем обменнике (конденсатор) охлаждается до конденсации и насосом выкачивается назад в обменник. Притом отведенное тепло можно использовать для технологических целей, напр. отопление зданий.

Описание оборудования

Оборудование/агрегат ORC построено как модуль. Все компоненты расположены на самостоятельной стальной конструкции. 

Принцип системы

Оборудование ОРЦ превращает тепловую энергию в электрический ток. Нагревательный и охлаждающий контур в устройстве образовывает разницу давлений. Эта разница применяется для привода турбины паром. 
Тепловая энергия вводится в устройство контуром термомасла нагреваемым в котлу. Горячее масло в теплообменнике приводит к выпариванию силиконового соединения - рабочей жидкости. Пар идет через турбину, в форсунке которой происходит понижение давления. При этом происходит расширение и значительное ускорение. Эта струя пара ныне двигает гребное колесо турбины, энергия которой посредством генератора переменяется в электрический ток. 
Избыточное давление необходимо для понижения напряжения в турбине формируется посредством конденсатора. Полученное тепло ведется водоконтуром и по потребности применяется для отопления. 
Отработавший пар в конденсаторе сжижается, конденсат опять извлекается в теплообменник после того, что он нагревается отработавшим паром в дальнейшем теплообменнике. 
В принципе, ОРЦ устройство работает как конвенционная паровая электростанция. Вместо воды в качестве рабочего носителя применяется силиконовое соединение. Благодаря особым свойствам, однако, не нужен нагрев пара (подогрев) после испарения. Процесс становится значительно более простым и более эффективным.

Как работает органический цикл Ранкина "ORC"?

В классических теплоэлектростанциях тепловая энергия трансформирована в механическую в тепловом цикле, который называется цикл Ранкина - Клауса. Этот относящийся к электростанции конденсационный цикл в принципе состоит из основных термодинамических изменений, в качестве рабочего вещества использует воду или водяной пар. Вода на границе насыщенности, которая подведена с помощью питательного насоса в паровой генератор (котла), в нем подогревается, испаряется (меняется состояние) и в пароперегревателе достигает параметров так наз. впускного пара (давление прим. 14,5 MПa, температура прим. 530 °C), который подведен в паровую турбину. В паровой турбине пар экспандируется (перегретый пар переходит в область насыщенног пара) и потом меняет свое состояние в конденсаторе, откуда в жидком состоянии с помощью конденсационного насоса транспортируется через запасной бак, а возможное дополнение назад в паровой генератор. Термический эффект данного цикла (соотношение тепла, измененного в механическую работу и тепла, приведенного в контур) на современных электростанциях находится на уровне прим. 38 %. Для повышения термического/теплового эффекта, как правило, используется регенерация, т. е. подогрев питательной воды в регенерационных обогревателях вне котла или перегревание пара (ограничено использованными материалами, максимальное впускное давление 15 MПa).

Органический цикл Ранкина (ORC) в принципе является конденсационным циклом, связанным с электростанцией, который использует вместо воды или же водяного пара в качестве рабочего давления в первичном контуре смесь органических соединений (силиконовое масло), которые своими термодинамическими свойствами подходят для использования в тепловом контуре/цикле. Преимуществом масла является то, что оно при данной температуре (напр. 300 °C) удерживается в жидком состоянии при более низком давлении, чем вода. В испарителе масло передает тепло во вторичный конутр, где рабочее органическое вещество выпаряется, достигает болеее высокого давления, чем имеет масло, а органические пары ведутся в паровую турбину, где экспандируются. Пар за турбиной ведется в конденсатор, где конденсируется после забора испаряемого тепла посредством охлаждающей воды, которая потом поставляет тепло на объекты, подключенные к данной теплосети. Oрганические вещества, использованные в качестве воды во вторичном тепловом контуре/цикле должны обязательно отвечать точным предписаниям и нормам о окружающей среде.

Tипическое использование ORC предлагается в связи с котельными для биомассы, где первичная энергия в топливе используется для производства тепла и электрической энергии. Когенерация - прим. 85 %. Для сравнения: на классической тепловой электростанции, где тепло из конденсации отводится в окружающую среду, достигается общего эффекта прим. 30 %. (Совершенно очевидно, что с потенциалом биомассы тепловой электростанции заменить нельзя, но на основании вышеуказанного примера почти обязательством государственной политики является то, чтобы когенерации из биомассы отдавали большее предпочтение, чем раньше). Здесь паровой генератор заменен масляным котлом и испарителем. Масло нагретое в данном котле используется в качестве теплоносителя, посредством которого испаритель передает свое тепло рабочему веществу закрытого вторичного контура ORC. Образованный насыщенный пар органических соединений ведется в осевую турбину, которая прямо соединена с генератором электрической энергии. Teпло из конденсатора, в котором содержание ORC контура меняет свое состояние опять в жидкое, ведено для последующего использования (когенерация). При подходящем предложении теплового контура можно данное тепло использовать напр. в системе CZT, или же для других целей. Предлагается использование в деревообрабатывающей промышленности для сушки пиломатериала, где котельная находится прямо около источника топлива.

В настоящее время ORC системы поставляются в большинстве случаев в качестве стандартных модулей с электрической мощностью от ста kWe до нескольких MWe, в аппликации для комбинированного производства электрической энергии и тепла из биомассы, для источников с геотермальной энергией, в связи с солнечной технологией и с использованием отработанного тепла.