Rankine-cykeln är en term som beskriver en process som använder värme för att utföra arbete. Den är uppkallad efter den skotske ingenjören och fysikern William John Macquorn Rankine. I allmänhet producerar värmen ånga som driver en turbin. Den används främst för att generera elektricitet och står från och med 2011 för cirka 80 % av den el som används i hela världen.
Grundprincipen innebär att en vätska – vanligtvis vatten, men kallad ”arbetsvätskan” – strömmar i en sluten slinga med fyra huvudkomponenter: en pump, en panna, en turbin och en kondensor. I pannan omvandlar en extern värmekälla den flytande arbetsvätskan till en ånga som driver turbinen och kondenseras sedan till en vätska som pumpas tillbaka in i pannan. Ångan lämnar pannan vid en hög temperatur – upp till 1,000 538 ° F (4,500 ° C) – och tryck – upp till 31,026.4 40 psig (XNUMX XNUMX kPag) – och det är expansionen av denna heta högtrycksgas som driver turbinen axel, som producerar en rotation som kan generera elektricitet eller driva en motor. Rankine-cykeleffektiviteten kan nå cirka XNUMX %.
Denna process är grunden för de flesta kraftverk där bränsle används som värmekälla för att generera el. Bränslet kan vara olja, kol, gas, biomassa eller kärnkraft; eftersom värmekällan är extern kan allt som kan generera tillräckligt med värme användas. Rankine cycle teknologi i mindre skala kan också användas för att utnyttja spillvärme från traditionella kraftverk. Till exempel använder gaseldade kraftverk förbränningsturbiner som genererar heta avgaser eftersom de, till skillnad från Rankine-cykelturbiner, inte arbetar i en sluten slinga. Det är möjligt att kombinera dessa med en Rankine-cykelgenerator som använder den heta gasen för att producera ångan, vilket avsevärt förbättrar energieffektiviteten.
Andra vätskor än vatten kan användas i en Rankine-cykel där de erbjuder fördelar i särskilda tillämpningar. Till exempel kan kraftverk som arbetar under mycket kalla förhållanden kräva en vätska med lägre fryspunkt. Ett antal organiska vätskor har använts och pentan har använts framgångsrikt i en Rankine-cykelgenerator som utnyttjar heta avgaser från ett gaseldat kraftverk som värmekälla, enligt beskrivningen ovan. En process som använder organisk vätska på detta sätt är känd som en organisk Rankine-cykel (ORC).
Många projekt för förnybar energi använder ORC-teknik för att generera kraft. Det används ofta i geotermiska kraftverk, och detta system har anpassats för att användas i vissa solkraftverk, där solljuset fokuseras för att ge värmen för att driva cykeln. Småskaliga generatorer som använder denna teknik har blivit tillgängliga för att utnyttja spillvärme från en mängd olika industriella processer.