Elementor #3677

امروزه تقاضا برای انرژی به‌طور بی‌سابقه‌ای در حال افزایش است. بنابراین دیگر نمی‌توان تنها به روش‌های سنتی تولید برق دل بست. سؤال مهم اینجاست: آیا می‌توان بدون آسیب زدن به محیط‌زیست و با بهره‌وری بیشتر، برق تولید کرد؟ در اینجاست که چرخه رانکین آلی یا همان ORC وارد میدان می‌شود. بسیاری از کشورها، خصوصاً آنهایی که منابع حرارتی پایین‌درجه در اختیار دارند، به‌سمت استفاده از این فناوری رفته‌اند. چراکه آلایندگی کمتری دارد و از گرمایی که تاکنون به‌عنوان اتلاف‌شده در نظر گرفته می‌شد، انرژی قابل‌استفاده تولید می‌کند.اگر شما هم به دنبال یافتن پاسخ هستید که کدام سیستم در شرایط کنونی بهتر عمل می‌کند و چگونه می‌توان از گرمای پسماند یا منابع دمای پایین به‌صورت بهینه استفاده کرد، ادامه مطلب را از دست ندهید!

نیروگاه‌های بخار سنتی چگونه کار می‌کنند؟

نیروگاه‌های بخار سنتی یکی از پایه‌های اصلی تولید برق در قرن گذشته بوده‌اند. این نیروگاه‌ها با استفاده از سوخت‌های فسیلی مانند گاز، نفت یا زغال‌سنگ آب را تا دماهای بالا گرم کرده و بخار تولید می‌کنند. این بخار با فشار زیاد به توربین‌ها منتقل می‌شود و با چرخاندن آن‌ها برق تولید می‌شود. هرچند این روش بسیار رایج است اما محدودیت‌های قابل توجهی دارد. مصرف بالای سوخت، نیاز به آب فراوان، راندمان پایین در دماهای متوسط و بالا بودن تولید گازهای گلخانه‌ای از جمله چالش‌های این نوع نیروگاه‌هاست.
یکی دیگر از معایب سیستم‌های بخار سنتی نیاز به تجهیزات مقاوم در برابر دمای بسیار بالا و فشار زیاد است. این تجهیزات گران‌قیمت هستند و نگهداری آن‌ها هزینه‌بر است. همچنین در بسیاری از نقاط جهان که منابع آب محدود هستند استفاده گسترده از آب برای تولید بخار به چالشی جدی بدل می‌شود. در کنار این موارد فشارهای زیست‌محیطی و قوانین محدودکننده مربوط به انتشار کربن باعث شده‌اند تا نگاه‌ها به‌سمت جایگزین‌های کم‌مصرف‌تر و پاک‌تر معطوف شود.

ORC چیست و چه تفاوتی با سیستم‌های حرارتی کلاسیک دارد؟

چرخه رانکین آلی (Organic Rankine Cycle) در ظاهر شبیه چرخه بخار سنتی است، اما تفاوت‌های بنیادی با آن دارد. مهم‌ترین تفاوت در نوع سیال کاری است. در ORC به‌جای آب، از سیالات آلی استفاده می‌شود که در دماهای بسیار پایین‌تر نسبت به آب به جوش می‌رسند. این ویژگی به سیستم اجازه می‌دهد از منابع حرارتی با دمای پایین مانند گرمای پسماند صنعتی انرژی مفید تولید کند. همین موضوع باعث می‌شود که ORC برای مناطقی که منابع دمای بالا ندارند یا دسترسی به سوخت‌های فسیلی محدود است بسیار کاربردی باشد.برخلاف نیروگاه‌های بخار سنتی، ORC نیازی به فشار بالا یا دمای فوق‌العاده زیاد ندارد. همین مسئله سبب می‌شود تا هزینه‌های عملیاتی کاهش یافته و خطرات مکانیکی و زیست‌محیطی کمتر شود. علاوه بر آن چون سیالات آلی از نظر ترمودینامیکی کارآمدتر هستند راندمان در دماهای پایین نیز حفظ می‌شود. در واقع این سیستم راهکاری عملی برای استفاده بهینه از انرژی‌های نهفته در محیط‌های صنعتی و طبیعی به شمار می‌رود.

مقایسه راندمان ORC و نیروگاه‌های بخار کلاسیک در دماهای مختلف

یکی از مهم‌ترین شاخص‌های ارزیابی سیستم‌های تولید برق، میزان راندمان آن‌هاست. در دماهای پایین‌تر از ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد، راندمان نیروگاه‌های بخار به شدت کاهش می‌یابد و تقریباً غیرقابل استفاده می‌شوند. در حالی‌که سیستم ORC حتی در دماهای پایین‌تر از ۱۰۰ درجه نیز قادر به تولید برق با بازده قابل قبول است. دلیل این امر، خاصیت فیزیکی سیالات آلی است که در این دماها عملکرد بهتری نسبت به آب دارند.
از سوی دیگر، هرچند در دماهای بسیار بالا راندمان نیروگاه‌های بخار می‌تواند بیشتر باشد، اما این مزیت با افزایش قابل توجه هزینه‌ها و پیچیدگی‌های فنی همراه است. در مقابل، ORC با هزینه کمتر و قابلیت استفاده از منابع حرارتی پسماند راه‌حلی کم‌هزینه و راه‌گشا برای تولید برق در بسیاری از صنایع محسوب می‌شود. این ویژگی باعث شده است که بسیاری از واحدهای صنعتی، ORC را به‌عنوان یک مکمل یا حتی جایگزین نیروگاه‌های سنتی در نظر بگیرند. در ادامه جدول مقایسه کامل این دو روش را مشاهده می‌فرمایید: