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.
مقایسه آلایندگیها و تأثیرات زیستمحیطی ORC و نیروگاههای حرارتی
آیا میتوان بدون تولید آلایندههای مضر، برق تولید کرد؟ این پرسش اساسی زمانی اهمیت مییابد که نیروگاههای حرارتی سنتی بهعنوان یکی از منابع اصلی آلودگی هوا در جهان شناخته میشوند. این نیروگاهها با مصرف سوختهای فسیلی مانند گاز، نفت یا زغالسنگ، حجم زیادی از گازهای گلخانهای از جمله CO₂، NOₓ و SO₂ را وارد جو میکنند. این گازها در گرم شدن کره زمین نقش دارند و منجر به بروز مشکلاتی مانند بارانهای اسیدی و بیماریهای تنفسی در انسان نیز میشوند. از سوی دیگر، برای کار این نیروگاهها نیاز به حجم زیادی آب وجود دارد که در بسیاری از مناطق با بحران منابع آبی، یک چالش جدی محسوب میشود.
در مقابل، چرخه رانکین آلی (ORC) وارد میدان تولید انرژی شده است. برخلاف سیستمهای حرارتی کلاسیک، ORC نه به سوخت فسیلی نیاز دارد و نه به آب فراوان. در بسیاری از موارد، این فناوری از گرمای تلفشده در صنایع یا منابع حرارتی تجدیدپذیر مانند زمینگرمایی یا خورشیدی بهره میگیرد. نتیجه آن کاهش قابلتوجه در انتشار گازهای گلخانهای و حذف تقریباً کامل آلایندههایی نظیر NOₓ و SO₂ است. همچنین استفاده از سیالات آلی به جای آب، موجب صرفهجویی چشمگیر در منابع آبی میشود. از منظر اثرات زیستمحیطی، ORC یک فناوری سبز محسوب میشود و نقش قابل توجهی در کاهش ردپای کربن در صنایع مختلف ایفا میکند.
در چه شرایطی باید از ORC بهجای نیروگاه بخار استفاده کرد؟
استفاده از سیستم ORC بهجای نیروگاه بخار زمانی توصیه میشود که منبع حرارتی موجود دمای پایین یا متوسطی دارد و امکان دستیابی به دماهای بالا (بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد) وجود ندارد. بهعنوان مثال، در صنایع تولیدی مانند سیمان، فولاد، شیشه یا پالایشگاهها که حجم زیادی گرمای پسماند با دمای ۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد تولید میشود استفاده از نیروگاه بخار سنتی کارایی بالایی نخواهد داشت، زیرا این سیستمها برای عملکرد مؤثر به دماهای بالاتری نیاز دارند. در چنین شرایطی ORC که قادر به تولید برق در دماهای پایینتر است گزینهای بهینه برای بازیافت انرژی اتلافی خواهد بود.
شرکت انرژی پاک آرویج؛ پیشگام در طراحی سیستمهای ORC در ایران
شرکت انرژی پاک آرویج با تکیه بر تیمی متخصص و چندین سال تجربه در حوزه فناوریهای انرژی پاک، بهعنوان یکی از پیشگامان طراحی و پیادهسازی سیستمهای ORC در ایران شناخته میشود. ما توانستهایم در زمینه استفاده از گرمای پسماند و منابع تجدیدپذیر، پروژههای متعددی را در صنایع مختلف اجرا کنیم. آرویج از مرحله طراحی مفهومی تا نصب، راهاندازی و بهرهبرداری سیستمهای ORC را بهصورت کامل مدیریت میکند و راهکارهایی متناسب با نیاز هر صنعت ارائه میدهد. توان فنی بالا، شناخت دقیق از شرایط اقلیمی و زیرساختهای ایران و بهکارگیری جدیدترین نرمافزارهای شبیهسازی و طراحی مهندسی، از مزیتهای کلیدی مجموعه ما محسوب میشود.
فهرست محتوا