Organic Rankine cycle
થર્મલ એન્જિનિયરિંગમાં, કાર્બનિક રેન્કાઈન ચક્ર (ORC) એ થર્મોડાયનેમિક ચક્રનો એક પ્રકાર છે. તે રેન્કાઈન ચક્રની વિવિધતા છે જેનું નામ તેના કાર્બનિક, ઉચ્ચ-પરમાણુ-સમૂહ પ્રવાહી (પાણીની સરખામણીમાં) ના ઉપયોગ માટે રાખવામાં આવ્યું છે, જેનું બાષ્પીભવન તાપમાન પાણી કરતાં ઓછું હોય છે. આ પ્રવાહી બાયોમાસ દહન, ઔદ્યોગિક કચરાની ગરમી, ભૂઉષ્મીય ગરમી, સૌર તળાવો વગેરે જેવા નીચા તાપમાનના સ્રોતોમાંથી ગરમી પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે. નીચા તાપમાનની ગરમીને ઉપયોગી કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જેને પોતે વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. આ ટેકનોલોજી 1950ના દાયકાના અંતમાં લ્યુસિએન બ્રોનિકી અને હેરી ઝ્વી તાબોર દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી. નાફ્થા એન્જિન, જે સૈદ્ધાંતિક રીતે ઓઆરસી જેવું જ છે પરંતુ અન્ય ઉપયોગો માટે વિકસાવવામાં આવ્યું છે, તે 1890ના દાયકાની શરૂઆતમાં ઉપયોગમાં લેવાતું હતું. ઓઆરસીનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત કાર્બનિક રેન્કાઈન ચક્રનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત રેન્કાઈન ચક્ર જેવો જ છેઃ કાર્યરત પ્રવાહીને બોઈલરમાં પમ્પ કરવામાં આવે છે જ્યાં તે બાષ્પીભવન થાય છે, વિસ્તરણ ઉપકરણ (ટર્બાઇન, સ્ક્રૂ, સ્ક્રોલ અથવા અન્ય વિસ્તરણકર્તા) માંથી પસાર થાય છે, અને પછી કન્ડેન્સર હીટ એક્સ્ચેન્જર દ્વારા જ્યાં તેને આખરે ફરીથી કન્ડેન્સ્ડ કરવામાં આવે છે. એન્જિનના સૈદ્ધાંતિક મોડેલ દ્વારા વર્ણવવામાં આવેલા આદર્શ ચક્રમાં, વિસ્તરણ આઇસેન્ટ્રોપિક છે અને બાષ્પીભવન અને ઘનીકરણ પ્રક્રિયાઓ આઇસોબેરિક છે. કોઈપણ વાસ્તવિક ચક્રમાં, અપરિવર્તનીયતાની હાજરી ચક્રની કાર્યક્ષમતાને ઘટાડે છે. તે અપરિવર્તનીયતાઓ મુખ્યત્વે થાય છેઃ વિસ્તરણ દરમિયાનઃ દબાણના તફાવતમાંથી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી ઊર્જાનો માત્ર એક ભાગ ઉપયોગી કાર્યમાં રૂપાંતરિત થાય છે. બીજો ભાગ ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને ખોવાઈ જાય છે. વિસ્તરણકર્તાની કાર્યક્ષમતાને આઇસેન્ટ્રોપિક વિસ્તરણ સાથે સરખામણી કરીને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. હીટ એક્સ્ચેન્જર્સમાંઃ કાર્યરત પ્રવાહી એક લાંબો અને પાતળો માર્ગ લે છે જે સારી ગરમીના વિનિમયની ખાતરી આપે છે પરંતુ દબાણમાં ઘટાડો કરે છે જે ચક્રમાંથી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી શક્તિનું પ્રમાણ ઘટાડે છે. તેવી જ રીતે, ઉષ્મા સ્ત્રોત/સિંક અને કાર્યરત પ્રવાહી વચ્ચેનો તાપમાનનો તફાવત એકસરજી વિનાશ પેદા કરે છે અને ચક્રની કામગીરીને ઘટાડે છે. ઓર્ગેનિક રેન્કાઈન સાયકલ ટેકનોલોજીના ઘણા સંભવિત ઉપયોગો છે, અને તે વિશ્વભરમાં 2.7 ગીગાવોટથી વધુ સ્થાપિત ક્ષમતા અને 698 ઓળખાયેલ પાવર પ્લાન્ટ્સ ધરાવે છે. તેમાંથી, સૌથી વ્યાપક અને આશાસ્પદ ક્ષેત્રો નીચે મુજબ છેઃ કચરો ગરમી પુનઃપ્રાપ્તિ કચરો ગરમી પુનઃપ્રાપ્તિ એ કાર્બનિક રેન્કાઇન ચક્ર (ઓઆરસી) માટે સૌથી મહત્વપૂર્ણ વિકાસ ક્ષેત્રોમાંનું એક છે. તે ગરમી અને પાવર પ્લાન્ટ્સ (ઉદાહરણ તરીકે ઘરેલું વોટર હીટર પર નાના પાયે સહઉત્પાદન પ્લાન્ટ), અથવા ઔદ્યોગિક અને ખેતીની પ્રક્રિયાઓ જેમ કે કાર્બનિક ઉત્પાદનોના આથો, ઓવન અથવા ભઠ્ઠીઓમાંથી ગરમ એક્ઝોસ્ટ (દા. ત.) પર લાગુ કરી શકાય છે. ચૂનો અને સિમેન્ટ ભઠ્ઠીઓ), ફ્લુ-ગેસ ઘનીકરણ, વાહનોમાંથી બહાર નીકળતા વાયુઓ, કોમ્પ્રેસરનું ઇન્ટરકોલિંગ, પાવર સાયકલનું કન્ડેન્સર વગેરે. બાયોમાસ પાવર પ્લાન્ટ સમગ્ર વિશ્વમાં ઉપલબ્ધ છે અને તેનો ઉપયોગ નાનાથી મધ્યમ કદના સ્કેલ્ડ પાવર પ્લાન્ટ પર વીજળીના ઉત્પાદન માટે થઈ શકે છે. ઓ. આર. સી. પાવર પ્લાન્ટમાં ઓછા કાર્યકારી દબાણને કારણે વરાળ બોઇલર જેવી મશીનરી માટે ઊંચા ચોક્કસ રોકાણ ખર્ચની સમસ્યા દૂર થાય છે. અન્ય ફાયદો એ છે કે કાર્યરત પ્રવાહીની લાક્ષણિકતાઓને કારણે મશીનનું લાંબા સમય સુધી કાર્યરત જીવન છે, જે વરાળથી વિપરીત વાલ્વ સીટો ટ્યુબિંગ અને ટર્બાઇન બ્લેડ માટે બિન-ધોવાણ અને બિન-ધોવાણ છે. ઓઆરસી પ્રક્રિયા ઘણા પ્રદેશોમાં ઉપલબ્ધ પ્રમાણમાં ઓછા પ્રમાણમાં ઇનપુટ ઇંધણને દૂર કરવામાં પણ મદદ કરે છે કારણ કે નાના કદના પ્લાન્ટ માટે કાર્યક્ષમ ઓઆરસી પાવર પ્લાન્ટ શક્ય છે. ભૂઉષ્મીય છોડ ભૂઉષ્મીય ઉષ્મા સ્ત્રોતો તાપમાનમાં 50 થી 350 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી બદલાય છે. તેથી ORC આ પ્રકારની એપ્લિકેશન માટે સંપૂર્ણ રીતે અનુકૂળ છે. જો કે, એ ધ્યાનમાં રાખવું અગત્યનું છે કે નીચા તાપમાનના ભૂઉષ્મીય સ્રોતો (સામાન્ય રીતે 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસ કરતા ઓછા) માટે, કાર્યક્ષમતા ખૂબ ઓછી હોય છે અને તે હીટ સિંક તાપમાન (આસપાસના તાપમાન દ્વારા વ્યાખ્યાયિત) પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે. સૌર થર્મલ પાવર કાર્બનિક રેન્કાઇન ચક્રનો ઉપયોગ સામાન્ય વરાળ રેન્કાઇન ચક્રની જગ્યાએ સૌર પેરાબોલિક ચાટ તકનીકમાં થઈ શકે છે. ઓઆરસી ઓછી ક્ષમતા અને ઓછા સંગ્રાહક તાપમાન પર વીજળી ઉત્પાદનની મંજૂરી આપે છે, અને તેથી ઓછા ખર્ચે, નાના પાયે વિકેન્દ્રિત સી. એસ. પી. એકમોની શક્યતા છે. ઓઆરસી થર્મલ ઊર્જા સંગ્રહથી સજ્જ હાઇબ્રિડ સી. એસ. પી.-પી. વી. પ્રણાલીઓને તેમના તાત્કાલિક વીજ ઉત્પાદનના 70 ટકા સુધીની માંગ પર પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રદાન કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે, અને અન્ય પ્રકારના વિદ્યુત સંગ્રહ માટે એકદમ કાર્યક્ષમ વિકલ્પ બની શકે છે. પવનઉષ્મીય ઊર્જા તાજેતરમાં કહેવાતી પવનઉષ્મીય ઊર્જા ટર્બાઇનની ચર્ચા કરવામાં આવી છે જે પવન ઊર્જાને સીધા મધ્યમ તાપમાનની ગરમી (600 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી) માં રૂપાંતરિત કરી શકે છે. તેમને થર્મલ સ્ટોરેજ સાથે જોડી શકાય છે અને વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે યોગ્ય રીતે ORC સાથે જોડી શકાય છે. કાર્યરત પ્રવાહીની પસંદગી નીચા તાપમાન રેન્કાઈન ચક્રમાં કાર્યરત પ્રવાહીની પસંદગી મહત્ત્વની છે. નીચા તાપમાનને કારણે, ઉષ્મા સ્થાનાંતરણની બિનકાર્યક્ષમતા અત્યંત પ્રતિકૂળ છે. આ બિનકાર્યક્ષમતાઓ પ્રવાહીની થર્મોડાયનેમિક લાક્ષણિકતાઓ અને કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓ પર ખૂબ જ ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે. નીચા સ્તરની ગરમી પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે, પ્રવાહીમાં સામાન્ય રીતે પાણી કરતાં ઓછું ઉકળતા તાપમાન હોય છે. રેફ્રિજન્ટ અને હાઇડ્રોકાર્બન એ બે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ઘટકો છે. કાર્યરત પ્રવાહીની શ્રેષ્ઠ લાક્ષણિકતાઓઃ આઇસેન્ટ્રોપિક સંતૃપ્તિ વરાળ વળાંકઃ ઓઆરસીનો હેતુ નીચા ગ્રેડની ઉષ્મા શક્તિની પુનઃપ્રાપ્તિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, તેથી પરંપરાગત રેન્કાઈન ચક્ર જેવો અતિઉષ્ણ અભિગમ યોગ્ય નથી. તેથી, બાષ્પીભવકના એક્ઝોસ્ટ પર એક નાનું સુપરહીટિંગ હંમેશા પસંદ કરવામાં આવશે, જે "ભીના" પ્રવાહીને ગેરલાભ આપે છે (જે વિસ્તરણના અંતે બે તબક્કાની સ્થિતિમાં હોય છે). શુષ્ક પ્રવાહીના કિસ્સામાં, રિજનરેટરનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ. નીચા ઠંડું બિંદુ, ઉચ્ચ સ્થિરતા તાપમાનઃ પાણીથી વિપરીત, કાર્બનિક પ્રવાહી સામાન્ય રીતે ઊંચા તાપમાને રાસાયણિક બગાડ અને વિઘટનનો ભોગ બને છે. આમ મહત્તમ ગરમ સ્રોતનું તાપમાન કાર્યરત પ્રવાહીની રાસાયણિક સ્થિરતા દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. ઠંડું બિંદુ ચક્રમાં સૌથી નીચા તાપમાન કરતા ઓછું હોવું જોઈએ. બાષ્પીભવનની ઉચ્ચ ગરમી અને ગીચતાઃ ઉચ્ચ સુપ્ત ગરમી અને ઘનતા ધરાવતું પ્રવાહી બાષ્પીભવકમાં સ્ત્રોતમાંથી વધુ ઊર્જા શોષી લેશે અને આમ જરૂરી પ્રવાહ દર, સુવિધાનું કદ અને પંપનો વપરાશ ઘટાડશે. ઓછી પર્યાવરણીય અસર ઓઝોન અવક્ષય ક્ષમતા (ODP) અને ગ્લોબલ વોર્મિંગ ક્ષમતા (GWP) એ ધ્યાનમાં લેવામાં આવેલા મુખ્ય પરિમાણો છે. સલામતી પ્રવાહી બિન-સડો કરતા, બિન-જ્વલનશીલ અને બિન-ઝેરી હોવું જોઈએ. રેફ્રિજરેન્ટ્સના ASHRAE સલામતી વર્ગીકરણનો ઉપયોગ પ્રવાહી જોખમના સ્તરના સૂચક તરીકે થઈ શકે છે. સારી ઉપલબ્ધતા અને ઓછા ખર્ચે સ્વીકાર્ય દબાણ કાર્યરત પ્રવાહીના ઉદાહરણો સી. એફ. સી.: ઓઝોનના અવક્ષયને કારણે મોન્ટ્રીયલ પ્રોટોકોલ દ્વારા પ્રતિબંધિત (દા. ત. આર-11, આર-12) એચ. સી. એફ. સી.: મોન્ટ્રીયલ પ્રોટોકોલમાં કોપનહેગન સુધારાને કારણે તબક્કાવાર બંધ થઈ રહ્યું છે (દા. ત. આર-22, આર-123) એચએફસી (દા. ત. R134a, R245fa) HCs: જ્વલનશીલ, ગેસ પ્રોસેસિંગ સુવિધાઓના સામાન્ય ઉપ-ઉત્પાદનો (દા. ત. આઇસોબ્યુટેન, પેન્ટેન, પ્રોપેન) પી. એફ. સી. ઓ. આર. સી. પ્રણાલીઓનું મોડેલિંગ ઓ. આર. સી. ચક્રોનું અનુકરણ કરવા માટે આંકડાકીય સોલ્વરની જરૂર પડે છે જેમાં દળ અને ઊર્જા સંતુલન, ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ, દબાણમાં ઘટાડો, યાંત્રિક નુકસાન, લિકેજ વગેરેના સમીકરણો હોય છે. અમલમાં મૂકવામાં આવે છે. ઓઆરસી મોડેલોને બે મુખ્ય પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છેઃ સ્થિર સ્થિતિ અને ગતિશીલ. સ્થિર-સ્થિતિ મોડેલો ડિઝાઇન (અથવા કદ) હેતુ માટે અને પાર્ટ-લોડ સિમ્યુલેશન બંને માટે જરૂરી છે. બીજી બાજુ, ગતિશીલ નમૂનાઓ, વિવિધ ઘટકોમાં ઊર્જા અને સામૂહિક સંચય માટે પણ જવાબદાર છે. તેઓ ખાસ કરીને નિયંત્રણ વ્યૂહરચનાઓના અમલીકરણ અને અનુકરણ માટે ઉપયોગી છે, દા. ત. ક્ષણિક દરમિયાન અથવા શરૂઆત દરમિયાન અને ORC મોડેલિંગનું બીજું મુખ્ય પાસું કાર્બનિક પ્રવાહી થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મોની ગણતરી છે. પેંગ-રોબિન્સન જેવા સ્થિતિઓનું સરળ સમીકરણ (ઇ. ઓ. એસ.) ટાળવું જોઈએ કારણ કે તેમની ચોકસાઈ ઓછી છે. બહુવિધ પરિમાણ ઇ. ઓ. એસ. ને પ્રાધાન્ય આપવું જોઈએ, ઉદાહરણ તરીકે. અત્યાધુનિક થર્મોફિઝિકલ અને પરિવહન ગુણધર્મો ડેટાબેઝ. ઉપરોક્ત હેતુઓ માટે વિવિધ સાધનો ઉપલબ્ધ છે, દરેક પ્રસ્તુત ફાયદા અને ખામીઓ છે. સૌથી સામાન્ય અહીં નોંધવામાં આવ્યા છે. રેન્કાઇન ચક્ર થર્મોડાયનેમિક ચક્ર પણ જુઓ વિવિધ સ્રોતો દ્વારા પેદા થતી વીજળીનો સંબંધિત ખર્ચ નાફ્થા લોન્ચ કાર્યકારી પ્રવાહી બિન આદર્શ સંકોચનક્ષમ પ્રવાહી ગતિશીલતા સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ ઓર્ગેનિક રેન્કાઇન ચક્ર થર્મોડાયનેમિક ચક્ર પર જ્ઞાન કેન્દ્ર