Organic Rankine cycle
थर्मल इंजीनियरिंग में, कार्बनिक रैंकिन चक्र (ओआरसी) एक प्रकार का ऊष्मागतिकीय चक्र है। यह रैंकिन चक्र की एक भिन्नता है जिसका नाम एक कार्बनिक, उच्च-आणविक द्रव्यमान तरल पदार्थ (पानी की तुलना में) के उपयोग के लिए रखा गया है जिसका वाष्पीकरण तापमान पानी की तुलना में कम है। तरल पदार्थ कम तापमान वाले स्रोतों जैसे बायोमास दहन, औद्योगिक अपशिष्ट गर्मी, भू-तापीय गर्मी, सौर तालाबों आदि से गर्मी की वसूली की अनुमति देता है। कम तापमान वाली गर्मी को उपयोगी कार्य में परिवर्तित किया जाता है, जिसे स्वयं बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। इस तकनीक को 1950 के दशक के अंत में लुसिएन ब्रोनिकी और हैरी ज़्वी ताबोर द्वारा विकसित किया गया था। नाफ्था इंजन, सिद्धांत रूप से ओआरसी के समान लेकिन अन्य अनुप्रयोगों के लिए विकसित, 1890 के दशक की शुरुआत में उपयोग में थे। ओआरसी का कार्य सिद्धांत कार्बनिक रैंकिन चक्र का कार्य सिद्धांत रैंकिन चक्र के समान हैः कार्यशील तरल पदार्थ को एक बॉयलर में पंप किया जाता है जहां इसे वाष्पित किया जाता है, एक विस्तार उपकरण (टरबाइन, स्क्रू, स्क्रॉल, या अन्य विस्तारक) के माध्यम से पारित किया जाता है, और फिर एक संघनक ताप विनिमायक के माध्यम से जहां इसे अंत में फिर से संघनित किया जाता है। इंजन के सैद्धांतिक मॉडल द्वारा वर्णित आदर्श चक्र में, विस्तार आइसेंट्रोपिक है और वाष्पीकरण और संघनन प्रक्रियाएं आइसोबैरिक हैं। किसी भी वास्तविक चक्र में, अपरिवर्तनीयताओं की उपस्थिति चक्र दक्षता को कम कर देती है। वे अपरिवर्तनीयताएँ मुख्य रूप से होती हैंः विस्तार के दौरानः दबाव अंतर से पुनर्प्राप्त करने योग्य ऊर्जा का केवल एक हिस्सा उपयोगी कार्य में बदल जाता है। दूसरा भाग गर्मी में बदल जाता है और नष्ट हो जाता है। विस्तारक की दक्षता को एक आइसेंट्रोपिक विस्तार की तुलना में परिभाषित किया जाता है। ऊष्मा विनिमायकों मेंः कार्यशील द्रव एक लंबा और पापपूर्ण मार्ग लेता है जो अच्छी ऊष्मा विनिमय सुनिश्चित करता है लेकिन दबाव में गिरावट का कारण बनता है जो चक्र से पुनर्प्राप्त करने योग्य शक्ति की मात्रा को कम करता है। इसी तरह, ऊष्मा स्रोत/सिंक और काम करने वाले तरल पदार्थ के बीच तापमान का अंतर एक्सर्जी विनाश उत्पन्न करता है और चक्र प्रदर्शन को कम करता है। ओ. आर. सी. के लिए अनुप्रयोग जैविक रैंकिन चक्र प्रौद्योगिकी के कई संभावित अनुप्रयोग हैं, और दुनिया भर में 2.7 गीगावाट से अधिक स्थापित क्षमता और 698 चिन्हित बिजली संयंत्र हैं। उनमें से, सबसे व्यापक और आशाजनक क्षेत्र निम्नलिखित हैंः अपशिष्ट गर्मी वसूली अपशिष्ट गर्मी वसूली जैविक रैंकिन चक्र (ओआरसी) के लिए सबसे महत्वपूर्ण विकास क्षेत्रों में से एक है। इसे ऊष्मा और बिजली संयंत्रों (उदाहरण के लिए घरेलू जल तापक पर एक छोटे पैमाने पर सह-उत्पादन संयंत्र), या औद्योगिक और कृषि प्रक्रियाओं जैसे कि जैविक उत्पादों के किण्वन, ओवन या भट्टियों से गर्म निकास (जैसे। चूने और सीमेंट भट्टों), फ्लू-गैस संघनन, वाहनों से निकलने वाली गैसें, एक कंप्रेसर का इंटरकुलिंग, एक बिजली चक्र का कंडेनसर, आदि। बायोमास बिजली संयंत्र दुनिया भर में उपलब्ध है और इसका उपयोग छोटे से मध्यम आकार के बिजली संयंत्रों में बिजली के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। ओ. आर. सी. बिजली संयंत्रों में कम काम करने के दबाव के कारण भाप बॉयलर जैसी मशीनरी के लिए उच्च विशिष्ट निवेश लागत की समस्या दूर हो जाती है। एक अन्य लाभ काम करने वाले तरल पदार्थ की विशेषताओं के कारण मशीन का लंबा परिचालन जीवन है, कि भाप के विपरीत गैर-क्षरण और वाल्व सीटों के लिए गैर-क्षरण नलिका और टरबाइन ब्लेड है। ओ. आर. सी. प्रक्रिया कई क्षेत्रों में उपलब्ध निवेश ईंधन की अपेक्षाकृत कम मात्रा को दूर करने में भी मदद करती है क्योंकि छोटे आकार के संयंत्रों के लिए एक कुशल ओ. आर. सी. बिजली संयंत्र संभव है। भू-तापीय पादप भू-तापीय ऊष्मा स्रोत तापमान में 50 से 350 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न होते हैं। इसलिए ओ. आर. सी. इस तरह के अनुप्रयोग के लिए पूरी तरह से अनुकूलित है। हालांकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कम तापमान वाले भू-तापीय स्रोतों (आमतौर पर 100 डिग्री सेल्सियस से कम) के लिए, दक्षता बहुत कम है और हीट सिंक तापमान (परिवेश के तापमान द्वारा परिभाषित) पर दृढ़ता से निर्भर करती है। सौर तापीय ऊर्जा कार्बनिक रैंकिन चक्र का उपयोग सामान्य भाप रैंकिन चक्र के स्थान पर सौर परवलयिक गर्त प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है। ओआरसी कम क्षमता और कम संग्राहक तापमान पर बिजली उत्पादन की अनुमति देता है, और इसलिए कम लागत, छोटे पैमाने पर विकेंद्रीकृत सी. एस. पी. इकाइयों की संभावना है। ओ. आर. सी. तापीय ऊर्जा भंडारण से लैस संकर सी. एस. पी.-पी. वी. प्रणालियों को उनके तत्काल बिजली उत्पादन के 70 प्रतिशत तक की मांग पर वसूली प्रदान करने में सक्षम बनाता है, और अन्य प्रकार के विद्युत भंडारण के लिए काफी कुशल विकल्प हो सकता है। पवन-तापीय ऊर्जा हाल ही में तथाकथित पवन-तापीय ऊर्जा टर्बाइनों पर चर्चा की गई है जो पवन ऊर्जा को सीधे मध्यम तापमान गर्मी (600 डिग्री सेल्सियस तक) में बदल सकते हैं। इन्हें तापीय भंडारण के साथ जोड़ा जा सकता है और बिजली पैदा करने के लिए ओआरसी के साथ उपयुक्त रूप से मिलान किया जा सकता है। कार्यशील द्रव का चयन निम्न तापमान श्रेणी चक्रों में कार्यशील द्रव का चयन महत्वपूर्ण है। कम तापमान के कारण, ऊष्मा हस्तांतरण की अक्षमताएँ अत्यधिक प्रतिकूल होती हैं। ये अक्षमताएँ द्रव की ऊष्मागतिकीय विशेषताओं और संचालन स्थितियों पर बहुत दृढ़ता से निर्भर करती हैं। निम्न-श्रेणी की गर्मी को पुनः प्राप्त करने के लिए, तरल पदार्थ में आमतौर पर पानी की तुलना में कम उबलता तापमान होता है। रेफ्रिजरेंट और हाइड्रोकार्बन आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले दो घटक हैं। कार्यशील द्रव की इष्टतम विशेषताएंः आइसेंट्रोपिक संतृप्ति वाष्प वक्रः चूंकि ओ. आर. सी. का उद्देश्य निम्न श्रेणी की ताप शक्ति की वसूली पर केंद्रित है, इसलिए पारंपरिक रैंकिन चक्र की तरह एक अतिउष्ण दृष्टिकोण उपयुक्त नहीं है। इसलिए, वाष्पीकरणक के निकास पर एक छोटे से अतिउष्णन को हमेशा प्राथमिकता दी जाएगी, जो "गीले" तरल पदार्थों (जो विस्तार के अंत में दो-चरणीय अवस्था में होते हैं) को नुकसान पहुंचाता है। शुष्क तरल पदार्थों के मामले में, एक पुनर्योजी का उपयोग किया जाना चाहिए। कम हिमांक बिंदु, उच्च स्थिरता तापमानः पानी के विपरीत, कार्बनिक तरल पदार्थ आमतौर पर उच्च तापमान पर रासायनिक गिरावट और अपघटन का सामना करते हैं। इस प्रकार अधिकतम गर्म स्रोत तापमान कार्यशील तरल पदार्थ की रासायनिक स्थिरता द्वारा सीमित होता है। चक्र में हिमांक बिंदु सबसे कम तापमान से कम होना चाहिए। वाष्पीकरण की उच्च ऊष्मा और घनत्वः उच्च अव्यक्त ऊष्मा और घनत्व वाला तरल पदार्थ वाष्पीकरण में स्रोत से अधिक ऊर्जा अवशोषित करेगा और इस प्रकार आवश्यक प्रवाह दर, सुविधा के आकार और पंप की खपत को कम कर देगा। कम पर्यावरणीय प्रभाव ओजोन क्षय क्षमता (ओ. डी. पी.) और ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (जी. डब्ल्यू. पी.) को ध्यान में रखा गया है। सुरक्षा तरल पदार्थ गैर-संक्षारक, गैर-ज्वलनशील और गैर-विषाक्त होना चाहिए। रेफ्रिजरेंट के ASHRAE सुरक्षा वर्गीकरण का उपयोग तरल पदार्थ के खतरनाक स्तर के संकेतक के रूप में किया जा सकता है। अच्छी उपलब्धता और कम लागत स्वीकार्य दबाव काम करने वाले तरल पदार्थों के उदाहरण सी. एफ. सी.: ओजोन की कमी के कारण मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल द्वारा प्रतिबंधित (जैसे। आर-11, आर-12) एच. सी. एफ. सी.: मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल में कोपनहेगन संशोधन के कारण चरणबद्ध तरीके से समाप्त हो रहे हैं। आर-22, आर-123) एचएफसी (जैसे। आर134ए, आर245एफए) एचसीः ज्वलनशील, गैस प्रसंस्करण सुविधाओं के सामान्य उप-उत्पाद (जैसे। आइसोब्यूटेन, पेंटेन, प्रोपेन) पी. एफ. सी. मॉडलिंग ओ. आर. सी. प्रणालियाँ ओ. आर. सी. चक्रों के अनुकरण के लिए एक संख्यात्मक समाधानक की आवश्यकता होती है जिसमें द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन, ऊष्मा हस्तांतरण, दबाव में गिरावट, यांत्रिक नुकसान, रिसाव आदि के समीकरण होते हैं। लागू किया जाता है। ओ. आर. सी. मॉडल को दो मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जा सकता हैः स्थिर-अवस्था और गतिशील। स्थिर-अवस्था मॉडल डिजाइन (या आकार) उद्देश्य और आंशिक-भार अनुकरण दोनों के लिए आवश्यक हैं। दूसरी ओर, गतिशील मॉडल भी विभिन्न घटकों में ऊर्जा और द्रव्यमान संचय के लिए जिम्मेदार हैं। वे विशेष रूप से नियंत्रण रणनीतियों को लागू करने और अनुकरण करने के लिए उपयोगी हैं, जैसे। ओ. आर. सी. प्रतिरूपण का एक अन्य प्रमुख पहलू कार्बनिक द्रव ऊष्मागतिकीय गुणों की गणना है। अवस्थाओं के सरल समीकरण (ई. ओ. एस.) जैसे पेंग-रॉबिन्सन से बचना चाहिए क्योंकि उनकी सटीकता कम है। मल्टीपैरामीटर ई. ओ. एस. को प्राथमिकता दी जानी चाहिए, जैसे कि अत्याधुनिक थर्मोफिजिकल और परिवहन गुण डेटाबेस। उपरोक्त उद्देश्यों के लिए विभिन्न उपकरण उपलब्ध हैं, जिनमें से प्रत्येक लाभ और कमियों को प्रस्तुत करता है। सबसे आम लोगों को नीचे बताया गया है। रैंकिन चक्र ऊष्मागतिकीय चक्र भी देखें विभिन्न स्रोतों द्वारा उत्पन्न बिजली की सापेक्ष लागत नाफ्था लॉन्च कार्यशील तरल पदार्थ गैर आदर्श संपीड़ित तरल गतिकी संदर्भ बाहरी लिंक कार्बनिक रैंकिन चक्र ऊष्मागतिकीय चक्रों पर ज्ञान केंद्र