Organic Rankine cycle
تھرمل انجینئرنگ میں، نامیاتی رینکائن سائیکل (او آر سی) تھرموڈینامک سائیکل کی ایک قسم ہے۔ یہ رینکائن سائیکل کی ایک تغیر ہے جس کا نام اس کے نامیاتی، اعلی سالماتی بڑے پیمانے پر سیال (پانی کے مقابلے میں) کے استعمال کے لیے رکھا گیا ہے جس کا بخارات کا درجہ حرارت پانی سے کم ہوتا ہے۔ سیال کم درجہ حرارت کے ذرائع جیسے بائیو ماس دہن، صنعتی فضلہ گرمی، جیوتھرمل گرمی، شمسی تالاب وغیرہ سے گرمی کی بازیابی کی اجازت دیتا ہے۔ کم درجہ حرارت والی حرارت کو مفید کام میں تبدیل کیا جاتا ہے، جسے خود بجلی میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ یہ ٹیکنالوجی 1950 کی دہائی کے آخر میں لوسین برونکی اور ہیری زوی ٹیبور نے تیار کی تھی۔ نیفتھا انجن، جو اصولی طور پر او آر سی سے ملتے جلتے ہیں لیکن دیگر ایپلی کیشنز کے لیے تیار کیے گئے تھے، 1890 کی دہائی کے اوائل میں استعمال میں تھے۔ او آر سی کا عملی اصول نامیاتی رینکائن سائیکل کا عملی اصول رینکائن سائیکل جیسا ہی ہے: کام کرنے والے سیال کو ایک بوائیلر میں پمپ کیا جاتا ہے جہاں اسے بخارات میں تبدیل کیا جاتا ہے، توسیعی آلہ (ٹربائن، سکرو، اسکرول، یا دیگر ایکسپینڈر) سے گزرتا ہے، اور پھر کنڈینسر ہیٹ ایکسچینجر کے ذریعے جہاں اسے آخر میں دوبارہ گاڑھا کیا جاتا ہے۔ انجن کے نظریاتی ماڈل کے ذریعہ بیان کردہ مثالی سائیکل میں، توسیع آئسینٹروپک ہے اور بخارات اور سنکشیپن کے عمل آئسوبارک ہیں۔ کسی بھی حقیقی سائیکل میں، ناقابل واپسی کی موجودگی سائیکل کی کارکردگی کو کم کرتی ہے۔ وہ ناقابل واپسی چیزیں بنیادی طور پر ہوتی ہیں: توسیع کے دوران: دباؤ کے فرق سے بازیافت ہونے والی توانائی کا صرف ایک حصہ مفید کام میں تبدیل ہوتا ہے۔ دوسرا حصہ گرمی میں تبدیل ہو جاتا ہے اور ختم ہو جاتا ہے۔ ایکسینٹروپک توسیع کے مقابلے میں ایکسپینڈر کی کارکردگی کی وضاحت کی جاتی ہے۔ ہیٹ ایکسچینجرز میں: کام کرنے والا سیال ایک طویل اور ناقص راستہ اختیار کرتا ہے جو گرمی کے اچھے تبادلے کو یقینی بناتا ہے لیکن دباؤ میں کمی کا سبب بنتا ہے جو سائیکل سے بازیافت ہونے والی طاقت کی مقدار کو کم کرتا ہے۔ اسی طرح، حرارت کے منبع/سنک اور کام کرنے والے سیال کے درمیان درجہ حرارت کا فرق ایکسرجی کی تباہی پیدا کرتا ہے اور سائیکل کی کارکردگی کو کم کرتا ہے۔ او آر سی کے لیے ایپلی کیشنز نامیاتی رینکائن سائیکل ٹیکنالوجی کی بہت سی ممکنہ ایپلی کیشنز ہیں، اور دنیا بھر میں 2.7 جی ڈبلیو سے زیادہ نصب شدہ صلاحیت اور 698 شناخت شدہ پاور پلانٹس کی گنتی کرتی ہے۔ ان میں، سب سے زیادہ وسیع اور امید افزا شعبے درج ذیل ہیں: فضلہ گرمی کی بازیابی فضلہ گرمی کی بازیابی نامیاتی رینکائن سائیکل (او آر سی) کے لیے سب سے اہم ترقیاتی شعبوں میں سے ایک ہے۔ اس کا اطلاق ہیٹ اور پاور پلانٹس پر کیا جا سکتا ہے (مثال کے طور پر گھریلو واٹر ہیٹر پر چھوٹے پیمانے پر کوجینریشن پلانٹ)، یا صنعتی اور کاشتکاری کے عمل جیسے نامیاتی مصنوعات کے خمیر، تندور یا بھٹیوں سے گرم اخراج (جیسے۔ چونے اور سیمنٹ کے بھٹے)، فلو گیس کنڈینسیشن، گاڑیوں سے نکلنے والی گیس، کمپریسر کی انٹر کولنگ، پاور سائیکل کا کنڈینسر وغیرہ۔ بائیو ماس پاور پلانٹ پوری دنیا میں دستیاب ہے اور اسے چھوٹے سے درمیانے درجے کے پیمانے کے پاور پلانٹس پر بجلی کی پیداوار کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ او آر سی پاور پلانٹس میں کام کرنے کے کم دباؤ کی وجہ سے مشینری کے لیے زیادہ مخصوص سرمایہ کاری کے اخراجات جیسے اسٹیم بوائیلرز کا مسئلہ دور ہو جاتا ہے۔ ایک اور فائدہ کام کرنے والے سیال کی خصوصیات کی وجہ سے مشین کی طویل آپریشنل زندگی ہے، کہ بھاپ کے برعکس والو سیٹوں کی نلیوں اور ٹربائن بلیڈ کے لیے غیر کٹاؤ اور غیر کٹاؤ ہے۔ او آر سی کا عمل بہت سے خطوں میں دستیاب ان پٹ ایندھن کی نسبتا کم مقدار پر قابو پانے میں بھی مدد کرتا ہے کیونکہ چھوٹے سائز کے پلانٹس کے لیے ایک موثر او آر سی پاور پلانٹ ممکن ہے۔ جیوتھرمل پودے جیوتھرمک حرارت کے ذرائع درجہ حرارت میں 50 سے 350 ڈگری سیلسیس تک مختلف ہوتے ہیں۔ اس لیے او آر سی اس قسم کی درخواست کے لیے بالکل موزوں ہے۔ تاہم، یہ بات ذہن میں رکھنا ضروری ہے کہ کم درجہ حرارت والے جیوتھرمل ذرائع (عام طور پر 100 ڈگری سیلسیس سے کم) کے لیے، کارکردگی بہت کم ہوتی ہے اور گرمی کے سنک درجہ حرارت (ماحول کے درجہ حرارت سے متعین) پر مضبوطی سے منحصر ہوتی ہے۔ شمسی تھرمل پاور نامیاتی رینکائن سائیکل کو معمول کے بھاپ رینکائن سائیکل کی جگہ شمسی پیرابولک گرت ٹیکنالوجی میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ او آر سی کم صلاحیتوں اور کم کلکٹر درجہ حرارت پر بجلی پیدا کرنے کی اجازت دیتا ہے، اور اس لیے کم لاگت، چھوٹے پیمانے پر وکندریقرت سی ایس پی یونٹوں کا امکان ہے۔ او آر سی تھرمل انرجی اسٹوریج سے لیس ہائبرڈ سی ایس پی-پی وی سسٹم کو بھی قابل بناتا ہے تاکہ ان کی فوری بجلی کی پیداوار کا 70 فیصد تک آن ڈیمانڈ ریکوری فراہم کی جا سکے، اور یہ دیگر اقسام کے برقی اسٹوریج کا کافی موثر متبادل ہو سکتا ہے۔ ونڈ تھرمل انرجی حال ہی میں نام نہاد ونڈ تھرمل انرجی ٹربائنز پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے جو ہوا کی توانائی کو براہ راست درمیانے درجہ حرارت کی حرارت (600 ڈگری سینٹی گریڈ تک) میں تبدیل کر سکتی ہیں۔ انہیں تھرمل اسٹوریج کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے اور بجلی پیدا کرنے کے لیے او آر سی کے ساتھ مناسب طریقے سے ملایا جا سکتا ہے۔ کام کرنے والے سیال کا انتخاب کم درجہ حرارت رینکائن سائیکلوں میں کام کرنے والے سیال کا انتخاب کلیدی اہمیت کا حامل ہے۔ کم درجہ حرارت کی وجہ سے، حرارت کی منتقلی کی ناکارہتیں انتہائی متعصبانہ ہوتی ہیں۔ یہ ناکارہیاں سیال کی تھرموڈینامک خصوصیات اور آپریٹنگ حالات پر بہت مضبوطی سے منحصر ہوتی ہیں۔ کم درجے کی حرارت کو بازیافت کرنے کے لیے، سیال کا ابلتا ہوا درجہ حرارت عام طور پر پانی سے کم ہوتا ہے۔ ریفریجریٹر اور ہائیڈرو کاربن عام طور پر استعمال ہونے والے دو اجزاء ہیں۔ کام کرنے والے سیال کی بہترین خصوصیات: آئزنٹروپک سیچوریشن بخارات وکر: چونکہ او آر سی کا مقصد کم درجے کی حرارت کی طاقت کی بازیابی پر مرکوز ہے، اس لیے روایتی رینکائن سائیکل کی طرح ایک انتہائی گرم نقطہ نظر مناسب نہیں ہے۔ لہذا، بخارات کے اخراج پر ایک چھوٹی سی سپر ہیٹنگ کو ہمیشہ ترجیح دی جائے گی، جو "گیلے" سیالوں کو نقصان پہنچاتی ہے (جو توسیع کے اختتام پر دو مراحل کی حالت میں ہوتے ہیں)۔ خشک سیالوں کے معاملے میں، ری جنریٹر کا استعمال کیا جانا چاہیے۔ کم منجمد نقطہ، اعلی استحکام کا درجہ حرارت: پانی کے برعکس، نامیاتی سیال عام طور پر اعلی درجہ حرارت پر کیمیائی بگاڑ اور سڑنے کا شکار ہوتے ہیں۔ اس طرح زیادہ سے زیادہ گرم ماخذ کا درجہ حرارت کام کرنے والے سیال کے کیمیائی استحکام سے محدود ہوتا ہے۔ منجمد نقطہ سائیکل میں سب سے کم درجہ حرارت سے کم ہونا چاہیے۔ بخارات اور کثافت کی زیادہ گرمی: زیادہ پوشیدہ گرمی اور کثافت والا سیال بخارات میں موجود ماخذ سے زیادہ توانائی جذب کرے گا اور اس طرح مطلوبہ بہاؤ کی شرح، سہولت کے سائز اور پمپ کی کھپت کو کم کرے گا۔ کم ماحولیاتی اثرات اوزون کی کمی کی صلاحیت (او ڈی پی) اور گلوبل وارمنگ کی صلاحیت (جی ڈبلیو پی) کو مدنظر رکھا گیا ہے۔ حفاظت سیال غیر زہریلا، غیر آتش گیر اور غیر زہریلا ہونا چاہیے۔ ریفریجریٹس کی ASHRAE حفاظتی درجہ بندی کو سیال کے خطرے کی سطح کے اشارے کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اچھی دستیابی اور کم لاگت قابل قبول دباؤ کام کرنے والے سیالوں کی مثالیں سی ایف سی: اوزون کی کمی کی وجہ سے مونٹریال پروٹوکول کے ذریعہ پابندی عائد (مثال کے طور پر۔ آر-11، آر-12) ایچ سی ایف سی: مونٹریال پروٹوکول میں کوپن ہیگن ترمیم کی وجہ سے مرحلہ وار ختم ہونا (مثال کے طور پر۔ R-22، R-123) HFCs (مثال کے طور پر۔ R134a، R245fa) HCs: آتش گیر، گیس پروسیسنگ سہولیات کی عام ضمنی مصنوعات (مثال کے طور پر۔ آئسوبوٹین، پینٹین، پروپین) پی ایف سیز ماڈلنگ او آر سی سسٹمز سیمولیٹنگ او آر سی سائیکلوں کے لیے ایک عددی حل کنندہ کی ضرورت ہوتی ہے جس میں کمیت اور توانائی کے توازن، حرارت کی منتقلی، دباؤ میں کمی، مکینیکل نقصانات، رساو وغیرہ کی مساوات ہوتی ہیں۔ عمل میں لائے جاتے ہیں۔ او آر سی ماڈلز کو دو اہم اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: مستحکم حالت اور متحرک۔ اسٹیڈی اسٹیٹ ماڈل ڈیزائن (یا سائز) کے مقصد اور پارٹ لوڈ تخروپن دونوں کے لیے درکار ہوتے ہیں۔ دوسری طرف متحرک ماڈل بھی مختلف اجزاء میں توانائی اور بڑے پیمانے پر جمع ہونے کا سبب بنتے ہیں۔ وہ خاص طور پر کنٹرول کی حکمت عملیوں کو نافذ کرنے اور ان کی تقلید کرنے کے لیے مفید ہیں، جیسے۔ ٹرانزینٹس کے دوران یا آغاز اور آغاز کے دوران او آر سی ماڈلنگ کا ایک اور اہم پہلو نامیاتی سیال تھرموڈینامک خصوصیات کا حساب ہے۔ حالتوں کی سادہ مساوات (ای او ایس) جیسے پینگ-رابنسن سے گریز کیا جانا چاہیے کیونکہ ان کی درستگی کم ہے۔ ملٹی پیرامیٹر ای او ایس کو ترجیح دی جانی چاہیے، مثال کے طور پر جدید ترین تھرمو فزیکل اور ٹرانسپورٹ پراپرٹیز ڈیٹا بیس۔ مذکورہ بالا مقاصد کے لیے مختلف ٹولز دستیاب ہیں، جن میں سے ہر ایک کے فوائد اور نقصانات ہیں۔ سب سے زیادہ عام کی اطلاع ذیل میں دی گئی ہے۔ رینکائن سائیکل تھرموڈینامک سائیکل مختلف ذرائع سے پیدا ہونے والی بجلی کی متعلقہ لاگت نیفتھا لانچ ورکنگ فلوئڈز غیر مثالی کمپریسیبل فلوئڈ ڈائنامکس حوالہ جات بیرونی روابط نامیاتی رینکائن سائیکل تھرموڈینامک سائیکلوں پر نالج سینٹر