유기 랭킨 사이클

열역학
고전적인 카르노 히트 엔진
나뭇가지 고전적인 통계 화학의 양자 열역학 평형/비평형
법률 제로스 첫번째 둘째 셋째
시스템들 폐쇄형 시스템 오픈 시스템 격리 시스템 주 상태 방정식 이상 기체 실가스 상황 위상(매터) 평형 볼륨 제어 인스트루먼트 과정 이소바릭 아이소코리 등온 단열성 등엔트로픽 이센탈픽 준정전성 폴리트로픽 자유 확장 가역성 불가역성 내복원성 사이클 히트 엔진 히트 펌프 열효율
시스템 속성 주의: 이탤릭체로 표시된 켤레 변수 속성도 집약적이고 광범위한 속성 프로세스 기능 일하다. 열 국가 기능 온도/엔트로피(개요) 압력/볼륨 화학 퍼텐셜/입자수 증기 품질 속성 감소
재료 특성 속성 데이터베이스 비열 용량 ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ $\displaystyle \partial S\$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle\partial T}$ 압축성 $\displaystyle \displays =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ $(\displaystyle\displayp)$ 열팽창 $\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle\partial T}$
방정식 카르노의 정리 클라우시우스 정리 기본 관계 이상기체의 법칙 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리지만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 깁스 자유 에너지 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스 법칙 "영구 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너제틱스 이론들 열량론 Vis viva ('생체력') 열의 기계적 등가 동력 주요 출판물 실험적인 질문 ~에 대해서열 균형에 대하여 이종 물질 의 리플렉션 불의 원동력 타임라인 열역학 히트 엔진 예체능 교육 맥스웰의 열역학 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자 베르누이 볼츠만 브리지만 카라테오도리 카르노 클라피론 클라우시우스 돈더 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 루이스 마시외 맥스웰 폰 메이어 네른스트 온사게 플랑크 랭킨 스미톤 스틸 태트 톰슨 톰슨 판 데르 발스 워터스톤
다른. 핵생성 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
v t

ORC(Organic Rankine Cycle)는 수증기 상변화보다 낮은 온도에서 발생하는 액체-증기 상변화 또는 끓는점이 있는 유기 고분자 질량 유체를 사용하기 때문에 붙여진 이름입니다.이 유체는 바이오매스 연소, 산업 폐열, 지열, 태양열 연못 등과 같은 저온 소스에서 랭킨 사이클 열을 회수할 수 있습니다.저온열은 유용한 작업으로 전환되고, 그 자체가 전기로 전환될 수 있습니다.

이 기술은 1950년대 후반 루시엔 브로니키와 해리 즈비 ^[1][2]타보르가 개발했다.

원칙적으로는 ORC와 비슷하지만 다른 용도로 개발된 나프타 엔진은 1890년대에 이미 사용되었습니다.

ORC의 작동 원리

유기 랭킨 사이클의 작동 원리는 랭킨 사이클의 작동 원리와 동일합니다. 작동 유체는 보일러로 펌핑되어 증발한 후 팽창 장치(터빈,^[3] 나사,^{[4] [5]}스크롤 또는 기타 팽창기)를 거쳐 최종적으로 재응축되는 콘덴서 열 교환기를 통과합니다.

엔진의 이론 모델에 의해 설명되는 이상적인 사이클에서 팽창은 등압성이고 증발 및 응축 프로세스는 등압성입니다.

실제 사이클에서는 비가역성이 존재하면 사이클 효율이 저하됩니다.이러한 불가역성은 주로 다음과 같이 발생합니다.^[6]

• 확장 중:압력차에서 회수 가능한 에너지의 일부만 유용한 작업으로 변환됩니다.다른 부분은 열로 변환되어 없어집니다.팽창기의 효율은 등엔트로픽 팽창과 비교하여 정의됩니다.
• 열교환기 내:작동 유체는 길고 구불구불한 경로를 통해 열 교환을 원활하게 보장하지만 압력 강하를 일으켜 사이클에서 회수 가능한 전력량을 낮춥니다.마찬가지로 열원/싱크와 작동유체의 온도차는 엑서지 파괴를 발생시켜 사이클 성능을 저하시킨다.

ORC용 어플리케이션

시리즈의 일부
지속 가능한 에너지
에너지 절약 건물의 단열재 열병합발전 효율적인 에너지 사용 에너지 저장소 환경 계획 환경 테크놀로지 그린 빌딩 친환경 건물과 목재 그린 리트로피트 히트 펌프 저에너지 건설 기술 목록 저에너지 주택 마이크로제너레이션 지속 가능한 아키텍처 열대녹색빌딩 제로 에너지 빌딩
재생 에너지 바이오매스 탄소 중립 연료 지열 수력 발전 해양 에너지 재생 에너지 전환 재생열 태양의 지속 가능한 바이오 연료 조력 파력 바람
지속 가능한 수송 자전거. 사이클 인력거 전기 자전거 전기 자동차 친환경 차량 하이브리드 차량 킥스쿠터 개인 쾌속 교통 퍼스널 트랜스포터 플러그인 하이브리드 철도 수송 스케이트보드 태양광 자동차 트램 걷기
재생 에너지 포털 카테고리
v t

시리즈의 일부
재생 에너지
바이오 연료 바이오매스 바이오가스 탄소 중립 연료 지열 에너지 지열 난방 지열 발전 수력 전기 수력 발전 해양 에너지 태양 에너지 태양광 발전 지속 가능한 바이오 연료 조력 파력 풍력 발전
재생 에너지로 제안된 원자력
국가별 토픽 마케팅 및 정책 동향
v t

유기 랭킨 사이클 테크놀로지는 많은 응용 분야를 가지고 있으며,^[7] 전 세계적으로 2.7 GW 이상의 설치 용량과 698개의 발전소 식별을 하고 있습니다.그 중에서도 가장 널리 보급되어 유망한 분야는 다음과 같습니다.^[8]

폐열 회수

폐열 회수는 유기 랭킨 사이클(ORC)에서 가장 중요한 개발 분야 중 하나입니다.열 및 발전소(예: 가정용 온수기의 소규모 열병합발전소) 또는 산업 및 농업 프로세스(예: 유기 제품 발효, 오븐 또는 용해로의 고온 배기(예: 석회 및 시멘트 가마), 연도 가스 응축, 차량의 배기 가스, 압축기의 인터쿨링)에 적용할 수 있습니다.전원 사이클 등의 nser

바이오매스 발전소

바이오매스는 전 세계에서 이용 가능하며 중소규모 발전소의 전력 생산에 사용할 수 있다.ORC 발전소의 낮은 작동 압력으로 인해 증기 보일러와 같은 기계에 대한 높은 특정 투자 비용 문제가 해결되었습니다.또 다른 장점은 작동 유체의 특성으로 인한 기계의 긴 작동 수명입니다. 밸브 시트 튜브 및 터빈 블레이드의 경우 증기가 부식되지 않고 부식되지 않습니다.또한 ORC 프로세스는 소규모 발전소에서 효율적인 ORC 발전소가 가능하기 때문에 많은 지역에서 사용 가능한 상대적으로 적은 양의 입력 연료를 극복하는 데 도움이 됩니다.

지열 발전소

지열원의 온도는 50~350°C까지 다양합니다.따라서 ORC는 이러한 종류의 어플리케이션에 완벽하게 적응되어 있습니다.그러나 저온 지열원(일반적으로 100°C 미만)의 경우 효율이 매우 낮고 히트 싱크 온도(주변 온도에 의해 정의됨)에 따라 크게 좌우된다는 점에 유의해야 합니다.

태양열 발전

유기 랭킨 사이클은 일반적인 증기 랭킨 사이클 대신 태양 포물선 트로프 기술에 사용될 수 있습니다.ORC를 사용하면 낮은 용량과 낮은 컬렉터 온도에서 전기를 생성할 수 있으므로 저비용 소규모 분산형 CSP 유닛의 ^[9][10]가능성이 있습니다.또한 ORC를 통해 열 에너지 스토리지를 갖춘 하이브리드 CSP-PV 시스템을 통해 순간 발전량의 최대 70%를 온디맨드 방식으로 복구할 수 있으며, 다른 유형의 ^[11][12]전기 스토리지를 대체할 수 있습니다.

풍열 에너지

최근에는 풍력 에너지를 중온열(최대 600°^[13]C)로 직접 전환할 수 있는 이른바 풍열 에너지 터빈이 논의되고 있습니다.이들은 열 저장소와 결합할 수 있으며 전기를 생성하기 위해 ORC와 적절히 일치시킬 수 있습니다.

작동 유체 선택

저온 랭킨 사이클에서는 작동 오일의 선택이 매우 중요합니다.온도가 낮기 때문에 열 전달의 비효율성은 매우 해롭습니다.이러한 비효율성은 유체의 열역학 특성 및 작동 조건에 따라 매우 크게 좌우됩니다.

낮은 수준의 열을 회수하기 위해 일반적으로 유체는 물보다 끓는 온도가 낮습니다.냉매와 탄화수소는 일반적으로 사용되는 두 가지 구성 요소입니다.

작동 유체의 최적 특성:

• 등엔트로픽 포화 증기 곡선:

ORC의 목적은 저급 열전력의 회복에 중점을 두기 때문에 기존의 랭킨 사이클과 같은 과열 접근은 적절하지 않다.따라서 증발기 배기 시 항상 작은 과열로 가열하는 것이 바람직하며, 이는 (팽창이 끝날 때 2상 상태에 있는) 유체에 불리합니다.건조액의 경우 재생기를 사용해야 합니다.

• 낮은 빙점, 높은 안정성 온도:

물과 달리 유기 유체는 일반적으로 높은 온도에서 화학적 열화와 부패를 겪습니다.따라서 최대 열원 온도는 작동 유체의 화학적 안정성에 의해 제한됩니다.결빙점은 사이클 중 최저 온도보다 낮아야 합니다.

• 높은 증발열 및 밀도:

잠열과 밀도가 높은 유체는 증발기의 소스로부터 더 많은 에너지를 흡수하므로 필요한 유량, 시설의 크기 및 펌프 소비량을 줄일 수 있습니다.

• 환경에 미치는 영향이 적다

고려되는 주요 매개변수는 오존 고갈 잠재력(ODP)과 지구 온난화 잠재력(GWP)이다.

• 안전.

오일은 부식되지 않고, 가연성이 없으며, 독성이 없어야 합니다.냉매의 ASHRAE 안전 분류는 유체 위험도를 나타내는 지표로 사용할 수 있습니다.

• 뛰어난 가용성과 저비용
• 허용 압력

작동 유체의 예

• CFCs: 오존 파괴로 몬트리올 의정서에 의해 금지된다(예: R-11, R-12)
• 몬트리올 의정서 코펜하겐 수정에 따른 단계적 폐지(R-22, R-123 등)
• HFC(R134a, R245fa 등)
• HCs: 가연성, 가스 처리 시설의 일반적인 부산물(이소부탄, 펜탄, 프로판 등)
• PFC^[14]

ORC 시스템 모델링

ORC 사이클을 시뮬레이션하려면 질량 및 에너지 균형, 열 전달, 압력 강하, 기계적 손실, 누출 등의 방정식이 구현되는 수치 해결기가 필요합니다.ORC 모델은 주로 정상 상태와 동적 두 가지 유형으로 세분할 수 있습니다.안정 상태 모델은 설계(또는 크기 조정) 목적과 부분 부하 시뮬레이션 모두에 필요합니다.반면에 동적 모델은 다양한 구성 요소에서 에너지 및 질량 축적을 설명합니다.이들은 과도기 또는 시작 시 등 제어 전략을 구현 및 시뮬레이션하는 데 특히 유용합니다. ORC 모델링의 또 다른 주요 측면은 유기 유체 열역학 특성 계산입니다.Peng-Robinson과 같은 단순한 상태 방정식(EOS)은 정확도가 낮기 때문에 피해야 한다.멀티파라미터 EOS는 최첨단 열물리학 및 운송 특성 데이터베이스를 사용하는 것이 바람직하다.

위의 목적을 위해 다양한 도구를 사용할 수 있으며, 각각 장점과 단점을 제시합니다.가장 일반적인 것은 이 아래에 보고되어 있다.

도구.	인과 관계	분배	온라인으로 입수할 수 있는 예	묘사
안정화 모델링 도구:
AxCYCLE 소프트웨어 플랫폼	어카우설	무료가 아닌	소프트웨어 상세	AxCYCLE™ 소프트웨어 플랫폼은 열 생산 및 전기 에너지 사이클의 열역학 시뮬레이션 및 열 균형 계산을 위해 열역학 시스템을 빠르고 효율적으로 설계, 분석 및 최적화할 수 있습니다.
ProSimPlus	/	무료가 아닌	소프트웨어 상세	완전한 열역학 패키지를 포함한 프로세스의 정상 상태 시뮬레이션 및 최적화를 위한 사용하기 쉬운 소프트웨어.
엔지니어링 방정식 해결사	어카우설	무료가 아닌	EES에서의 심플한 ORC 모델	유체 열역학 및 수송 특성 데이터베이스를 포함하는 인기 있는 방정식 기반 솔버입니다.
매트랩	원인	무료가 아닌		수치 계산, 시각화 및 프로그래밍을 위한 고급 언어 및 대화형 환경
LMS Imagine(LMS Imagine 。랩 에임심	원인 및 Acausal	무료가 아닌		그래픽스 개발 환경 및 시스템 시뮬레이션을 위한 검증된 패키지형 물리 라이브러리
GT-SUITE	어카우설	무료가 아닌	커민스 슈퍼트럭 WHR	통합 시스템 모델링을 위해 설계된 완전한 다중 물리 모델링 환경
실랍	어카우설	오픈 소스	심플한 ORC 모델	Matlab을 대체하는 오픈 소스.
사이클 템포	원인	무료가 아닌		전기, 열 및 냉동 생산용 시스템의 열역학적 분석 및 최적화를 위한 도구
동적 모델링 도구:
모델리카	어카우설	오픈 소스	폐열 회수 시스템의 동적 모델	복잡한 시스템의 컴포넌트 지향 모델링을 위한 객체 지향 선언형 다중 도메인 모델링 언어
시뮬링크	원인	무료가 아닌		멀티 도메인 시뮬레이션 및 모델 기반 설계를 위한 블록 다이어그램 환경
GT-SUITE	어카우설	무료가 아닌	커민스 슈퍼트럭 WHR	통합 시스템 모델링을 위해 설계된 완전한 다중 물리 모델링 환경
LMS Imagine(LMS Imagine 。랩 에임심	원인 및 Acausal	무료가 아닌	AMESIM 시뮬레이션 툴을 사용한 소규모 ORC 플랜트 모델링 [...]	그래픽스 개발 환경 및 시스템 시뮬레이션을 위한 검증된 패키지형 물리 라이브러리
유기 유체의 열물리 및 수송 특성:
시물리스 열역학	/	무료가 아닌		혼합물 특성 및 유체 위상 평형 계산을 위한 소프트웨어입니다.
쿨프롭	/	오픈 소스		C++ 기반의 크로스 플랫폼 무료 속성 데이터베이스로 순수 유체, 의사 순수 유체 및 습한 공기 특성을 포함합니다.
제안	/	무료가 아닌		기준 유체 열역학 및 이송 특성 데이터베이스
Fluid Prop	/	공짜		유체의 열물리학적 특성 계산 소프트웨어
아스펜프로프	/	무료가 아닌		유체의 열물리학적 특성 계산 소프트웨어

「 」를 참조해 주세요.

• 랭킨 사이클
• 열역학 사이클
• 서로 다른 전원에서 발생하는 전력의 상대적 비용
• 나프타 발사
• 작동 유체

레퍼런스

외부 링크

• 유기 랭킨 사이클에 관한 지식 센터