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Ciclo Rankine Organico
Un sistema Organic Rankine Cycle (ORC) è un ciclo termodinamico chiuso utilizzato per la generazione di energia da sorgenti di calore a bassa e media‑alta temperatura, tipicamente comprese tra 80 e 400°C, e per applicazioni di piccola e media taglia a qualsiasi livello di temperatura. Composto da quattro componenti principali — la turbina ORC, lo scambiatore di calore, il condensatore e la pompa di alimentazione — la tecnologia ORC consente di sfruttare in modo efficiente il calore di bassa qualità che altrimenti andrebbe disperso.
Exergy ha introdotto un’importante innovazione in questo settore. Mentre turbine assiali e a flusso radiale interno erano utilizzate da decenni, Exergy ha adottato la Radial Outflow Turbine (ROT), applicando questa tecnologia altamente efficiente a un’ampia gamma di impianti ORC personalizzati e garantendo ulteriori vantaggi prestazionali.
L’esperienza di Exergy nella realizzazione di sistemi ORC su misura è supportata da un portafoglio di 600 MWe installati. Oltre alle soluzioni personalizzate, Exergy offre anche una serie di moduli ORC standard.
i sistemi ORC rappresentano la soluzione tecnica più vantaggiosa per la generazione elettrica da fonti termiche a bassa e media temperatura E PICCOLA TAGLIA.
Organic Rankine Cycle(ORC) Power Systems – E.Macchi, M.Astolfi
Cos’è un impianto ORC e come funziona?
Un impianto ORC (Organic Rankine Cycle) è un ciclo termodinamico chiuso, analogo al ciclo Rankine tradizionale, che utilizza fluidi organici al posto dell’acqua (vapore) come fluido di lavoro. Il fluido organico ha un punto di ebollizione più basso e una pressione di vapore più alta rispetto all’acqua.
Questo consente di sfruttare fonti di calore a bassa e media temperatura (90°c-400°C) ottimizzando il rendimento rispetto ai cicli a vapore tradizionali.
Il fluido organico viene scelto in base alle proprietà termodinamiche più adatte alla fonte termica, massimizzando l’efficienza del ciclo e della turbina.
I principali componenti
di un ciclo Rankine a fluido
organico:
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Applicazioni del Ciclo Rankine Organico:
Geotermia: sfruttamento di risorse geotermiche a partire da 90°C
Biomasse: produzione di elettricità e calore da diverse tipi di biomassa
Solare termodinamico (CSP): conversione dell’energia solare in elettricità
Industria: recupero di calore da cementifici, acciaierie, vetrerie e altri processi industriali
Recupero di calore da motori e turbine: efficientamento energetico in vari tipi di impianti
Perché scegliere il ciclo ORC?
Rispetto ai sistemi a vapore tradizionali, il ciclo ORC offre numerosi vantaggi:
1
ADATTI PER APPLICAZIONI A TEMPERATURE PIÙ BASSE
Maggiori possibilità di applicazione in tutto il mondo
2
ASSENZA FASE LIQUIDA DURANTE L’ESPANSIONE
Turbina più affidabile e durevole
Costi di manutenzione inferiori
3
COMPATTO E AUTOMATIZZATO
Nessuna necessità di operatori per il funzionamento
4
COMPATTO E CONFIGURAZIONE MODULARE
Facilità di trasporto ed installazione
Ridotta impronta ambientale
Ridotta occupazione di suolo
Minori costi per fondazioni e assemblaggio
5
FLESSIBILITÀ DI DESIGN PER L’UTILIZZO DEI FLUIDI DI LAVORO PIÙ EFFICIENTI
Efficienza ottimale
Soluzione personalizzata sulla caratteristica della risorsa
6
FLESSIBILITÀ OPERATIVA
Prestazioni superiori in condizioni di off-design
7
POSSIBILITÀ DI FUNZIONAMENTO SENZA CONSUMO D’ACQUA
Ridotto impatto ambientale
Nessun trattamento delle acque necessario
Possibilità di applicazione in aree remote
8
MANUTENZIONE SEMPLICE, VELOCE E AFFIDABILE
Lungo ciclo di vita dell’impianto
Ideale per cicli di produzione dove sono richiesti spegnimenti ed avviamenti rapidi degli impianti
9
FACILE REPERIBILITÀ DEI FLUIDI DI LAVORO CON RIEMPIMENTI RARAMENTE NECESSARI
Costi di funzionamento più bassi
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Storia dell'ORC
2000
Negli ultimi due decenni, il mercato dell’Organic Rankine Cycle ha registrato una crescita significativa, affermandosi come la tecnologia preferita per gli impianti geotermici. Questa tendenza è destinata a continuare, con un valore di mercato ORC previsto a 1.290,9 milioni di USD entro il 2033 e un CAGR del 4,7%. L’urgenza crescente di migliorare l’efficienza energetica e implementare tecnologie di decarbonizzazione accelererà ulteriormente l’adozione dei sistemi ORC per il recupero di calore di scarto in numerosi settori industriali.
1990
L’utilizzo dei sistemi ORC si espande rapidamente soprattutto per le applicazioni nel geotermico e nelle biomasse, lasciando ancora un ampio margine di crescita nel recupero di calore e nel solare termodinamico.
1980
In Finlandia, il Prof. J. Larjola guida lo sviluppo di turbogeneratori ermetici ad alta velocità nella taglia delle centinaia di kW. In questa configurazione il generatore e la pompa sono montati sullo stesso albero. Questo nuovo turbogeneratore ORC è stato usato per la prima volta per caricare le batterie di un sommergibile nel 1987.
1970
In Italia, il Prof. G. Angelino, assieme a Ennio Macchi e Mario Gaia iniziano l’attività di ricerca sugli ORC al Politecnico di Milano. Cominciano a studiare la possibilità di usare i fluidi organici in sostituizione all’acqua per alimentare i cicli Rankine, nelle applicazioni solari, spaziali e nel settore automotive.
1945
Collaborando con il Prof. d’Amelio che per primo disegnò un impianto che utilizzava etil cloride per muovere una turbina e generare elettricità, la Società Anonima Forze Endogene Napoletane (SAFEN) installa un impianto geotermico da 300 kW sull’isola di Ischia. L’impianto entra in funzione nel 1955 e diventa un precursore, il primo nel mondo, di un moderno impianto geotermico binario.
1935
Il Prof. Luigi D’Amelio utilizza un fluido organico in un impianto con una turbina. E’ anche il primo a considerare i vantaggi dell’elevata massa molecolare dei fluidi per ridurre la velocità e gli stadi della turbina
1883
Frank Ofeldt sviluppa un motore elettrico che usa la nafta al posto dell’acqua.
1840
ll Prof William John Macquorn Rankine sviluppa una teoria completa sulle macchine a vapore descrivendo come sia possibile produrre elettricità per differenza di temperatura tra una fonte di calore e una fonte fredda e concependo un ciclo termodinamico che poi prese il suo nome: Rankine Cycle.
1824
Nicolas Léonard Sadi Carnot publblica Reflections on the Motive Power of Fire, nel quale illustra la prima teoria sulla massima efficienza nei motori basati su energia termica. Questo trattato metterà le fondamenta per una nuova disciplina: la termodinamica.
