Budowa oraz zasada działania siłowni ORC jest bardzo podobna do klasycznej siłowni parowej. Schemat siłowni ORC przedstawiono na rysunku 1.

Podstawowe elementy wchodzące w skład takiego układu:

• wymiennik ciepła – wytwornica pary, w której następuje izobaryczne podgrzanie cieczy czynnika roboczego, jego odparowanie i czasami przegrzanie pary;
• turbozespół, w którym następuje rozprężanie pary w turbinie;
• skraplacz, w którym następuje izobaryczne schłodzenie pary czynnika oraz skroplenie;
• pompa czynnika roboczego, której zadaniem jest podnoszenie ciśnienia cieczy czynnika roboczego od ciśnienia skraplania do ciśnienia, przy którym realizowany jest proces doprowadzania ciepła.

Aby układ mógł poprawnie pracować niezbędne jest źródło energii, które po doprowadzeniu do wytwornicy pary przekazuje energię organicznemu czynnikowi roboczemu, powodując jego podgrzanie i odparowanie. Czynnik organiczny o odpowiednich parametrach kierowany jest do turbiny parowej, w której energia kinetyczna czynnika, poprzez generator prądu elektrycznego umieszczonego na wspólnym wale, przetwarzana jest na prąd elektryczny. Czynnik organiczny po rozprężeniu kierowany jest do kolejnego wymiennika ciepła, w którym następuje jego skroplenie. Skropliny przetłaczane są pompą obiegową do odpowiedniego ciśnienia, przy którym po podgrzaniu i odparowaniu powstaje para nasycona sucha i cykl zamyka się.

Parametry źródła ciepła
W celu określenia mocy i sprawności elektrowni ORC niezbędna jest znajomość parametrów źródła ciepła (dane wejściowe), które będzie zasilać układ ORC, to znaczy:

• rodzaj nośnika ciepła (woda, spaliny, gorące powietrze, inne);
• temperatura początkowa nośnika ciepła oraz minimalna temperatura końcowa tego nośnika;
• strumień (masowy lub objętościowy) nośnika ciepła.

Istotne są także parametry płynu wykorzystywanego do chłodzenia skraplacza. W przypadku elektrowni, ciepło ze skraplacza odprowadzane jest do otoczenia. Najczęściej stosowanym medium chłodzącym jest powietrze. W sytuacji gdy lokalizacja inwestycji na to pozwala, może być stosowane chłodzenie wodą z rzeki lub jeziora. Kwestię chłodzenia zarówno powietrzem, jak i wodą należy zawsze rozpatrywać indywidualnie, w zależności od dostępnych zasobów (woda lub ściek oczyszczony) i warunków klimatycznych (woda, powietrze).

Jedną z zalet obiegów ORC jest możliwość zastosowania różnych mediów roboczych, dopasowanych do parametrów pracy elektrowni ORC. Organiczne czynniki robocze stosowane w ORC mają zazwyczaj inny kształt krzywych nasycenia niż woda, co wpływa na rozwiązania konstrukcyjne elementów składowych w szczególności turbiny i pompy.

Fot.: Aquanet

Literatura:

Borsukiewicz-Gozdur A., Nowicki M., Zagospodarowanie ciepła odpadowego pochodzącego ze spalin gazogeneratorów i suszarni osadu na terenie COŚ, Poznań 2011, Aquanet S.A. materiały własne, niepublikowane.
Ministerstwo Rozwoju Regionalnego, Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, Narodowa Strategia Spójności 2007-2013 Projekt Zaakceptowany przez Radę Ministrów w dniu 1 sierpnia 2006 r., Warszawa, 1 sierpnia 2006 r.
Ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 r.
Zhang G., Zhang P., Yang J., Liu H.: Energy – efficient sludge sonication: Power and sludge characteristic. Bioresource Technology 99: 9029 – 9031, 2008.
Bień J.: Osady ściekowe. Teoria i praktyka. Częstochowa, 2008.
Cywiński B., Gdula S., Kempa E.: Oczyszczanie ścieków miejskich. Podstawy technologiczne i zasady projektowania oczyszczalni. Wyd. Arkady, Warszawa, 1972.
Sadecka Z., Myszograj S.: Biogaz – niekonwencjonalne źródło energii w oczyszczalniach ścieków. EkoTechnika 43: 35 – 39, 2007.
Borsukiewicz-Gozdur A., Nowak W. Comparative analysis of natural and synthetic refrigerants in application to low temperature Clausius-Rankine Cycle, Energy 32:344-352, 2007.
Mikielewicz D., Mikielewicz J. A thermodynamic criterion for selection of working fluid for subcritical and supercritical domestic micro CHP. Applied Thermal Engineering, 30:2357–2362, 2010.