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유기 랭킨 사이클
랭킨 사이클은 발전소에서 물을 증기로 변환한 다음 터빈을 통해 증기를 팽창시켜 기계적 작업을 생성하는 데 널리 사용되는 열역학적 사이클입니다. 유기 랭킨 사이클(ORC)은 이 기술을 개선한 것으로, 물 대신 유기 작동 유체를 사용합니다. 이 작동 유체(펜타플루오로프로판의 경우)는 끓는점이 물보다 낮아 더 큰 랭킨 사이클에 비해 낮은 온도의 열원을 활용할 수 있습니다.
일렉트라썸은 독자적인 기술이 적용된 ORC를 사용하여 70°C의 낮은 열원에서 최대 125kW(250kW 유닛 개발 중)의 청정 전기를 생산합니다. 이러한 낮은 범위는 이전에는 발전하기에 충분한 열이 부족했던 산업 전반에 걸쳐 기회를 열어줍니다. 운영자는 여분의 열을 활용하여 지속 가능한 전력을 생산함으로써 효율성을 높이고, 에너지/연료 비용을 절감하며, 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다.
당사의 기술
일렉트라썸의 ORC 시스템의 핵심은 모기업에서 특별히 설계한 트윈 스크류 익스팬더입니다, BITZER. 이 기술의 구현은 방사형 또는 축 방향 터빈을 사용하는 이전 ORC 기술에서 극적인 변화를 의미하며, 보다 비용 효율적이고 견고한 설계로 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
당사의 시스템은 낮은 온도의 열을 가진 익스팬더를 사용하기 때문에 터빈 기술에 비해 펌프에 가해지는 압력이 적고 작동 속도가 낮기 때문에 작동이 더 쉽고 유지보수가 덜 필요합니다. 또한 익스팬더는 '습식' 2상 흐름을 허용하므로 터빈의 가장 큰 문제인 습기를 허용하면서 온도와 흐름의 변화를 모두 수용하면서 안정적으로 전력을 생산할 수 있습니다.
일렉트라썸의 ORC 시스템은 유연하고 확장성이 뛰어나 통합이 용이하며 75~125킬로와트(또는 그 이하)에서 멀티 메가와트 애플리케이션까지 확장할 수 있습니다.
프로세스
- 작동 유체는 더 높은 압력으로 펌핑되어 예열기로 이송됩니다.
- 예열기에서 작동 유체의 온도가 상승하여 증발기로 보내집니다.
- 증발기에서 포집된 열은 작동 유체를 고압 증기로 끓입니다.
- 트윈 스크류 익스팬더를 통해 증기가 흐르면 발전기가 회전하여 전력을 생산합니다.
- 증기는 냉각되어 다시 액체로 응축되고 사이클이 반복됩니다.
ORC 열 회수 이점
응용 분야는 100% 청정 에너지가 아닐 수 있지만, 온수를 연료로 하는 ORC 발전은 그 자체로 배출가스나 유해한 부산물이 없는 100% 청정 솔루션입니다. 다른 재생 에너지원에 비해 전기 비용이 매우 낮기 때문에 지속 가능성 목표를 달성하면서 수익을 개선하고자 하는 조직에게 큰 가치가 있습니다.
효율성 향상
여분의 열을 활용하여 전기를 생산함으로써 에너지 효율이 크게 향상됩니다. 일부 애플리케이션에서 최대 10% - 냉각 부하가 70-100% 상쇄됩니다. 이는 화석 연료 소비량과 관련 배출량, 운영 비용을 크게 줄이는 효과가 있습니다.
환경 인센티브
운영자는 효율성, 청정 에너지, 재생 가능 열 등을 장려하는 다양한 환경 인센티브의 혜택을 자주 받습니다. ORC 시스템을 위탁하는 지역에 따라 매력적인 리베이트를 받을 자격이 주어질 수도 있습니다. 해당 프로젝트의 경우 경제성을 크게 개선할 수 있습니다.
미국은 현재 해당 폐열 회수 프로젝트에 대해 26% 세금 공제를 제공하고 있으며, 자세한 내용은 여기를 클릭하세요.
ESG 홍보
다음과 같은 혁신적인 기술 열에서 전력으로 그리고 전력 순 제로 냉각 - 운영과 환경을 개선하는 것은 모든 비즈니스에 완벽한 부가 가치입니다. 전 세계가 탄소 순중립을 달성하는 방법에 주목하고 있는 지금, 탄소 중립 목표를 달성하기 위한 조치를 취하는 조직은 경쟁사와 차별화될 수 있습니다.
열원
적용 가능한 유체 열원은 70°C에서 150°C 사이입니다.
150°C 이상의 기체 열원은 2차 열교환 루프를 배치하여 사용할 수도 있습니다.
당사의 저온 ORC 솔루션은 온수를 연료로 사용하여 최대 125kWe의 청정 전기를 생산하며, 운영자에게 추가 비용이 들지 않습니다. 온수가 충분히 많고 온도가 충분히 높기만 하면 여러 가지 방법으로 물을 얻을 수 있습니다. 전력 출력은 유량 및 수원 온도와 직접적인 상관관계가 있지만, 물의 온도가 충분히 높으면 유량을 낮춰도 애플리케이션이 작동할 수 있습니다.
공통 애플리케이션
// 냉각 회로(엔진 및 컴프레서)에 사용되는 물
// 미세 지열원(염수, 공동 생산 유체)
// 가마, 용광로 등에서 발생하는 뜨거운 가스 등의 산업 폐열.
// 배기 및 연도 가스(추가 열교환기 필요)
// 열유 또는 기타 고온 소스(추가 열교환기 필요)
// 혐기성 소화 및 바이오매스 공정에서 볼 수 있는 보일러 시스템
// 전력에 대한 순 제로 냉각(전력 생성 라디에이터 대안)
유체로 전달될 수 있는 열을 다루는 모든 응용 분야에는 ORC 발전을 위한 일렉트라썸의 솔루션을 통합할 수 있습니다. 자세한 사양, 참조 또는 일반 정보는 문의 페이지를 방문하여 당사 담당자에게 문의하시기 바랍니다.
성능 변수
사용 가능한 열/화력
가용 열 전력은 폐열원에서 지속적으로 생산되어 일렉트라썸의 ORC 발전 시스템에서 소비할 수 있는 BTU/hr 또는 kWth 단위의 열량입니다. 가용 열량이 많을수록 더 많은 전기 출력이 발생합니다.
유량
변환에 사용할 수 있는 열 발생량이 시스템 성능에 큰 역할을 하지만 열원의 유량도 그에 못지않게 큰 역할을 합니다. 유량이 높을수록 ORC에 제공되는 열 에너지가 증가합니다. 유량이 높은 저온 열원은 최대 출력을 달성할 수 있으며, 유량이 낮은 열원의 경우 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
시스템 델타 T
시스템 델타 T(주변 공기 온도 및 난방수와 냉각수 사이의 온도 차이에 영향을 받는)와 같은 현장 조건도 ORC 성능에 영향을 미칩니다.
시스템 델타 T는 열원과 응축원 사이의 ΔT 온도 차이로, ORC 시스템에서 효율을 높이는 주요 원동력이기도 합니다. 저등급 열 ORC 시스템이 일반적으로 작동하는 TH 및 TC의 온도 범위는 열원 온도 TH가 높기 때문에 고등급 열 ORC 시스템보다 효율이 낮습니다. Power+ 시스템은 액체 물의 물리적 특성으로 인해 델타 T 온도에 의해 제한됩니다.
ORC 시스템의 위치는 주변 공기 온도 조건에 영향을 미칩니다. 아프리카 및 적도와 같이 기후가 더운 지역에서는 동일한 온수 입력 온도에서도 순 전력 출력이 북유럽과 같이 추운 기후 지역에 설치된 기계의 순 전력 출력보다 낮습니다. 이러한 차이는 더운 기후에서 시스템 델타 T(온수 입력 온도와 응축 온도 사이의 차이)가 추운 기후에 비해 더 낮기 때문입니다.
열 엔진 예제
열 엔진은 열을 기계적인 작업으로 변환하는 간단한 엔진입니다. 열 엔진은 뜨거운 저장소에서 열을 추출하여 차가운 저장소로 옮기는 방식으로 작동하며, 이 과정에서 작업을 생성합니다.
열 엔진이 생산할 수 있는 작업량을 최대화하려면 뜨거운 저장소의 온도를 최대한 높이고, 차가운 저장소의 온도를 낮춰야 합니다.
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