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Ciclo orgânico de Rankine

O ciclo de Rankine é um ciclo termodinâmico amplamente utilizado pelas centrais eléctricas para converter água em vapor, expandindo depois esse vapor através de uma turbina para produzir trabalho mecânico. O ciclo de Rankine orgânico (ORC) é um aperfeiçoamento desta tecnologia, utilizando um fluido de trabalho orgânico em vez de água. Este fluido de trabalho, no nosso caso o pentafluoropropano, tem um ponto de ebulição inferior ao da água, de modo a utilizar fontes de calor a temperaturas mais baixas, quando comparado com ciclos de Rankine maiores.

A ElectraTherm utiliza um ORC com tecnologias próprias para gerar até 125 kW (com uma unidade de 250 kW em desenvolvimento) de eletricidade limpa a partir de fontes de calor tão baixas como 70°C. Estas gamas mais baixas abrem oportunidades em sectores que anteriormente não dispunham de calor suficiente para a produção de eletricidade. Os operadores tiram partido do seu excesso de calor para gerar energia sustentável - aumentando a eficiência, reduzindo os custos de energia/combustível e diminuindo a sua pegada de carbono.

A nossa tecnologia

A peça central dos sistemas ORC da ElectraTherm é um expansor de parafuso duplo especialmente concebido pela empresa-mãe, BITZER. A implementação desta tecnologia representa uma mudança radical em relação às tecnologias ORC anteriores que utilizavam turbinas radiais ou axiais - proporcionando uma conceção mais económica e robusta que aumenta consideravelmente a fiabilidade.

Uma vez que os nossos sistemas utilizam um expansor com calor de temperatura mais baixa, há menos pressão sobre a bomba e velocidades de funcionamento mais baixas em comparação com as tecnologias de turbina - o que leva a um funcionamento mais fácil e a menos manutenção. O expansor também tolera o fluxo bifásico "húmido", o que lhe permite gerar energia de forma fiável, aceitando variações de temperatura e fluxo e permitindo o pior receio de uma turbina - a humidade.

Os sistemas ORC da ElectraTherm são flexíveis e escaláveis - o que significa uma fácil integração e a capacidade de escalar de 75 - 125 quilowatts (ou menos) para aplicações de vários megawatts.

O nosso processo

O fluido de trabalho é bombeado para uma pressão mais elevada e transferido para o pré-aquecedor.
A temperatura do fluido de trabalho é aumentada no pré-aquecedor e enviada para o evaporador.
O calor captado pelo evaporador faz ferver o fluido de trabalho num vapor altamente pressurizado.
O vapor flui através do expansor de parafuso duplo, fazendo girar um gerador elétrico para produzir energia.
O vapor é arrefecido e condensado de novo num líquido e o ciclo repete-se.

Benefícios da recuperação de calor ORC

Embora as aplicações possam não ser 100% energia limpa, a geração de energia ORC em si é uma solução 100% limpa, sem emissões ou subprodutos nocivos - a água quente é o combustível. Em comparação com outras fontes de energia renovável, o custo nivelado da eletricidade é extremamente baixo, o que a torna uma mais-valia para as organizações que procuram melhorar os seus resultados, ao mesmo tempo que atingem marcos de sustentabilidade.

Aumentar a eficiência

Ao utilizar o excesso de calor para gerar eletricidade, a eficiência energética é significativamente melhorada - até 10% em algumas aplicações - e a carga de arrefecimento é compensada 70-100%. Isto equivale a uma redução substancial do consumo de combustíveis fósseis, das emissões associadas e dos custos de funcionamento.

Incentivos ambientais

Os nossos operadores beneficiam frequentemente de uma série de incentivos ambientais que promovem a eficiência, a energia limpa, o calor renovável e muito mais. Dependendo do local onde o sistema ORC é colocado em funcionamento, pode qualificar-se para receber incentivos atractivos. Para projectos aplicáveis, isto pode melhorar significativamente a economia.

Os EUA estão atualmente a oferecer um crédito fiscal de 26% para projectos de recuperação de calor residual aplicáveis, clique aqui para mais informações.

Promove a ESG

Tecnologias inovadoras - tais como calor para energia e refrigeração net-zero para energia - que melhoram as operações, bem como o ambiente, são o complemento perfeito para qualquer empresa. Com o mundo a procurar formas de atingir a neutralidade em termos de carbono, as organizações que tomarem medidas para atingir esse objetivo distinguir-se-ão da concorrência.

Ler mais sobre ESG, aqui.

Fontes de calor

As fontes de calor de fluidos aplicáveis situam-se entre 70°C e 150°C.
As fontes de calor gasosas acima de 150°C também podem ser utilizadas com a implantação de um circuito secundário de permuta de calor.

As nossas soluções ORC de baixa temperatura utilizam água quente como combustível para gerar até 125 kWe de eletricidade limpa, sem custos adicionais para o operador. Essa água pode chegar até nós de várias formas, desde que a tenhamos em quantidade suficiente e a uma temperatura suficientemente elevada. A produção de energia está diretamente relacionada com o caudal e a temperatura da fonte, no entanto, uma aplicação pode funcionar com um caudal mais baixo se a água tiver uma temperatura suficientemente elevada.

Aplicações comuns

// Água utilizada nos circuitos de arrefecimento (motores e compressores)

// Fontes microgeotérmicas (salmoura, fluidos co-produzidos)

// Calor residual industrial, como gases quentes de fornos, fornalhas, etc.

// Gases de escape e de combustão (requer um permutador de calor adicional)

// Óleo térmico ou outras fontes de alta temperatura (requer um permutador de calor adicional)

// Sistemas de caldeiras, como os encontrados nos processos de digestão anaeróbia e de biomassa

// Arrefecimento líquido zero para energia (alternativa de radiador gerador de energia)

Qualquer aplicação que lide com calor que possa ser transferido para um fluido pode integrar as soluções da ElectraTherm para geração de energia ORC. Para obter especificações detalhadas, referências ou informações gerais, entre em contacto com um dos nossos representantes visitando a nossa página Contacte-nos.

Variáveis de desempenho

Calor disponível / Energia térmica

A potência térmica disponível é a taxa de BTUs/h ou kWth que é continuamente produzida pela fonte de calor residual e disponível para ser consumida pelos sistemas de geração de energia ORC da ElectraTherm. Quanto mais calor disponível, maior será a produção de energia elétrica.

Caudal

Embora o calor gerado disponível para conversão desempenhe um papel importante no desempenho do sistema, o caudal da fonte de calor desempenha um papel igualmente importante. Um caudal mais elevado aumenta a energia térmica fornecida ao ORC. Uma fonte de calor de temperatura mais baixa com um caudal elevado pode atingir a produção máxima e vice-versa para fontes de calor com caudais mais baixos.

Delta do sistema T

As condições do local, como o delta T do sistema (que é afetado pela temperatura do ar ambiente e pelo diferencial de temperatura entre a água de aquecimento e a água de arrefecimento), também afectam o desempenho do ORC.

O delta T do sistema é o diferencial de temperatura ΔT entre a fonte quente e a fonte de condensação, e é também a principal força motriz por detrás do aumento da eficiência dos sistemas ORC. As gamas de temperatura TH e TC em que os sistemas ORC de calor de baixa qualidade funcionam normalmente ditarão eficiências mais baixas do que os sistemas ORC de calor de alta qualidade devido à temperatura mais elevada da fonte de calor TH. O sistema Power+ é limitado pela temperatura delta T devido às propriedades físicas da água líquida.

A localização do sistema ORC influencia as condições de temperatura do ar ambiente. Em locais com climas quentes, como África e o Equador, a potência líquida de saída será inferior à potência líquida de saída produzida por máquinas instaladas em locais de clima frio, como o Norte da Europa, mesmo com a mesma temperatura de entrada de água quente. Esta discrepância deve-se a um delta T do sistema mais baixo (diferença entre a temperatura de entrada da água quente e a temperatura de condensação) em climas quentes em comparação com climas frios.

Exemplo de motor térmico

Um motor térmico é um motor simples que converte calor térmico em trabalho mecânico. Um motor térmico funciona extraindo calor de um reservatório quente e transferindo-o para um reservatório frio, gerando trabalho no processo.

Para maximizar a quantidade de trabalho que um motor térmico pode produzir, a temperatura do reservatório quente tem de ser aumentada tanto quanto possível, enquanto a temperatura do reservatório frio tem de ser reduzida.

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