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揭秘有機朗肯循環：如何利用廢熱產生電力？
在現今的熱工學領域，有機朗肯循環（Organic Rankine Cycle，簡稱ORC）已逐漸成為一種重要的熱能利用技術。該系統主要是針對低溫熱源的廢熱回收與轉化，為我們提供了一種有效的將廢熱轉換為電力的方式。本文將探討ORC的工作原理、應用領域及其未來展望，並揭開這一技術如何在可持續發展中發揮重要角色的神秘面紗。
什麼是有機朗肯循環？
有機朗肯循環是一種熱力學循環方式，其工作原理與傳統的朗肯循環相似，但使用的工質為有機高分子液體。這些液體的蒸發溫度較水低，使得ORC能夠從各種低溫熱源中回收熱能，例如生物質燃燒、工業廢熱、地熱能及太陽能等。
ORC的工作原理
ORC的基本過程可分為四個主要步驟：
1. 工質被抽送至鍋爐，經過加熱后蒸發。
2. 蒸汽插入擴張裝置（如渦輪或其他擴張機），在這裡做機械工作。
3. 蒸汽經過冷凝器熱交換器，冷卻并回凝成液體。
4. 最後液體被泵回鍋爐，完成循環。
理想的ORC循環在熱交換器中會經歷壓力下降和能量損失，但這些情況會影響到整體的循環效率。
ORC的應用領域
有機朗肯循環技術的應用範圍廣泛，目前全球已安裝的容量超過2.7GW，分布於698個不同的電廠。其中最為顯著的應用包括以下幾個領域：
廢熱回收
廢熱回收是ORC發展的主要領域之一。這項技術能被用於熱電聯產系統、工業過程或農業過程中，從熱水器、小型熱電聯產設備到熔爐的熱排放，均可充分利用。
生物質發電
隨著生物質資源的豐富，有機朗肯循環在中小型發電廠的應用越來越重要。其高效的投資回報，與傳統蒸汽鍋爐相比，降低了設備成本，並延長了機器的使用壽命。
地熱發電
有機朗肯循環技術很好地適應了地熱發電的需求，尤其是在低溫熱源的情况下。對於低於100°C的地熱源，其效率雖然較低，但仍不可忽視。
太陽熱發電
相較於傳統的蒸汽型朗肯循環，ORC能在較低的 collector 溫度下實現電力生成，這使得其在小型分散式集中式發電系統中成為可行的選擇。
選擇工作流體的關鍵性
在低溫朗肯循環中，選擇適當的工作流體至關重要。因為低溫環境下的熱傳導效率將直接影響整體系統的性能，因此需選擇蒸發溫度低且熱穩定性高的流體。
最後，所選流體的環境影響、化學穩定性與經濟性也是篩選過程中不可或缺的重要考量。
ORC系統的建模
模擬ORC循環通常需要數值求解器，考慮質量及能量平衡，熱傳導，壓力損失等因素。根據需求，ORC模型可以分為穩態模型和動態模型，前者主要用於設計及部分負荷的模擬，而後者則用於實現和模擬控制策略。
未來展望
有機朗肯循環技術的推廣與應用不僅能有效利用新的能源，還能為環境保護做出貢獻。隨著科學技術的進步，ORC技術或將得到更為廣泛的應用，成為可持續能源利用的重要一環。報導指出，這項技術在應對全球能源短缺和氣候變化上具有潛力。然而，這也引發了一個問題，未來的能源利用模式會如何改變我們的生活方式呢？
