Obecna tendencja rozwoju energetyki rozproszonej oraz rygorystycznej polityki paliwowej zmusza do szukania sposobów na wydajne i efektowne pozyskiwanie energii elektrycznej ze źródeł ciepła odpadowego. Woda jest klasycznym czynnikiem roboczym stosowanym w przemianach konwersji energii od ponad dwóch stuleci, jednakże jej właściwości fizyko-chemiczne wykluczają jej stosowanie w niektórych przypadkach. Technologia ORC jest obecnie coraz szerzej stosowana i rozwijana pod kątem produkcji elektryczności.

Układ ORC i czynniki robocze 

Układy ORC (Organic Rankine Cycle) są jedną z niewielu metod wytwarzania energii elektrycznej wykorzystujących niskotemperaturowe źródła ciepła. Jedyna różnica pomiędzy klasycznym obiegiem C-R (Clasiusa Rankine’a) a ORC polega na zastąpieniu wody innym czynnikiem roboczym. W przeciwieństwie do wody, czynniki niskowrzące (najczęściej pochodzenia organicznego) stosowane w ORC cechuje znacznie niższa temperatura konieczna do wytworzenia pary, następnie rozprężanej w turbinie parowej. W tabeli nr 1 zestawiono wartości charakterystycznych parametrów termodynamicznych najpopularniejszych czynników roboczych, stosowanych w technologii ORC. Indeksem „kr” oznaczono parametry punktu krytycznego danego czynnika, czyli takiego stanu termodynamicznego powyżej, którego występuje wyłącznie faza gazowa. Indeksem „min” określono dolną granicę występowania stanu ciekłego, czyli obszar poniżej, którego prawie niemożliwe jest przetransportowanie czynnika przy pomocy pompy.

W porównaniu do wody (klasycznego czynnika roboczego), w obiegach ORC stosuje się znacznie niższe ciśnienia, co przekłada się na mniejszą pracę pompy obiegowej oraz niższe wymagania wytrzymałościowe stawiane elementom konstrukcyjnym. Wartości gęstości niektórych związków niskowrzących w fazie gazowej w stosunku do pary wodnej są znacznie zróżnicowane. Pozwala to z kolei na pewną elastyczność w kształtowaniu odpowiedniej, tj. wysokosprawnej geometrii kanału przepływowego.

Obiegi ORC są na świecie z powodzeniem stosowane w bardzo wielu różnorodnych instalacjach energetycznych, takich jak np.:

• siłownie geotermalne,
• siłownie opalane biomasą lub biogazem,
• obiegach kombinowanych z wykorzystaniem np. kolektorów słonecznych,
• układy utylizujące ciepło odpadowe z przeróżnych procesów technologicznych przemysłu hutniczego, chemicznego, cementowego, itp.

Dobór czynnika niskowrzącego do obiegu ORC jest uzależniony nie tylko od jego parametrów termodynamicznych i zakresu osiąganej w danych warunkach sprawności. Należy bowiem również uwzględnić dodatkowo:

• możliwie niską łatwopalność,
• eliminację wybuchowości,
• niską podatność na rozwój korozji (żywotność układu przepływowego),
• własności toksyczne,
• dobre właściwości wymiany ciepła,
• minimalizację kosztu czynnika roboczego,
• łatwą dostępność.