जैविक रैंकिन चक्र: Difference between revisions

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{{short description|Variation on the Rankine thermodynamic cycle}}
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[[Image:Organic Rankine Cycle with Regenerator.png|thumb|[[पुनर्योजी हीट एक्सचेंजर]] के साथ ओआरसी]]
[[Image:Organic Rankine Cycle with Regenerator.png|thumb|[[पुनर्योजी हीट एक्सचेंजर|पुनर्योजी ताप विनिमयकर्ता]] के साथ ओआरसी]]
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[[थर्मल इंजीनियरिंग]] में, कार्बनिक [[रैंकिन चक्र]] (ओआरसी) एक प्रकार का [[थर्मोडायनामिक चक्र]] है। यह रैंकिन चक्र का एक रूप है जिसे कार्बनिक यौगिक, उच्च-आणविक-द्रव्यमान द्रव ([[पानी]] की तुलना में) के उपयोग के लिए नामित किया गया है जिसका [[वाष्पीकरण]] तापमान पानी की तुलना में कम है। तरल पदार्थ कम तापमान वाले स्रोतों जैसे बायोमास दहन, औद्योगिक अपशिष्ट गर्मी, भूतापीय ऊर्जा, [[सौर तालाब]] आदि से गर्मी की वसूली की अनुमति देता है। कम तापमान वाली गर्मी को उपयोगी कार्य (थर्मोडायनामिक्स) में परिवर्तित किया जाता है, जो स्वयं [[विद्युत उत्पादन]] हो सकता है।
[[थर्मल इंजीनियरिंग]] में, '''जैविक रैंकिन चक्र''' (ओआरसी) एक प्रकार का [[थर्मोडायनामिक चक्र|ऊष्मागतिक चक्र]] है। यह रैंकिन चक्र का एक रूप है जिसे कार्बनिक यौगिक, उच्च-आणविक-द्रव्यमान द्रव ([[पानी|जल]] की तुलना में) के उपयोग के लिए नामित किया गया है जिसका [[वाष्पीकरण]] तापमान जल की तुलना में कम है। तरल पदार्थ कम तापमान वाले स्रोतों जैसे बायोमास दहन, औद्योगिक अपशिष्ट ताप, भूतापीय ऊर्जा, [[सौर तालाब]] आदि से ताप की वसूली की अनुमति देता है। इस प्रकार से निम्न तापमान वाली ताप को उपयोगी कार्य (ऊष्मागतिक्स) में परिवर्तित किया जाता है, जो की स्वयं [[विद्युत उत्पादन]] हो सकता है।


यह तकनीक 1950 के दशक के अंत में [[ऑरमैट टेक्नोलॉजीज]] और [[हैरी ज़वी ताबोर]] द्वारा विकसित की गई थी।<ref name=Earth>[http://www.eoearth.org/article/Tabor,_Harry_Zvi Harry Zvi Tabor], Cleveland Cutler, [[Encyclopedia of the Earth]], 2007.</ref><ref name=Grossman>[http://www2.technion.ac.il/~ises/papers/IsraelSectionISESfinal.pdf Israeli Section of the International Solar Energy Society] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090111053453/http://www2.technion.ac.il/~ises/papers/IsraelSectionISESfinal.pdf |date=2009-01-11 }}, edited by Gershon Grossman, Faculty of Mechanical Energy, [[Technion]], [[Haifa]]; Final draft.</ref>
इस प्रकार से यह तकनीक 1950 के दशक के अंत में [[ऑरमैट टेक्नोलॉजीज]] और [[हैरी ज़वी ताबोर]] द्वारा विकसित की गई थी।<ref name=Earth>[http://www.eoearth.org/article/Tabor,_Harry_Zvi Harry Zvi Tabor], Cleveland Cutler, [[Encyclopedia of the Earth]], 2007.</ref><ref name=Grossman>[http://www2.technion.ac.il/~ises/papers/IsraelSectionISESfinal.pdf Israeli Section of the International Solar Energy Society] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090111053453/http://www2.technion.ac.il/~ises/papers/IsraelSectionISESfinal.pdf |date=2009-01-11 }}, edited by Gershon Grossman, Faculty of Mechanical Energy, [[Technion]], [[Haifa]]; Final draft.</ref>
[[नेफ्था इंजन]], सिद्धांत रूप में ओआरसी के समान लेकिन अन्य अनुप्रयोगों के लिए विकसित, 1890 के दशक की शुरुआत में उपयोग में थे।
 
अतः [[नेफ्था इंजन]], सिद्धांत रूप में ओआरसी के समान किन्तु अन्य अनुप्रयोगों के लिए विकसित, 1890 के दशक की प्रारंभ में उपयोग में थे।


==ओआरसी का कार्य सिद्धांत==
==ओआरसी का कार्य सिद्धांत==
[[Image:Ideal and real organic rankine cycle.jpg|thumb|आदर्श/वास्तविक ओआरसी के लिए [[टी-एस आरेख]]]]कार्बनिक रैंकिन चक्र का कार्य सिद्धांत रैंकिन चक्र के समान है: [[कार्यशील तरल पदार्थ]] को [[ बायलर |बायलर]] में पंप किया जाता है जहां इसे वाष्पित किया जाता है, एक विस्तार उपकरण (टरबाइन) के माध्यम से पारित किया जाता है।<ref name="turbine expanders">{{cite conference |last1=Arifin |first1=M. |last2=Pasek |first2=A. D. |title=छोटे ऑर्गेनिक रैंकिन साइकिल सिस्टम के लिए रेडियल टर्बो-एक्सपैंडर्स का डिज़ाइन|conference=7th International Conference on Cooling & Heating Technologies |volume=88 |date=2015 |issue=88 |pages=012037 |doi=10.1088/1757-899X/88/1/012037 |bibcode=2015MS&E...88a2037A |doi-access=free }}</ref> पेंच,<ref name="Screw Expander">{{cite journal |last1=Ziviani |first1=Davide |last2=Gusev |first2=Sergei |last3=Schuessler |first3=Stefan |last4=Achaichia |first4=Abdennacer |last5=Braun |first5=James E. |last6=Groll |first6=Eckhard A. |last7=Paepe |first7=Michel De |last8=van den Broek |first8=Martijn |title=तरल बाढ़ विस्तार और आंतरिक पुनर्जनन के साथ एक कार्बनिक रैंकिन चक्र में एकल-स्क्रू विस्तारक को नियोजित करना|journal=Energy Procedia |date=13 September 2017 |volume=129 |page=379 |doi=10.1016/j.egypro.2017.09.239|doi-access=free }}</ref> स्क्रॉल करें,<ref name="scroll expander">{{cite journal |last1=Galloni |first1=E. |last2=Fontana |first2=G. |last3=Staccone |first3=S. |title=Design and experimental analysis of a mini ORC (organic Rankine cycle) power plant based on R245fa working fluid |journal=Energy |date=25 July 2015 |volume=90|pages=768–775 |doi=10.1016/j.energy.2015.07.104 }}</ref> या अन्य विस्तारक), और फिर एक कंडेनसर हीट एक्सचेंजर के माध्यम से जहां इसे अंततः फिर से संघनित किया जाता है।
[[Image:Ideal and real organic rankine cycle.jpg|thumb|उत्तम/वास्तविक ओआरसी के लिए [[टी-एस आरेख]]]]इस प्रकार से जैविक रैंकिन चक्र का कार्य सिद्धांत रैंकिन चक्र के समान है: [[कार्यशील तरल पदार्थ]] को [[ बायलर |बायलर]] में पंप किया जाता है जहां इसे वाष्पित किया जाता है, एक विस्तार उपकरण (टरबाइन) के माध्यम से पारित किया जाता है। एक विस्तार उपकरण (टरबाइन,<ref name="turbine expanders">{{cite conference |last1=Arifin |first1=M. |last2=Pasek |first2=A. D. |title=छोटे ऑर्गेनिक रैंकिन साइकिल सिस्टम के लिए रेडियल टर्बो-एक्सपैंडर्स का डिज़ाइन|conference=7th International Conference on Cooling & Heating Technologies |volume=88 |date=2015 |issue=88 |pages=012037 |doi=10.1088/1757-899X/88/1/012037 |bibcode=2015MS&E...88a2037A |doi-access=free }}</ref> पेंच,<ref name="Screw Expander">{{cite journal |last1=Ziviani |first1=Davide |last2=Gusev |first2=Sergei |last3=Schuessler |first3=Stefan |last4=Achaichia |first4=Abdennacer |last5=Braun |first5=James E. |last6=Groll |first6=Eckhard A. |last7=Paepe |first7=Michel De |last8=van den Broek |first8=Martijn |title=तरल बाढ़ विस्तार और आंतरिक पुनर्जनन के साथ एक कार्बनिक रैंकिन चक्र में एकल-स्क्रू विस्तारक को नियोजित करना|journal=Energy Procedia |date=13 September 2017 |volume=129 |page=379 |doi=10.1016/j.egypro.2017.09.239|doi-access=free }}</ref> स्क्रॉल करें,<ref name="scroll expander">{{cite journal |last1=Galloni |first1=E. |last2=Fontana |first2=G. |last3=Staccone |first3=S. |title=Design and experimental analysis of a mini ORC (organic Rankine cycle) power plant based on R245fa working fluid |journal=Energy |date=25 July 2015 |volume=90|pages=768–775 |doi=10.1016/j.energy.2015.07.104 }}</ref> या अन्य विस्तारक), और फिर एक द्रव्यनित्र ताप विनिमयकर्ता के माध्यम से जहां इसे अंततः पुनः से संघनित किया जाता है।


इंजन के सैद्धांतिक मॉडल द्वारा वर्णित आदर्श चक्र में, विस्तार आइसोबैरिक प्रक्रिया है और वाष्पीकरण और संघनन प्रक्रियाएं आइसोबैरिक प्रक्रिया हैं।
चूंकि इंजन के सैद्धांतिक मॉडल द्वारा वर्णित आदर्श चक्र में, विस्तार समदाब रेखीय प्रक्रिया है और वाष्पीकरण और संघनन प्रक्रियाएं समदाब रेखीय प्रक्रिया हैं।


किसी भी वास्तविक चक्र में, [[अपरिवर्तनीयता]] की उपस्थिति चक्र की थर्मल दक्षता को कम कर देती है। वे अपरिवर्तनीयताएँ मुख्य रूप से होती हैं:<ref>{{cite thesis|url=http://orbi.ulg.ac.be/handle/2268/96436 |title=अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति और सौर अनुप्रयोगों के लिए कार्बनिक रैंकिन चक्रों के उपयोग के माध्यम से सतत ऊर्जा रूपांतरण|format=PDF |date= 2011-10-04|access-date=2011-10-31|publisher=University of Liège, Liège, Belgium }}</ref>
किसी भी वास्तविक चक्र में, [[अपरिवर्तनीयता]] की उपस्थिति चक्र की थर्मल दक्षता को कम कर देती है। वे अपरिवर्तनीयताएँ मुख्य रूप से होती हैं:<ref>{{cite thesis|url=http://orbi.ulg.ac.be/handle/2268/96436 |title=अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति और सौर अनुप्रयोगों के लिए कार्बनिक रैंकिन चक्रों के उपयोग के माध्यम से सतत ऊर्जा रूपांतरण|format=PDF |date= 2011-10-04|access-date=2011-10-31|publisher=University of Liège, Liège, Belgium }}</ref>
* विस्तार के दौरान: दबाव अंतर से पुनर्प्राप्त होने योग्य [[ऊर्जा]] का केवल एक हिस्सा उपयोगी कार्य में परिवर्तित होता है। दूसरा भाग ऊष्मा में परिवर्तित होकर नष्ट हो जाता है। विस्तारक की दक्षता को आइसेंट्रोपिक विस्तार के साथ तुलना करके परिभाषित किया गया है।
* विस्तार के समय: दबाव अंतर से पुनर्प्राप्त होने योग्य [[ऊर्जा]] का केवल एक भाग उपयोगी कार्य में परिवर्तित होता है। और द्वतीय भाग ऊष्मा में परिवर्तित होकर नष्ट हो जाता है। किन्तु विस्तारक की दक्षता को आइसेंट्रोपिक विस्तार के साथ तुलना करके परिभाषित किया गया है।
* हीट एक्सचेंजर्स में: कार्यशील तरल पदार्थ लंबा और टेढ़ा रास्ता अपनाता है जो अच्छा ताप विनिमय सुनिश्चित करता है लेकिन [[दबाव में गिरावट]] का कारण बनता है जिससे चक्र से पुनर्प्राप्त होने वाली बिजली की मात्रा कम हो जाती है। इसी तरह, ताप स्रोत/सिंक और कार्यशील तरल पदार्थ के बीच तापमान का अंतर ऊर्जा विनाश उत्पन्न करता है और चक्र प्रदर्शन को कम करता है।
* ताप विनिमयकर्ता्स में: कार्यशील तरल पदार्थ दीर्घ और टेढ़ा रास्ता अपनाता है जो उचित ताप विनिमय सुनिश्चित करता है किन्तु [[दबाव में गिरावट]] का कारण बनता है जिससे चक्र से पुनर्प्राप्त होने वाली विधुत की मात्रा कम हो जाती है। इसी प्रकार, ताप स्रोत/सिंक और कार्यशील तरल पदार्थ के मध्य तापमान का अंतर ऊर्जा विनाश उत्पन्न करता है और चक्र प्रदर्शन को कम करता है।


==ओआरसी के लिए आवेदन==
==ओआरसी के लिए आवेदन==
[[File:ORC power plant.JPG|thumb|75 किलोवाट ORC [[टर्बोजेनेरेटर]] का उपयोग [[फिनलैंड]] के [[ लप्पीनरन्ता |लप्पीनरन्ता]] में LUT विश्वविद्यालय में प्रायोगिक बिजली संयंत्र में किया गया |238x238px]]
[[File:ORC power plant.JPG|thumb|75 किलोवाट ओआरसी [[टर्बोजेनेरेटर]] का उपयोग [[फिनलैंड]] के [[ लप्पीनरन्ता |लप्पीनरन्ता]] में एलयूटी  विश्वविद्यालय में प्रायोगिक विधुत संयंत्र में किया गया |238x238px]]
{{Sustainable energy}}
{{Sustainable energy}}
{{Renewable energy sources}}
{{Renewable energy sources}}


जैविक रैंकिन चक्र प्रौद्योगिकी के कई संभावित अनुप्रयोग हैं, और दुनिया भर में इसकी स्थापित क्षमता 2.7 गीगावॉट से अधिक और 698 पहचाने गए बिजली संयंत्र हैं।<ref>{{cite web|last=T. Tartiere|title=ओआरसी विश्व मानचित्र|url=http://orc-world-map.org|access-date=16 August 2016}}</ref> उनमें से, सबसे व्यापक और आशाजनक क्षेत्र निम्नलिखित हैं:<ref>{{cite journal|url=http://orbi.ulg.ac.be/handle/2268/138756 |title=ऑर्गेनिक रैंकिन साइकिल (ओआरसी) प्रणालियों का तकनीकी-आर्थिक सर्वेक्षण|journal=Renewable and Sustainable Energy Reviews |volume=22 |pages=168–186 |format=PDF |year=2013 |access-date=2013-03-02|doi=10.1016/j.rser.2013.01.028 |last1=Quoilin |first1=Sylvain |last2=Broek |first2=Martijn Van Den |last3=Declaye |first3=Sébastien |last4=Dewallef |first4=Pierre |last5=Lemort |first5=Vincent |doi-access=free }}</ref>
जैविक रैंकिन चक्र प्रौद्योगिकी के अनेक संभावित अनुप्रयोग हैं, और विश्व में इसकी स्थापित क्षमता 2.7 गीगावॉट से अधिक और 698 पहचाने गए विधुत संयंत्र हैं।<ref>{{cite web|last=T. Tartiere|title=ओआरसी विश्व मानचित्र|url=http://orc-world-map.org|access-date=16 August 2016}}</ref> उनमें से, अधिक व्यापक और आशाजनक क्षेत्र निम्नलिखित हैं:<ref>{{cite journal|url=http://orbi.ulg.ac.be/handle/2268/138756 |title=ऑर्गेनिक रैंकिन साइकिल (ओआरसी) प्रणालियों का तकनीकी-आर्थिक सर्वेक्षण|journal=Renewable and Sustainable Energy Reviews |volume=22 |pages=168–186 |format=PDF |year=2013 |access-date=2013-03-02|doi=10.1016/j.rser.2013.01.028 |last1=Quoilin |first1=Sylvain |last2=Broek |first2=Martijn Van Den |last3=Declaye |first3=Sébastien |last4=Dewallef |first4=Pierre |last5=Lemort |first5=Vincent |doi-access=free }}</ref>




===अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति===
===अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति===
[[अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति इकाई]] जैविक रैंकिन चक्र (ओआरसी) के लिए सबसे महत्वपूर्ण विकास क्षेत्रों में से एक है। इसे गर्मी और [[बिजली संयंत्र]] (उदाहरण के लिए घरेलू वॉटर हीटर पर छोटे पैमाने पर [[सह-उत्पादन]] संयंत्र), या औद्योगिक और कृषि प्रक्रियाओं जैसे जैविक उत्पादों किण्वन, ओवन या भट्टियों से गर्म निकास (जैसे चूना और सीमेंट भट्टियां) पर लागू किया जा सकता है। [[ग्रिप-गैस संघनन]], वाहनों से निकलने वाली गैसें, कंप्रेसर का इंटरकूलिंग, पावर चक्र का कंडेनसर, आदि।
इस प्रकार से [[अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति इकाई]] जैविक रैंकिन चक्र (ओआरसी) के लिए अधिक महत्वपूर्ण विकास क्षेत्रों में से एक है। इसे ताप और [[बिजली संयंत्र|विधुत संयंत्र]] (उदाहरण के लिए घरेलू वॉटर हीटर पर छोटे माप पर [[सह-उत्पादन]] संयंत्र), या औद्योगिक और कृषि प्रक्रियाओं जैसे जैविक उत्पादों किण्वन, ओवन या भट्टियों से ऊष्म निकास (जैसे चूना और सीमेंट भट्टियां) पर प्रयुक्त किया जा सकता है। इस प्रकार से  [[ग्रिप-गैस संघनन]], वाहनों से निकलने वाली गैसें, कंप्रेसर का इंटरकूलिंग, पावर चक्र का कंडेनसर, आदि।


===[[बायोमास बिजली संयंत्र]]===
===[[बायोमास बिजली संयंत्र|बायोमास विधुत संयंत्र]]===
बायोमास दुनिया भर में उपलब्ध है और इसका उपयोग छोटे से मध्यम आकार के बायोमास बिजली संयंत्र पर बिजली के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। ओआरसी बिजली संयंत्रों में काम के कम दबाव के कारण स्टीम बॉयलर जैसी मशीनरी के लिए उच्च विशिष्ट निवेश लागत की समस्या दूर हो जाती है। अन्य लाभ काम करने वाले तरल पदार्थ की विशेषताओं के कारण मशीन का लंबा परिचालन जीवन है, जो भाप के विपरीत वाल्व सीट ट्यूबिंग और टरबाइन ब्लेड के लिए गैर-क्षरण और गैर-संक्षारण है। ओआरसी प्रक्रिया कई क्षेत्रों में उपलब्ध इनपुट ईंधन की अपेक्षाकृत कम मात्रा को दूर करने में भी मदद करती है क्योंकि छोटे आकार के पौधों के लिए एक कुशल ओआरसी बिजली संयंत्र संभव है।
बायोमास विश्व भर में उपलब्ध है और इसका उपयोग छोटे से मध्यम आकार के बायोमास विधुत संयंत्र पर विधुत के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। जिससे ओआरसी विधुत संयंत्रों में कार्य के कम दबाव के कारण स्टीम बॉयलर जैसी मशीनरी के लिए उच्च विशिष्ट निवेश की समस्या दूर हो जाती है। और अन्य लाभ कार्य करने वाले तरल पदार्थ की विशेषताओं के कारण मशीन का दीर्घ परिचालन जीवन है, जो की वाष्प के विपरीत वाल्व सीट ट्यूबिंग और टरबाइन ब्लेड के लिए गैर-क्षरण और गैर-संक्षारण है। ओआरसी प्रक्रिया अनेक क्षेत्रों में उपलब्ध इनपुट ईंधन की अपेक्षाकृत कम मात्रा को दूर करने में भी सहायता करती है क्योंकि छोटे आकार के पौधों के लिए एक कुशल ओआरसी विधुत संयंत्र संभव है।


===भूतापीय पौधे===
===भूतापीय पौधे===
भूतापीय ऊर्जा का तापमान 50 से 350°C तक भिन्न होता है। इसलिए ORC इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए पूरी तरह से अनुकूलित है। हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कम तापमान वाले भू-तापीय स्रोतों (आमतौर पर 100 डिग्री सेल्सियस से कम) के लिए, दक्षता बहुत कम है और हीट सिंक तापमान (परिवेश के तापमान द्वारा परिभाषित) पर दृढ़ता से निर्भर करती है।
इस प्रकार से भूतापीय ऊर्जा का तापमान 50 से 350°C तक भिन्न होता है। इसलिए ओआरसी इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए पूर्ण रूप से अनुकूलित है। चूंकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कम तापमान वाले भू-तापीय स्रोतों (सामान्यतः 100 डिग्री सेल्सियस से कम) के लिए, दक्षता अधिक कम है और ताप सिंक तापमान (परिवेश के तापमान द्वारा परिभाषित) पर दृढ़ता से निर्भर करती है।


===[[सौर तापीय ऊर्जा]]===
===[[सौर तापीय ऊर्जा]]===
कार्बनिक रैंकिन चक्र का उपयोग सामान्य भाप रैंकिन चक्र के स्थान पर सौर तापीय ऊर्जा [[परवलयिक गर्त]] प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है। ओआरसी कम क्षमता और कम कलेक्टर तापमान पर बिजली उत्पादन की अनुमति देता है, और इसलिए कम लागत, छोटे पैमाने पर विकेन्द्रीकृत [[केंद्रित सौर ऊर्जा]] इकाइयों की संभावना है।<ref>{{cite web |url=http://www.stginternational.org/how-it-works.html |title=सौर सूक्ष्म जनरेटर|publisher=Stginternational.org |access-date=2017-04-29 |url-status=bot: unknown |archive-url=https://web.archive.org/web/20130303091604/http://www.stginternational.org/how-it-works.html |archive-date=2013-03-03 }}</ref><ref>{{cite web|url= http://www.powerfromthesun.net/Book/chapter12/chapter12.html#12.2%20%20%20%20%20Rankine%20Power%20Cycles |title=Power From the Sun :: Chapter 12.2 Rankine Power Cycles|publisher=Power From the Sun |access-date= 2017-04-29}}</ref> ओआरसी [[फोटोवोल्टिक थर्मल हाइब्रिड सौर कलेक्टर]] हाइब्रिड सीएसपी-पीवी सिस्टम को भी सक्षम बनाता है जो थर्मल ऊर्जा भंडारण से सुसज्जित है, जो उनके तात्कालिक बिजली उत्पादन के 70% तक की ऑन-डिमांड रिकवरी प्रदान करता है, और अन्य प्रकार के विद्युत भंडारण के लिए काफी कुशल विकल्प हो सकता है।<ref>{{cite web |url=https://www.ecogeneration.com.au/raygen-focuses-its-energies-on-vast-storage-potential/ |title=RyZen अपनी ऊर्जा विशाल भंडारण क्षमता पर केंद्रित करता है|website=www.ecogeneration.com.au |date=2020-04-23 |access-date=2021-01-28}}</ref><ref>{{cite web |url=https://www.pv-magazine-australia.com/2020/03/20/arena-boosts-funding-for-raygens-solar-hydro-power-plant/ |title=ARENA ने रेजेन के "सोलर हाइड्रो" पावर प्लांट के लिए फंडिंग बढ़ाई|publisher=PV Magazine |author=Blake Matich |date=2020-03-20 |access-date=2021-01-28}}</ref>
जैविक रैंकिन चक्र का उपयोग सामान्य वाष्प रैंकिन चक्र के स्थान पर सौर तापीय ऊर्जा [[परवलयिक गर्त]] प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है। ओआरसी कम क्षमता और कम कलेक्टर तापमान पर विधुत उत्पादन की अनुमति देता है, और इसलिए कम निवेश, छोटे माप पर विकेन्द्रीकृत [[केंद्रित सौर ऊर्जा]] इकाइयों की संभावना है।<ref>{{cite web |url=http://www.stginternational.org/how-it-works.html |title=सौर सूक्ष्म जनरेटर|publisher=Stginternational.org |access-date=2017-04-29 |url-status=bot: unknown |archive-url=https://web.archive.org/web/20130303091604/http://www.stginternational.org/how-it-works.html |archive-date=2013-03-03 }}</ref><ref>{{cite web|url= http://www.powerfromthesun.net/Book/chapter12/chapter12.html#12.2%20%20%20%20%20Rankine%20Power%20Cycles |title=Power From the Sun :: Chapter 12.2 Rankine Power Cycles|publisher=Power From the Sun |access-date= 2017-04-29}}</ref> चूंकि ओआरसी [[फोटोवोल्टिक थर्मल हाइब्रिड सौर कलेक्टर]] हाइब्रिड सीएसपी-पीवी प्रणाली को भी सक्षम बनाता है जो की थर्मल ऊर्जा संचय से सुसज्जित है, जो उनके तात्कालिक विधुत उत्पादन के 70% तक की ऑन-डिमांड पुनर्प्राप्ति प्रदान करता है, और अन्य प्रकार के विद्युत संचय के लिए अधिक कुशल विकल्प हो सकता है।<ref>{{cite web |url=https://www.ecogeneration.com.au/raygen-focuses-its-energies-on-vast-storage-potential/ |title=RyZen अपनी ऊर्जा विशाल भंडारण क्षमता पर केंद्रित करता है|website=www.ecogeneration.com.au |date=2020-04-23 |access-date=2021-01-28}}</ref><ref>{{cite web |url=https://www.pv-magazine-australia.com/2020/03/20/arena-boosts-funding-for-raygens-solar-hydro-power-plant/ |title=ARENA ने रेजेन के "सोलर हाइड्रो" पावर प्लांट के लिए फंडिंग बढ़ाई|publisher=PV Magazine |author=Blake Matich |date=2020-03-20 |access-date=2021-01-28}}</ref>




===पवनतापीय ऊर्जा===
===पवनतापीय ऊर्जा===
हाल ही में तथाकथित पवन तापीय ऊर्जा टर्बाइनों पर चर्चा की गई है जो पवन ऊर्जा को सीधे मध्यम तापमान ताप (600 डिग्री सेल्सियस तक) में परिवर्तित कर सकते हैं।<ref>{{cite journal|title=प्रत्यक्ष तापीय ऊर्जा रूपांतरण और तापीय ऊर्जा भंडारण का उपयोग करते हुए पवन ऊर्जा की अवधारणा का अध्ययन|journal=Renewable Energy |volume=83 |pages=332–338 |year=2015 |doi=10.1016/j.renene.2015.04.027 |last1=Okazaki |first1=Tori |last2=Shirai |first2=Yasuyuki |last3=Nakamura |first3=Taketsune |doi-access=free }}</ref> उन्हें थर्मल स्टोरेज के साथ जोड़ा जा सकता है और बिजली उत्पन्न करने के लिए ओआरसी के साथ उपयुक्त रूप से मिलान किया जा सकता है।
वर्तमान में तथाकथित पवन तापीय ऊर्जा टर्बाइनों पर विचार किया गया है जो की पवन ऊर्जा को सीधे मध्यम तापमान ताप (600 डिग्री सेल्सियस तक) में परिवर्तित कर सकते हैं।<ref>{{cite journal|title=प्रत्यक्ष तापीय ऊर्जा रूपांतरण और तापीय ऊर्जा भंडारण का उपयोग करते हुए पवन ऊर्जा की अवधारणा का अध्ययन|journal=Renewable Energy |volume=83 |pages=332–338 |year=2015 |doi=10.1016/j.renene.2015.04.027 |last1=Okazaki |first1=Tori |last2=Shirai |first2=Yasuyuki |last3=Nakamura |first3=Taketsune |doi-access=free }}</ref> उन्हें तापीय संचय के साथ जोड़ा जा सकता है और विधुत उत्पन्न करने के लिए ओआरसी के साथ उपयुक्त रूप से मिलान किया जा सकता है।


==कार्यशील द्रव का चयन==
==कार्यशील द्रव का चयन==
निम्न तापमान रैंकिन चक्रों में कार्यशील तरल पदार्थों का चयन महत्वपूर्ण महत्व रखता है। कम तापमान के कारण, गर्मी हस्तांतरण अक्षमताएं अत्यधिक प्रतिकूल हैं। ये अक्षमताएं द्रव की थर्मोडायनामिक विशेषताओं और परिचालन स्थितियों पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं।
इस प्रकार से निम्न तापमान रैंकिन चक्रों में कार्यशील तरल पदार्थों का चयन महत्वपूर्ण महत्व रखता है। और कम तापमान के कारण, ताप हस्तांतरण अक्षमताएं अत्यधिक प्रतिकूल हैं। ये अक्षमताएं द्रव की ऊष्मागतिक विशेषताओं और परिचालन स्थितियों पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं।


निम्न-श्रेणी की गर्मी को पुनः प्राप्त करने के लिए, तरल पदार्थ का उबलने का तापमान आमतौर पर पानी की तुलना में कम होता है। रेफ्रिजरेंट और हाइड्रोकार्बन आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले दो घटक हैं।
निम्न-श्रेणी की ताप को पुनः प्राप्त करने के लिए, तरल पदार्थ का उबलने का तापमान सामान्यतः जल की तुलना में कम होता है। रेफ्रिजरेंट और हाइड्रोकार्बन सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले दो घटक हैं।


कार्यशील द्रव की इष्टतम विशेषताएँ :
इस प्रकार से कार्यशील द्रव की इष्टतम विशेषताएँ :
*आइसेंट्रोपिक [[संतृप्ति वाष्प वक्र]] :
*आइसेंट्रोपिक [[संतृप्ति वाष्प वक्र]] :
चूँकि ओआरसी का उद्देश्य निम्न श्रेणी की ऊष्मा शक्ति की पुनर्प्राप्ति पर केंद्रित है, इसलिए पारंपरिक रैंकिन चक्र जैसा अतितापित दृष्टिकोण उचित नहीं है। इसलिए, बाष्पीकरणकर्ता के निकास पर एक छोटी सुपरहीटिंग को हमेशा प्राथमिकता दी जाएगी, जो गीले तरल पदार्थ (जो विस्तार के अंत में दो चरण की स्थिति में हैं) को नुकसान पहुंचाती है। सूखे तरल पदार्थ के मामले में, पुनर्योजी का उपयोग किया जाना चाहिए।
चूँकि ओआरसी का उद्देश्य निम्न श्रेणी की ऊष्मा शक्ति की पुनर्प्राप्ति पर केंद्रित है, इसलिए पारंपरिक रैंकिन चक्र जैसा अतितापित दृष्टिकोण उचित नहीं है। इसलिए, बाष्पीकरणकर्ता के निकास पर एक छोटी अतिताप को सदैव प्राथमिकता दी जाएगी, जो नम तरल पदार्थ (जो विस्तार के अंत में दो चरण की स्थिति में हैं) को हानि पहुंचाती है। शुष्क तरल पदार्थ की स्तिथियों में, पुनर्योजी का उपयोग किया जाना चाहिए।
* निम्न हिमांक, उच्च स्थिरता तापमान:
* निम्न हिमांक, उच्च स्थिरता तापमान:
पानी के विपरीत, कार्बनिक तरल पदार्थ आमतौर पर उच्च तापमान पर रासायनिक गिरावट और अपघटन से पीड़ित होते हैं। इस प्रकार अधिकतम गर्म स्रोत का तापमान कार्यशील तरल पदार्थ की रासायनिक स्थिरता द्वारा सीमित होता है। हिमांक बिंदु चक्र के न्यूनतम तापमान से कम होना चाहिए।
जल के विपरीत, कार्बनिक तरल पदार्थ सामान्यतः उच्च तापमान पर रासायनिक गिरावट और अपघटन से पीड़ित होते हैं। इस प्रकार अधिकतम ऊष्म स्रोत का तापमान कार्यशील तरल पदार्थ की रासायनिक स्थिरता द्वारा सीमित होता है। हिमांक बिंदु चक्र के न्यूनतम तापमान से कम होना चाहिए।
* वाष्पीकरण और घनत्व की उच्च ऊष्मा :
* वाष्पीकरण और घनत्व की उच्च ऊष्मा :
उच्च गुप्त ऊष्मा और घनत्व वाला तरल पदार्थ बाष्पीकरणकर्ता में स्रोत से अधिक ऊर्जा को अवशोषित करेगा और इस प्रकार आवश्यक प्रवाह दर, सुविधा का आकार और पंप की खपत को कम करेगा।
इस प्रकार से उच्च गुप्त ऊष्मा और घनत्व वाला तरल पदार्थ बाष्पीकरणकर्ता में स्रोत से अधिक ऊर्जा को अवशोषित करेगा और इस प्रकार आवश्यक प्रवाह दर, सुविधा का आकार और पंप की खपत को कम करेगा।
* कम पर्यावरणीय प्रभाव
* कम पर्यावरणीय प्रभाव
ध्यान में रखे गए मुख्य पैरामीटर ओजोन रिक्तीकरण क्षमता (ओडीपी) और ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (जीडब्ल्यूपी) हैं।
अतः ध्यान में रखे गए मुख्य पैरामीटर ओजोन रिक्तीकरण क्षमता (ओडीपी) और ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (जीडब्ल्यूपी) हैं।
* सुरक्षा
* सुरक्षा
तरल पदार्थ गैर संक्षारक, गैर ज्वलनशील और गैर विषैला होना चाहिए। रेफ्रिजरेंट के ASHRAE सुरक्षा वर्गीकरण का उपयोग द्रव खतरनाक स्तर के संकेतक के रूप में किया जा सकता है।
तरल पदार्थ गैर संक्षारक, गैर ज्वलनशील और गैर विषैला होना चाहिए। रेफ्रिजरेंट के एएसएचआरएई सुरक्षा वर्गीकरण का उपयोग द्रव खतरनाक स्तर के संकेतक के रूप में किया जा सकता है।
* अच्छी उपलब्धता और कम लागत
* उचित उपलब्धता और कम निवेश
* स्वीकार्य दबाव
* स्वीकार्य दबाव


===कार्यशील तरल पदार्थों के उदाहरण===
===कार्यशील तरल पदार्थों के उदाहरण===


* क्लोरो[[ fluorocarbon ]]: ओजोन रिक्तीकरण के कारण [[मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल]] द्वारा प्रतिबंधित (जैसे [[ट्राइक्लोरोफ्लोरोमेथेन]] R-11, डाइ[[क्लोरोडिफ्लोरोमेथेन]] R-12)
* क्लोरो[[ fluorocarbon |फ्लोरोकार्बन]]: ओजोन रिक्तीकरण के कारण [[मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल]] द्वारा प्रतिबंधित (जैसे [[ट्राइक्लोरोफ्लोरोमेथेन]] R-11, डाइ[[क्लोरोडिफ्लोरोमेथेन]] R-12)
* [[एचसीएफसी]]: मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल में कोपेनहेगन संशोधन के कारण चरणबद्ध तरीके से समाप्त हो रहे हैं (उदाहरण के लिए क्लोरोडिफ्लोरोमेथेन आर-22, 2,2-डाइक्लोरो-1,1,1-ट्राइफ्लोरोइथेन|आर-123)
* [[एचसीएफसी]]: मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल में कोपेनहेगन संशोधन के कारण चरणबद्ध विधियों से समाप्त हो रहे हैं (उदाहरण के लिए क्लोरोडिफ्लोरोमेथेन आर-22, 2,2-डाइक्लोरो-1,1,1-ट्राइफ्लोरोइथेन आर-123)
* हाइड्रोफ्लोरोकार्बन#हाइड्रोफ्लोरोकार्बन (जैसे [[R134a]], [[R245fa]])
* हाइड्रोफ्लोरोकार्बन हाइड्रोफ्लोरोकार्बन (जैसे [[R134a|आर134ए]], [[R245fa|आर]][[R245fa|245एफए]])
* [[हाइड्रोकार्बन]]: [[ज्वलनशील]], गैस प्रसंस्करण सुविधाओं के सामान्य उप-उत्पाद (जैसे [[आइसोब्यूटेन]], [[पेंटेन]], [[प्रोपेन]])
* [[हाइड्रोकार्बन]]: [[ज्वलनशील]], गैस प्रसंस्करण सुविधाओं के सामान्य उप-उत्पाद (जैसे [[आइसोब्यूटेन]], [[पेंटेन]], [[प्रोपेन]])
*फ्लोरोकार्बन<ref>{{Cite web | url=http://www.turboden.eu/en/public/downloads/ORC_fluid_selection.pdf | title=TURBODEN - Organic Rankine Cycle systems}}</ref>
*फ्लोरोकार्बन<ref>{{Cite web | url=http://www.turboden.eu/en/public/downloads/ORC_fluid_selection.pdf | title=TURBODEN - Organic Rankine Cycle systems}}</ref>




==मॉडलिंग ORC सिस्टम==
==मॉडलिंग ओआरसी प्रणाली==
ओआरसी चक्रों का अनुकरण करने के लिए संख्यात्मक सॉल्वर की आवश्यकता होती है जिसमें द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन, गर्मी हस्तांतरण, दबाव की बूंदें, यांत्रिक हानि, रिसाव आदि के समीकरण लागू होते हैं।
इस प्रकार से ओआरसी चक्रों का अनुकरण करने के लिए संख्यात्मक सॉल्वर की आवश्यकता होती है जिसमें द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन, ताप हस्तांतरण, दबाव की बूंदें, यांत्रिक हानि, रिसाव आदि के समीकरण प्रयुक्त होते हैं।


ओआरसी मॉडल को दो मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: स्थिर-अवस्था और गतिशील। डिज़ाइन (या आकार) उद्देश्य और आंशिक-लोड सिमुलेशन दोनों के लिए स्थिर-स्थिति मॉडल की आवश्यकता होती है।
ओआरसी मॉडल को दो मुख्य प्रकारों में स्थिर-अवस्था और गतिशील विभाजित किया जा सकता है। डिज़ाइन (या आकार) उद्देश्य और आंशिक-भार अनुकरण दोनों के लिए स्थिर-स्थिति मॉडल की आवश्यकता होती है।
दूसरी ओर, गतिशील मॉडल, विभिन्न घटकों में ऊर्जा और द्रव्यमान संचय के लिए भी जिम्मेदार होते हैं। वे नियंत्रण रणनीतियों को लागू करने और अनुकरण करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हैं, उदा। क्षणिक के दौरान या प्रारंभ के दौरान &


ओआरसी मॉडलिंग का एक अन्य प्रमुख पहलू कार्बनिक द्रव कार्यशील द्रव की गणना है। पेंग-रॉबिन्सन जैसे राज्यों के सरल समीकरण (ईओएस) से बचना चाहिए क्योंकि उनकी सटीकता कम है। उदाहरण के लिए, मल्टीपैरामीटर ईओएस को प्राथमिकता दी जानी चाहिए। अत्याधुनिक थर्मोफिजिकल और परिवहन गुण डेटाबेस।
दूसरी ओर, गतिशील मॉडल, विभिन्न घटकों में ऊर्जा और द्रव्यमान संचय के लिए भी उत्तरदायी होते हैं। वे नियंत्रण रणनीतियों को प्रयुक्त करने और अनुकरण करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हैं, इस प्रकार से उदा क्षणिक के समय या प्रारंभ के समय और ओआरसी मॉडलिंग का एक अन्य प्रमुख भाग कार्बनिक द्रव ऊष्मागतिकी गुणों की गणना है।राज्यों के सरल समीकरण (ईओएस) जैसे पेंग-रॉबिन्सन से बचना चाहिए क्योंकि उनकी स्पष्टतः कम है। इस प्रकार से उदाहरण के लिए, मल्टीपैरामीटर ईओएस अत्याधुनिक थर्मोफिजिकल और परिवहन गुण डेटाबेस को प्राथमिकता दी जानी चाहिए।


उपरोक्त उद्देश्यों के लिए विभिन्न उपकरण उपलब्ध हैं, जिनमें से प्रत्येक के फायदे और नुकसान हैं। सबसे आम लोगों की रिपोर्ट यहां नीचे दी गई है।
अतः उपरोक्त उद्देश्यों के लिए विभिन्न उपकरण उपलब्ध हैं, जिनमें से प्रत्येक के लाभ और हानि हैं। इस प्रकार से अधिक समान लोगों की सूचना यहां नीचे दी गई है।


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! Tool
! उपकरण
! [[Causality#Engineering|Causality]]
! [[Causality#Engineering|कारणता]]
! [[Process simulation#Steady state and dynamic process simulation|Simulation type]]
! [[Process simulation#Steady state and dynamic process simulation|अनुकरण प्रकार]]
! Distribution
! वितरण
! Examples
! उदाहरण
! Description
! विवरण
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! colspan="6" align="left" | General thermodynamic modeling tools
! colspan="6" align="left" | सामान्य ऊष्मागतिकी मॉडलिंग उपकरण
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! [https://www.softinway.com/software-applications/heat-balance-design-analysis/ AxCYCLE]
! [https://www.softinway.com/software-applications/heat-balance-design-analysis/ धुरीचक्र]
| Acausal
| अकौसल
|steady-state|| Non-free || ||
|स्थिर अवस्था|| गैर-मुक्त || ||
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! [http://www.cycle-tempo.nl/ Cycle-Tempo]
! [http://www.cycle-tempo.nl/ चक्र-टेम्पो]
| Causal
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|steady-state|| Non-free || ||
|स्थिर अवस्था|| गैर-मुक्त || ||
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! [[Engineering Equation Solver]]
! [[Engineering Equation Solver|इंजीनियरिंग समीकरण सॉल्वर]]
| Acausal
| अकौसल
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|स्थिर-अवस्था एवं गतिशील
| Non-free || [https://www.gtisoft.com/wp-content/uploads/publication/SuperTruckWasteHeatRecoverySystemCummins.pdf Cummins Super Truck WHR] ||
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! [[LMS Imagine.Lab Amesim]]
! [[LMS Imagine.Lab Amesim|एलएमएस इमैजिन.लैब अमेसिम]]
| Causal
| कारणात्मक
and Acausal
और अकौसल
|steady-state & dynamic
|स्थिर-अवस्था एवं गतिशील
| Non-free ||    [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610215027678 Small Scale ORC Plant]||
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! colspan="6" align="left" | General modeling tools
! colspan="6" align="left" | General modeling tools
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! [[MATLAB]] / [[Simulink]]
! [[MATLAB|मैटलैब]] / [[Simulink|सिमुलिंक]]
| Causal
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| स्थिर-अवस्था/गतिशील
| Non-free
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! [[Scilab]] / [[Xcos]]
! [[Scilab|साइलैब/एक्सकोस]]
| Acausal
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| steady-state / dynamic
| स्थिर-अवस्था/गतिशील
| Open-source
| ओपन-सोर्स
| [http://www.openeering.com/sites/default/files/Organic_Rankine_Cycle_0.pdf Simple ORC model]
| [http://www.openeering.com/sites/default/files/Organic_Rankine_Cycle_0.pdf सरल ओआरसी मॉडल]
| Open-source alternative to Matlab.
| मैटलैब का ओपन-सोर्स विकल्प।
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! colspan="6" align="left" | General tools for thermophysical and transport properties of organic fluids
! colspan="6" align="left" | कार्बनिक तरल पदार्थों के तापभौतिकीय और परिवहन गुणों के लिए सामान्य उपकरण
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! [http://www.aspentech.com/ AspenProp]
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! [http://coolprop.sourceforge.net/ कूलप्रॉप]
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! [https://www.nist.gov/srd/nist23.cfm रिफ़प्रॉप]
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! [http://www.prosim.net/en/software-simulis-thermodynamics-3.php एक ही समय में ऊष्मप्रवैगिकी]
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{{portal|Energy|Renewable energy}}
{{portal|Energy|Renewable energy}}
* रैंकिन चक्र
* रैंकिन चक्र
* थर्मोडायनामिक चक्र
* ऊष्मागतिक चक्र
*विभिन्न स्रोतों से उत्पन्न बिजली की सापेक्ष लागत
*विभिन्न स्रोतों से उत्पन्न विधुत की सापेक्ष निवेश
* [[नेफ्था लॉन्च]]
* [[नेफ्था लॉन्च]]
* कार्यशील तरल पदार्थ
* कार्यशील तरल पदार्थ

Revision as of 07:31, 29 September 2023

थर्मल इंजीनियरिंग में, जैविक रैंकिन चक्र (ओआरसी) एक प्रकार का ऊष्मागतिक चक्र है। यह रैंकिन चक्र का एक रूप है जिसे कार्बनिक यौगिक, उच्च-आणविक-द्रव्यमान द्रव (जल की तुलना में) के उपयोग के लिए नामित किया गया है जिसका वाष्पीकरण तापमान जल की तुलना में कम है। तरल पदार्थ कम तापमान वाले स्रोतों जैसे बायोमास दहन, औद्योगिक अपशिष्ट ताप, भूतापीय ऊर्जा, सौर तालाब आदि से ताप की वसूली की अनुमति देता है। इस प्रकार से निम्न तापमान वाली ताप को उपयोगी कार्य (ऊष्मागतिक्स) में परिवर्तित किया जाता है, जो की स्वयं विद्युत उत्पादन हो सकता है।

इस प्रकार से यह तकनीक 1950 के दशक के अंत में ऑरमैट टेक्नोलॉजीज और हैरी ज़वी ताबोर द्वारा विकसित की गई थी।[1][2]

अतः नेफ्था इंजन, सिद्धांत रूप में ओआरसी के समान किन्तु अन्य अनुप्रयोगों के लिए विकसित, 1890 के दशक की प्रारंभ में उपयोग में थे।

ओआरसी का कार्य सिद्धांत

उत्तम/वास्तविक ओआरसी के लिए टी-एस आरेख

इस प्रकार से जैविक रैंकिन चक्र का कार्य सिद्धांत रैंकिन चक्र के समान है: कार्यशील तरल पदार्थ को बायलर में पंप किया जाता है जहां इसे वाष्पित किया जाता है, एक विस्तार उपकरण (टरबाइन) के माध्यम से पारित किया जाता है। एक विस्तार उपकरण (टरबाइन,[3] पेंच,[4] स्क्रॉल करें,[5] या अन्य विस्तारक), और फिर एक द्रव्यनित्र ताप विनिमयकर्ता के माध्यम से जहां इसे अंततः पुनः से संघनित किया जाता है।

चूंकि इंजन के सैद्धांतिक मॉडल द्वारा वर्णित आदर्श चक्र में, विस्तार समदाब रेखीय प्रक्रिया है और वाष्पीकरण और संघनन प्रक्रियाएं समदाब रेखीय प्रक्रिया हैं।

किसी भी वास्तविक चक्र में, अपरिवर्तनीयता की उपस्थिति चक्र की थर्मल दक्षता को कम कर देती है। वे अपरिवर्तनीयताएँ मुख्य रूप से होती हैं:[6]

  • विस्तार के समय: दबाव अंतर से पुनर्प्राप्त होने योग्य ऊर्जा का केवल एक भाग उपयोगी कार्य में परिवर्तित होता है। और द्वतीय भाग ऊष्मा में परिवर्तित होकर नष्ट हो जाता है। किन्तु विस्तारक की दक्षता को आइसेंट्रोपिक विस्तार के साथ तुलना करके परिभाषित किया गया है।
  • ताप विनिमयकर्ता्स में: कार्यशील तरल पदार्थ दीर्घ और टेढ़ा रास्ता अपनाता है जो उचित ताप विनिमय सुनिश्चित करता है किन्तु दबाव में गिरावट का कारण बनता है जिससे चक्र से पुनर्प्राप्त होने वाली विधुत की मात्रा कम हो जाती है। इसी प्रकार, ताप स्रोत/सिंक और कार्यशील तरल पदार्थ के मध्य तापमान का अंतर ऊर्जा विनाश उत्पन्न करता है और चक्र प्रदर्शन को कम करता है।

ओआरसी के लिए आवेदन

75 किलोवाट ओआरसी टर्बोजेनेरेटर का उपयोग फिनलैंड के लप्पीनरन्ता में एलयूटी विश्वविद्यालय में प्रायोगिक विधुत संयंत्र में किया गया

जैविक रैंकिन चक्र प्रौद्योगिकी के अनेक संभावित अनुप्रयोग हैं, और विश्व में इसकी स्थापित क्षमता 2.7 गीगावॉट से अधिक और 698 पहचाने गए विधुत संयंत्र हैं।[7] उनमें से, अधिक व्यापक और आशाजनक क्षेत्र निम्नलिखित हैं:[8]


अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति

इस प्रकार से अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति इकाई जैविक रैंकिन चक्र (ओआरसी) के लिए अधिक महत्वपूर्ण विकास क्षेत्रों में से एक है। इसे ताप और विधुत संयंत्र (उदाहरण के लिए घरेलू वॉटर हीटर पर छोटे माप पर सह-उत्पादन संयंत्र), या औद्योगिक और कृषि प्रक्रियाओं जैसे जैविक उत्पादों किण्वन, ओवन या भट्टियों से ऊष्म निकास (जैसे चूना और सीमेंट भट्टियां) पर प्रयुक्त किया जा सकता है। इस प्रकार से ग्रिप-गैस संघनन, वाहनों से निकलने वाली गैसें, कंप्रेसर का इंटरकूलिंग, पावर चक्र का कंडेनसर, आदि।

बायोमास विधुत संयंत्र

बायोमास विश्व भर में उपलब्ध है और इसका उपयोग छोटे से मध्यम आकार के बायोमास विधुत संयंत्र पर विधुत के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। जिससे ओआरसी विधुत संयंत्रों में कार्य के कम दबाव के कारण स्टीम बॉयलर जैसी मशीनरी के लिए उच्च विशिष्ट निवेश की समस्या दूर हो जाती है। और अन्य लाभ कार्य करने वाले तरल पदार्थ की विशेषताओं के कारण मशीन का दीर्घ परिचालन जीवन है, जो की वाष्प के विपरीत वाल्व सीट ट्यूबिंग और टरबाइन ब्लेड के लिए गैर-क्षरण और गैर-संक्षारण है। ओआरसी प्रक्रिया अनेक क्षेत्रों में उपलब्ध इनपुट ईंधन की अपेक्षाकृत कम मात्रा को दूर करने में भी सहायता करती है क्योंकि छोटे आकार के पौधों के लिए एक कुशल ओआरसी विधुत संयंत्र संभव है।

भूतापीय पौधे

इस प्रकार से भूतापीय ऊर्जा का तापमान 50 से 350°C तक भिन्न होता है। इसलिए ओआरसी इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए पूर्ण रूप से अनुकूलित है। चूंकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कम तापमान वाले भू-तापीय स्रोतों (सामान्यतः 100 डिग्री सेल्सियस से कम) के लिए, दक्षता अधिक कम है और ताप सिंक तापमान (परिवेश के तापमान द्वारा परिभाषित) पर दृढ़ता से निर्भर करती है।

सौर तापीय ऊर्जा

जैविक रैंकिन चक्र का उपयोग सामान्य वाष्प रैंकिन चक्र के स्थान पर सौर तापीय ऊर्जा परवलयिक गर्त प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है। ओआरसी कम क्षमता और कम कलेक्टर तापमान पर विधुत उत्पादन की अनुमति देता है, और इसलिए कम निवेश, छोटे माप पर विकेन्द्रीकृत केंद्रित सौर ऊर्जा इकाइयों की संभावना है।[9][10] चूंकि ओआरसी फोटोवोल्टिक थर्मल हाइब्रिड सौर कलेक्टर हाइब्रिड सीएसपी-पीवी प्रणाली को भी सक्षम बनाता है जो की थर्मल ऊर्जा संचय से सुसज्जित है, जो उनके तात्कालिक विधुत उत्पादन के 70% तक की ऑन-डिमांड पुनर्प्राप्ति प्रदान करता है, और अन्य प्रकार के विद्युत संचय के लिए अधिक कुशल विकल्प हो सकता है।[11][12]


पवनतापीय ऊर्जा

वर्तमान में तथाकथित पवन तापीय ऊर्जा टर्बाइनों पर विचार किया गया है जो की पवन ऊर्जा को सीधे मध्यम तापमान ताप (600 डिग्री सेल्सियस तक) में परिवर्तित कर सकते हैं।[13] उन्हें तापीय संचय के साथ जोड़ा जा सकता है और विधुत उत्पन्न करने के लिए ओआरसी के साथ उपयुक्त रूप से मिलान किया जा सकता है।

कार्यशील द्रव का चयन

इस प्रकार से निम्न तापमान रैंकिन चक्रों में कार्यशील तरल पदार्थों का चयन महत्वपूर्ण महत्व रखता है। और कम तापमान के कारण, ताप हस्तांतरण अक्षमताएं अत्यधिक प्रतिकूल हैं। ये अक्षमताएं द्रव की ऊष्मागतिक विशेषताओं और परिचालन स्थितियों पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं।

निम्न-श्रेणी की ताप को पुनः प्राप्त करने के लिए, तरल पदार्थ का उबलने का तापमान सामान्यतः जल की तुलना में कम होता है। रेफ्रिजरेंट और हाइड्रोकार्बन सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले दो घटक हैं।

इस प्रकार से कार्यशील द्रव की इष्टतम विशेषताएँ :

चूँकि ओआरसी का उद्देश्य निम्न श्रेणी की ऊष्मा शक्ति की पुनर्प्राप्ति पर केंद्रित है, इसलिए पारंपरिक रैंकिन चक्र जैसा अतितापित दृष्टिकोण उचित नहीं है। इसलिए, बाष्पीकरणकर्ता के निकास पर एक छोटी अतिताप को सदैव प्राथमिकता दी जाएगी, जो नम तरल पदार्थ (जो विस्तार के अंत में दो चरण की स्थिति में हैं) को हानि पहुंचाती है। शुष्क तरल पदार्थ की स्तिथियों में, पुनर्योजी का उपयोग किया जाना चाहिए।

  • निम्न हिमांक, उच्च स्थिरता तापमान:

जल के विपरीत, कार्बनिक तरल पदार्थ सामान्यतः उच्च तापमान पर रासायनिक गिरावट और अपघटन से पीड़ित होते हैं। इस प्रकार अधिकतम ऊष्म स्रोत का तापमान कार्यशील तरल पदार्थ की रासायनिक स्थिरता द्वारा सीमित होता है। हिमांक बिंदु चक्र के न्यूनतम तापमान से कम होना चाहिए।

  • वाष्पीकरण और घनत्व की उच्च ऊष्मा :

इस प्रकार से उच्च गुप्त ऊष्मा और घनत्व वाला तरल पदार्थ बाष्पीकरणकर्ता में स्रोत से अधिक ऊर्जा को अवशोषित करेगा और इस प्रकार आवश्यक प्रवाह दर, सुविधा का आकार और पंप की खपत को कम करेगा।

  • कम पर्यावरणीय प्रभाव

अतः ध्यान में रखे गए मुख्य पैरामीटर ओजोन रिक्तीकरण क्षमता (ओडीपी) और ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (जीडब्ल्यूपी) हैं।

  • सुरक्षा

तरल पदार्थ गैर संक्षारक, गैर ज्वलनशील और गैर विषैला होना चाहिए। रेफ्रिजरेंट के एएसएचआरएई सुरक्षा वर्गीकरण का उपयोग द्रव खतरनाक स्तर के संकेतक के रूप में किया जा सकता है।

  • उचित उपलब्धता और कम निवेश
  • स्वीकार्य दबाव

कार्यशील तरल पदार्थों के उदाहरण


मॉडलिंग ओआरसी प्रणाली

इस प्रकार से ओआरसी चक्रों का अनुकरण करने के लिए संख्यात्मक सॉल्वर की आवश्यकता होती है जिसमें द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन, ताप हस्तांतरण, दबाव की बूंदें, यांत्रिक हानि, रिसाव आदि के समीकरण प्रयुक्त होते हैं।

ओआरसी मॉडल को दो मुख्य प्रकारों में स्थिर-अवस्था और गतिशील विभाजित किया जा सकता है। डिज़ाइन (या आकार) उद्देश्य और आंशिक-भार अनुकरण दोनों के लिए स्थिर-स्थिति मॉडल की आवश्यकता होती है।

दूसरी ओर, गतिशील मॉडल, विभिन्न घटकों में ऊर्जा और द्रव्यमान संचय के लिए भी उत्तरदायी होते हैं। वे नियंत्रण रणनीतियों को प्रयुक्त करने और अनुकरण करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हैं, इस प्रकार से उदा क्षणिक के समय या प्रारंभ के समय और ओआरसी मॉडलिंग का एक अन्य प्रमुख भाग कार्बनिक द्रव ऊष्मागतिकी गुणों की गणना है।राज्यों के सरल समीकरण (ईओएस) जैसे पेंग-रॉबिन्सन से बचना चाहिए क्योंकि उनकी स्पष्टतः कम है। इस प्रकार से उदाहरण के लिए, मल्टीपैरामीटर ईओएस अत्याधुनिक थर्मोफिजिकल और परिवहन गुण डेटाबेस को प्राथमिकता दी जानी चाहिए।

अतः उपरोक्त उद्देश्यों के लिए विभिन्न उपकरण उपलब्ध हैं, जिनमें से प्रत्येक के लाभ और हानि हैं। इस प्रकार से अधिक समान लोगों की सूचना यहां नीचे दी गई है।

उपकरण कारणता अनुकरण प्रकार वितरण उदाहरण विवरण
सामान्य ऊष्मागतिकी मॉडलिंग उपकरण
धुरीचक्र अकौसल स्थिर अवस्था गैर-मुक्त
चक्र-टेम्पो कारणात्मक स्थिर अवस्था गैर-मुक्त
इंजीनियरिंग समीकरण सॉल्वर अकौसल स्थिर अवस्था गैर-मुक्त ईईएस में सरल ओआरसी मॉडल
जीटी-सूट अकौसल स्थिर-अवस्था एवं गतिशील गैर-मुक्त कमिंस सुपर ट्रक डब्ल्यूएचआर
एलएमएस इमैजिन.लैब अमेसिम कारणात्मक

और अकौसल

स्थिर-अवस्था एवं गतिशील गैर-मुक्त छोटे माप पर ओआरसी प्लांट
प्रोसिमप्लस / स्थिर अवस्था गैर-मुक्त
General modeling tools
मैटलैब / सिमुलिंक कारणात्मक स्थिर-अवस्था/गतिशील गैर-मुक्त
साइलैब/एक्सकोस अकौसल स्थिर-अवस्था/गतिशील ओपन-सोर्स सरल ओआरसी मॉडल मैटलैब का ओपन-सोर्स विकल्प।
कार्बनिक तरल पदार्थों के तापभौतिकीय और परिवहन गुणों के लिए सामान्य उपकरण
ऐस्पनप्रॉप / गैर-मुक्त
कूलप्रॉप / खुला स्रोत
फ्लुइडप्रॉप / मुक्त
रिफ़प्रॉप / गैर-मुक्त
एक ही समय में ऊष्मप्रवैगिकी / गैर-मुक्त


यह भी देखें

संदर्भ

  1. Harry Zvi Tabor, Cleveland Cutler, Encyclopedia of the Earth, 2007.
  2. Israeli Section of the International Solar Energy Society Archived 2009-01-11 at the Wayback Machine, edited by Gershon Grossman, Faculty of Mechanical Energy, Technion, Haifa; Final draft.
  3. Arifin, M.; Pasek, A. D. (2015). छोटे ऑर्गेनिक रैंकिन साइकिल सिस्टम के लिए रेडियल टर्बो-एक्सपैंडर्स का डिज़ाइन. 7th International Conference on Cooling & Heating Technologies. Vol. 88. p. 012037. Bibcode:2015MS&E...88a2037A. doi:10.1088/1757-899X/88/1/012037.
  4. Ziviani, Davide; Gusev, Sergei; Schuessler, Stefan; Achaichia, Abdennacer; Braun, James E.; Groll, Eckhard A.; Paepe, Michel De; van den Broek, Martijn (13 September 2017). "तरल बाढ़ विस्तार और आंतरिक पुनर्जनन के साथ एक कार्बनिक रैंकिन चक्र में एकल-स्क्रू विस्तारक को नियोजित करना". Energy Procedia. 129: 379. doi:10.1016/j.egypro.2017.09.239.
  5. Galloni, E.; Fontana, G.; Staccone, S. (25 July 2015). "Design and experimental analysis of a mini ORC (organic Rankine cycle) power plant based on R245fa working fluid". Energy. 90: 768–775. doi:10.1016/j.energy.2015.07.104.
  6. अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति और सौर अनुप्रयोगों के लिए कार्बनिक रैंकिन चक्रों के उपयोग के माध्यम से सतत ऊर्जा रूपांतरण (PDF) (Thesis). University of Liège, Liège, Belgium. 2011-10-04. Retrieved 2011-10-31.
  7. T. Tartiere. "ओआरसी विश्व मानचित्र". Retrieved 16 August 2016.
  8. Quoilin, Sylvain; Broek, Martijn Van Den; Declaye, Sébastien; Dewallef, Pierre; Lemort, Vincent (2013). "ऑर्गेनिक रैंकिन साइकिल (ओआरसी) प्रणालियों का तकनीकी-आर्थिक सर्वेक्षण" (PDF). Renewable and Sustainable Energy Reviews. 22: 168–186. doi:10.1016/j.rser.2013.01.028. Retrieved 2013-03-02.
  9. "सौर सूक्ष्म जनरेटर". Stginternational.org. Archived from the original on 2013-03-03. Retrieved 2017-04-29.{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
  10. "Power From the Sun :: Chapter 12.2 Rankine Power Cycles". Power From the Sun. Retrieved 2017-04-29.
  11. "RyZen अपनी ऊर्जा विशाल भंडारण क्षमता पर केंद्रित करता है". www.ecogeneration.com.au. 2020-04-23. Retrieved 2021-01-28.
  12. Blake Matich (2020-03-20). "ARENA ने रेजेन के "सोलर हाइड्रो" पावर प्लांट के लिए फंडिंग बढ़ाई". PV Magazine. Retrieved 2021-01-28.
  13. Okazaki, Tori; Shirai, Yasuyuki; Nakamura, Taketsune (2015). "प्रत्यक्ष तापीय ऊर्जा रूपांतरण और तापीय ऊर्जा भंडारण का उपयोग करते हुए पवन ऊर्जा की अवधारणा का अध्ययन". Renewable Energy. 83: 332–338. doi:10.1016/j.renene.2015.04.027.
  14. "TURBODEN - Organic Rankine Cycle systems" (PDF).


बाहरी संबंध