RankineKreisprozess

Der Rankine-Kreisprozess ist ein thermodynamischer Kreislauf, der Wärme in mechanische Arbeit umwandelt, indem ein Arbeitsmedium durch Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Dampf geführt wird. Er bildet das Grundprinzip vieler Dampf- und Kernkraftwerke sowie einiger Solar- und Geothermieanlagen.

Der Kreislauf besteht typischerweise aus Boiler, Dampfturbine, Kondensator und Pumpe. Wasser wird von der Pumpe auf hohen Druck gebracht, im Boiler zu Heißdampf erhitzt und durch die Turbine entspannt, wodurch Arbeit verrichtet wird. Der Dampf wird im Kondensator wieder zu Flüssigkeit kondensiert und fließt als Speisewasser zurück zur Pumpe.

In der idealen Ausführung würden Verdampfungs- und Expansionen isentrope Abläufe umfassen; reale Systeme weisen irreversiblen Verluste auf. Die Effizienz hängt von Temperaturen, Drücken und Wärmeübertragung ab und wird durch das Verhältnis der zugeführten Wärme zur abgegebenen Arbeit charakterisiert. Die Leistungsfähigkeit wird durch die maximal erreichbaren Ober- und Untertemperaturen begrenzt.

Typische Varianten erhöhen die Effizienz: Hochdruck- und Überhitzungsabschnitte, regenerative Speisewasserheizung, Reheating sowie der Einsatz von Superkondensations- oder Superkühlzuständen. Für niedrigere Temperaturquellen kommt der Organic Rankine Cycle (ORC) mit organischen Flüssigkeiten zum Einsatz; der Kalina-Zyklus nutzt Ammoniak-Wasser-Gemisch.

Anwendungsbereiche sind vor allem fossile Kraftwerke, Kernkraftwerke, Geothermie- und Abwärmeanlagen. Der Rankine-Kreisprozess bleibt zentrale Technologie zur Umwandlung großer Wärmemengen in elektrische Energie, hat jedoch gegenüber idealen Zyklen Effizienz- und Kostenbeschränkungen und hängt stark von der Verfügbarkeit von Wärmequellen ab.