Rankinecyklus

De Rankinecyclus is een thermodynamische cyclus die in veel elektriciteitscentrales wordt gebruikt om warmte om te zetten in mechanisch werk. De cyclus gebruikt meestal water als werkvloeistof en berust op fasetransities bij verschillende drukken, waardoor vloeistof en stoom zich in de keten afwisselen.

De basis bestaat uit vier processen: 1-2 isentropische compressie in de pomp bij lage druk, waardoor de vloeistof onder stijgende druk neemt; 2-3 warmte-invoer in de boiler bij hoge druk zodat vloeistof verandert in stoom (verhit of verzadigde/oververhitte stoom); 3-4 expansie in de turbine waarbij arbeid wordt geleverd en de stoom afkoelt; 4-1 warmteafgifte in de condensor bij lage druk waardoor de stoom condenseert tot vloeistof en terugkeert naar de begintoestand.

In termen van energie: de netto arbeid per cyclus is Wnet = (h3 - h4) - (h2 - h1) en de thermische efficiëntie is η = Wnet / (h3 - h2), waarbij h1 tot h4 de specifieke enthalpie van de toestandpunten voorstellen. In een ideaal Rankine-cyclus zijn de pomp en de turbine isentropisch en is toestand 1 verzadigde vloeistof. In echte systemen treden irreversibiliteiten op, waardoor de efficiëntie lager is dan in het ideaalmodel.

Varianten omvatten regeneratieve Rankine-cycli met aftappen voor voorverwarming van het toevoerwater, Reheat Rankine-cycli met meerdere expansies, en superkritische/ultra-superkritische versies met hogere drukken en temperaturen. Voor lage-temperatuur warmtebronnen wordt ook de Organic Rankine Cycle (ORC) toegepast met organische vloeistoffen.

Toepassingen bevinden zich in grootschalige elektriciteitsopwekking bij fossiele en kerncentrales, zonne-thermische krachtcentrales en afvalwarmte-herwinning. De Rankinecyclus vormt een fundamenteel principe voor stoomturbinesystemen en is een praktische tegenhanger van de Carnot-cyclus.

---