Mäntämoottorit tuottavat sivutuotteena paljon lämpöä. Ylimääräinen lämpö ei saa jäädä kuumentamaan moottoria, joten se on hävitettävä jonnekin.

Perinteisin menetelmä on hävittää tarpeeton lämpö taivaalle eli päästää pakokaasut suoraan ulos ja kierrättää jäähdytysneste ilmajäähdyttimessä. Tehokkaampaa ja ympäristöystävällisempää on käyttää hukkalämpöä johonkin. Sen voi muuntaa sähköksi ORC:n eli orgaaniseen Rankine-sykliin perustuvan matalalämpövoimalaitoksen avulla.

Rankine-sykli on läheistä sukua jääkaapeissa ja lämpöpumpuissa käytetylle periaatteelle. Sinunkin työpaikallasi tai ainakin kotonasi puksuttaa siis yksi tai useampi ORC:n sukulainen. Rankine-syklin toisessa päässä on höyrystin, jolla väliaine höyrystetään kaasuksi ja sidotaan siihen runsaasti lämpöenergiaa. Toisessa päässä on lauhdutin, joka varmistaa höyryn lauhtumisen ja vapauttaa sitoutuneen lämpöenergian. ORC:n prosessissa on ekspanderi, jolla laajeneva orgaaninen höyry muunnetaan pyörimisliikkeeksi. Ekspanderin akseliin on kytketty sähkögeneraattori, jolla tehdään pyörimisliikkeestä sähköä. Lisäksi ORC-prosessissa on pumppu, joka pitää prosessin käynnissä. Vaikka järjestelmässä onkin pumppu kuluttamassa hieman sähköä, generaattorista tulee moninkertaisesti sähköä pumpun tarpeeseen verrattuna.

Kuinka ORC sitten liitetään mäntämoottoriin

Jos kaikki moottorista vapautuva lämpöenergia pyritään hyödyntämään ORC:n sähköntuotannossa, ORC kytketään jäähdytysnestekiertoon. Monipuolisin tapa käyttää ORC:tä yhden tai useamman mäntämoottorin yhteydessä, on kerätä kaikki lämpövirrat puskurisäiliöön. Puskurisäiliöön kytketään siis moottorin vaippakierto sekä pakokaasulämmönsiirrin eli ekonomaiseri, jolla otetaan pakokaasusta lämpöä talteen. Puskurisäiliön avulla saadaan varmistettua, että moottorin vaippaan takaisin palaava jäähdytysvesi on oikean lämpöistä moottorin optimaalisen toiminnan varmistamiseksi.

ORC:n syöttö otetaan puskurisäiliöstä. Puskurisäiliöön voidaan ORC:n lisäksi liittää myös esim. kaukolämpökierto, jos sellaista tarvitaan. Tällöin lämpövirtoja voidaan ohjata tarpeen mukaan siten, että kesällä kun kaukolämpöä ei tarvita, ajetaan paljon lämpöä ORC:lle ja talvella päinvastoin.

ORC:n hyötysuhde on sitä parempi mitä suurempi lämpötilaero ORC:n yli saadaan. Moottorilta kannattaa siis pyrkiä saamaan mahdollisimman kuumaa vettä puskurisäiliöön. Tämä on tietysti tehtävä moottorin optimaalista toimintaa haittaamatta. Moottorista saatavan veden lämpötila riippuu kuitenkin hyvin pitkälti moottorimallista.

ORC:n kylmän puolen jäähdytyskierto kannattaa olla mahdollisimman kylmä ja tehokas. Tyypillisin tapa tehdä ORC:n jäähdytys on käyttää ns. kuivajäähdyttimiä. Jäähdytys voidaan kuitenkin tehdä myös kytkemällä ORC laitoksen jäähdytysnestekiertoon. Tällaisella järjestelmällä ORC:n hyötysuhde liikkuu lämpötilaeron mukaan 7 - 10 %:in välillä. ORC:n jäähdytysvesi on ulos tullessaan vielä lämmintä, joten siitä on mahdollista ottaa lämpöä talteen.

Otetaan esimerkiksi biokaasumäntämoottori – generaattori -yksikkö, jonka sähköinen hyötysuhde on 40 % ja lämpöhyötysuhde on toiset 40 %. Moottoriyksikkö siis muuntaa käytetyn polttoaineen energiasta 40 % sähköksi, toiset 40 % lämmöksi vaippakiertoon ja hukkaa viimeiset 20 % pääosin pakokaasujen mukana. Jos tähän moottoriin liitetään ORC edellä kuvatulla tavalla ja saadaan ORC:n hyötysuhteeksi 10%, moottoriyksikön sähköinen hyötysuhde paranee 4 prosenttiyksikköä. (Lukema saadaan kertomalla moottorin lämpöhyötysuhde ORC:n hyötysuhteella.) Eli ORC:n asennuksen jälkeen moottoriyksikön kokonaishyötysuhde nousee 40 %:sta 44 %:iin. Järjestelmän sähköteho siis kasvaa ORC:n asennuksen myötä 10%.

Katso lisää edustamastamme E-rational ORC:stä kotisivujemme ORC-sivulta.

  • energiaratkaisut
  • ORC matalalämpövoimalaitos
  • moottori
  • mäntämoottori
  • biokaasu
  • maakaasu
Bloggaajan muut kirjoitukset