Ο κύκλος Rankine είναι ένας όρος που περιγράφει μια διαδικασία που χρησιμοποιεί θερμότητα για να εκτελέσει εργασία. Πήρε το όνομά του από τον Σκοτσέζο μηχανικό και φυσικό William John Macquorn Rankine. Γενικά, η θερμότητα παράγει ατμό που κινεί έναν στρόβιλο. Χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και από το 2011 αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο.
Η βασική αρχή περιλαμβάνει ένα ρευστό – συνήθως νερό, αλλά αναφέρεται ως “ρευστό εργασίας” – που ρέει σε έναν κλειστό βρόχο με τέσσερα κύρια εξαρτήματα: μια αντλία, έναν λέβητα, έναν στρόβιλο και έναν συμπυκνωτή. Στον λέβητα, μια εξωτερική πηγή θερμότητας μετατρέπει το υγρό που λειτουργεί σε ατμό που οδηγεί τον στρόβιλο και στη συνέχεια συμπυκνώνεται σε υγρό, το οποίο αντλείται πίσω στο λέβητα. Ο ατμός αφήνει τον λέβητα σε υψηλή θερμοκρασία — έως 1,000°F (538°C) — και πίεση — έως 4,500 psig (31,026.4 kPag) — και είναι η διαστολή αυτού του καυτού αερίου υψηλής πίεσης που οδηγεί τον στρόβιλο άξονα, που παράγει μια περιστροφή που μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια ή να κινεί έναν κινητήρα. Η απόδοση του κύκλου Rankine μπορεί να φτάσει περίπου το 40%.
Αυτή η διαδικασία είναι η βάση για τους περισσότερους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής όπου τα καύσιμα χρησιμοποιούνται ως πηγή θερμότητας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το καύσιμο μπορεί να είναι πετρέλαιο, άνθρακας, αέριο, βιομάζα ή πυρηνική ενέργεια. δεδομένου ότι η πηγή θερμότητας είναι εξωτερική μπορεί να χρησιμοποιηθεί οτιδήποτε μπορεί να παράγει επαρκή θερμότητα. Η τεχνολογία κύκλου Rankine σε μικρότερη κλίμακα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εκμετάλλευση της σπατάλης θερμότητας από παραδοσιακούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Για παράδειγμα, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση αερίου χρησιμοποιούν στρόβιλους καύσης που παράγουν θερμά καυσαέρια καθώς, σε αντίθεση με τους στρόβιλους κύκλου Rankine, δεν λειτουργούν σε κλειστό βρόχο. Είναι δυνατό να συνδυαστούν με μια γεννήτρια κύκλου Rankine που χρησιμοποιεί το ζεστό αέριο για την παραγωγή ατμού, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την ενεργειακή απόδοση.
Τα άλλα υγρά εκτός από το νερό μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε έναν κύκλο Rankine όπου προσφέρουν πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Για παράδειγμα, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργούν σε πολύ ψυχρές συνθήκες μπορεί να απαιτούν ένα ρευστό με χαμηλότερο σημείο πήξης. Ένας αριθμός οργανικών ρευστών έχει χρησιμοποιηθεί και το πεντάνιο έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μια γεννήτρια κύκλου Rankine που εκμεταλλεύεται τα θερμά καυσαέρια από έναν σταθμό παραγωγής ενέργειας με αέριο ως πηγή θερμότητας, όπως περιγράφεται παραπάνω. Μια διαδικασία που χρησιμοποιεί οργανικό υγρό με αυτόν τον τρόπο είναι γνωστή ως οργανικός κύκλος Rankine (ORC).
Πολλά έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας χρησιμοποιούν την τεχνολογία ORC για την παραγωγή ενέργειας. Χρησιμοποιείται συχνά σε σταθμούς γεωθερμίας και αυτό το σύστημα έχει προσαρμοστεί για χρήση σε ορισμένους σταθμούς ηλιακής ενέργειας, όπου το φως του ήλιου εστιάζεται για να παρέχει τη θερμότητα για την κίνηση του κύκλου. Οι γεννήτριες μικρής κλίμακας που χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία έχουν γίνει διαθέσιμες για την εκμετάλλευση της απορριπτόμενης θερμότητας από μια ποικιλία βιομηχανικών διεργασιών.