Ciclul Rankine este un termen care descrie un proces care utilizează căldură pentru a efectua munca. Este numit după inginerul și fizicianul scoțian William John Macquorn Rankine. În general, căldura produce abur care antrenează o turbină. Este folosit în principal pentru a genera energie electrică și, din 2011, reprezintă aproximativ 80% din energia electrică utilizată în întreaga lume.
Principiul de bază implică un fluid – de obicei apă, dar denumit „fluid de lucru” – care curge într-o buclă închisă cu patru componente principale: o pompă, un cazan, o turbină și un condensator. În cazan, o sursă de căldură externă transformă fluidul de lucru lichid într-un vapor care antrenează turbina și apoi este condensat într-un lichid, care este pompat înapoi în cazan. Vaporii părăsesc cazanul la o temperatură ridicată – până la 1,000 ° F (538 ° C) – și presiune – până la 4,500 psig (31,026.4 kPag) – și expansiunea acestui gaz fierbinte, de înaltă presiune, este cea care antrenează turbina arbore, producând o rotație care poate genera electricitate sau poate antrena un motor. Eficiența ciclului Rankine poate ajunge la aproximativ 40%.
Acest proces este baza pentru majoritatea centralelor electrice în care combustibilul este folosit ca sursă de căldură pentru a genera electricitate. Combustibilul poate fi petrol, cărbune, gaz, biomasă sau nuclear; întrucât sursa de căldură este externă poate fi folosit orice lucru care poate genera suficientă căldură. Tehnologia ciclului Rankine la scară mai mică poate fi folosită și pentru a exploata căldura reziduală de la centralele electrice tradiționale. De exemplu, centralele electrice cu ardere pe gaz utilizează turbine cu ardere care generează gaze de evacuare fierbinți, deoarece, spre deosebire de turbinele cu ciclu Rankine, acestea nu funcționează în buclă închisă. Este posibil să le combinați cu un generator de ciclu Rankine care utilizează gazul fierbinte pentru a produce abur, îmbunătățind astfel mult eficiența energetică.
Alte fluide decât apa pot fi utilizate într-un ciclu Rankine unde oferă avantaje în anumite aplicații. De exemplu, centralele care funcționează în condiții foarte reci pot necesita un fluid cu un punct de îngheț mai mic. Au fost utilizate un număr de fluide organice și pentanul a fost folosit cu succes într-un generator cu ciclu Rankine care exploatează gazele fierbinți de eșapament dintr-o centrală electrică pe gaz ca sursă de căldură, așa cum este descris mai sus. Un proces care utilizează fluid organic în acest fel este cunoscut sub numele de ciclu Rankine organic (ORC).
Multe proiecte de energie regenerabilă utilizează tehnologia ORC pentru a genera energie. Este adesea folosit în centralele geotermale, iar acest sistem a fost adaptat pentru a fi utilizat în unele centrale solare, unde lumina soarelui este focalizată pentru a furniza căldura pentru a conduce ciclul. Generatoarele la scară mică care utilizează această tehnologie au devenit disponibile pentru a exploata căldura reziduală dintr-o varietate de procese industriale.