Le cycle de Rankine est un terme décrivant un processus qui utilise la chaleur pour effectuer des travaux. Il est nommé d'après l'ingénieur écossais et physicien William John Macquorn Rankine. En règle générale, la chaleur produit de la vapeur qui entraîne une turbine. Il est principalement utilisé pour produire de l'électricité, et à partir de 2011, représente environ 80% de l'électricité consommée dans le monde entier.
Le principe de base consiste d'un fluide - généralement de l'eau, mais dénommé "fluide" - qui circule dans une boucle fermée comportant quatre éléments principaux: une pompe, une chaudière, une turbine et un condenseur. Dans la chaudière, une source de chaleur externe convertit le fluide de travail liquide en une vapeur qui entraîne la turbine et est ensuite condensé en un liquide, qui est pompé en retour dans la chaudière. La vapeur sort de la chaudière à une température élevée - jusqu'à 1000 ° F (538 ° C) - et de la pression - jusqu'à 4500 psig (kPa 31,026.4) - et c'est l'expansion de cette chaude, gaz à haute pression qui entraîne la turbine arbre, produisant une rotation qui peut générer de l'électricité ou alimenter un moteur. L'efficacité du cycle de Rankine peut atteindre environ 40%.
Ce processus est la base de la plupart des centrales où le carburant est utilisé comme source de chaleur pour produire de l'électricité. Le combustible peut être de l'huile, du charbon, du gaz, de la biomasse ou nucléaire; depuis la source de chaleur externe et que rien n'est peut générer suffisamment de chaleur peuvent être utilisées. La technologie du cycle de Rankine à une plus petite échelle peut aussi être utilisée pour exploiter la chaleur résiduelle des centrales électriques traditionnelles. Par exemple, les centrales à gaz à combustion utilisent des turbines à combustion qui produisent des gaz d'échappement chaud, contrairement à turbines à cycle de Rankine, ils ne fonctionnent pas dans une boucle fermée. Il est possible de les combiner avec un générateur de cycle de Rankine qui utilise le gaz chaud pour produire de la vapeur, ce qui améliore considérablement l'efficacité énergétique.
Les fluides autres que l'eau peuvent être utilisés dans un cycle de Rankine, où ils offrent des avantages dans des applications particulières. Par exemple, les centrales électriques qui fonctionnent dans des conditions très froides peuvent exiger d'un fluide avec un point de congélation inférieur. Un certain nombre de liquides organiques ont été utilisées et le pentane a été employée avec succès dans un générateur de cycle de Rankine qui exploite des gaz d'échappement chaud provenant d'une centrale électrique au gaz en tant que source de chaleur, telle que décrite ci-dessus. Un processus qui utilise un fluide organique de cette manière que l'on appelle un cycle de Rankine organique (ORC).
De nombreux projets d'énergie renouvelable utiliser la technologie ORC pour produire de l'énergie. Il est souvent utilisé dans les centrales géothermiques, et ce système a été adapté pour être utilisé dans certaines centrales solaires, le soleil ne se concentre pour fournir la chaleur pour conduire le cycle. Les petits producteurs qui utilisent cette technologie sont devenus disponibles pour exploiter la chaleur résiduelle provenant d'une variété de procédés industriels.