Что такое ОЦР или ORC технология? Если в энергетической установке в качестве рабочего тела используется не пар, как в традиционной паротурбинной технологии, а НРТ - низкокипящие рабочие тела, представляющие собой органические или синтетические вещества с низкой температурой кипения, то такая установка будет работать по органическому циклу Ренкина (Organic Rankine Cycle). ORC (или ОЦР) технология - это применение подобных систем для получения электроэнергии из различных источников тепла, таких как: горячие газы газотурбинных или газопоршневых двигателей, горячие газы технологичнских процессов, различные горячие жидкости, в том числе вода. Одним из распространённых НРТ является органическая жидкость пентан С₅Н₁₂ (отсюда второе название – «пентановая технология»). До температуры +36 ˚С (при атмосферном давлении) пентан находится в жидком состоянии, а после +36 ˚С переходит в газообразное состояние. Примерами других низкокипящих рабочих тел могут быть углеводороды (бутан, пропан), хладоны (R11, R123, R245fа), аммиак, толуол, дифенил, силиконовое масло, а также СО₂, при высоком давлении, или новое синтетическое вещество "Novec 649", разработка компании "3М", известной по брэнду "Скоч" и др.  Последнее в отличие от пентана является негорючим, инертным, неэлектропроводным и экологичным.

Рассмотрим комплекс утилизации тепла выхлопных газов ГТУ на основе органического цикла Ренкина. Его схема представлена на рисунке. Основные её части – это термомасляный утилизационный котёл, турбодетандер с электрогенератором и различные теплообменные модули (испаритель, подогреватель, рекуператор и воздушный конденсатор).

Выхлопные газы от ГТУ через переключающий шибер (дивертор) поступают в термомасляный котёл. Переключающий шибер, позволяет не останавливать работу газовой турбины в случае необходимости прекращения работы системы утилизации. В первичном контуре системы применяется термическое масло. Это вызвано тем, что большинство НРТ – горючие вещества, а температура выхлопных газов у современных ГТУ достигает 500 ˚С. Термомасло более устойчиво к высоким температурам. Температура термического масла на входе в утилизационный котёл в пределах 90÷130˚С, на выходе - 280÷315˚С.

Нагретое масло передаёт тепло НРТ в подогревателе и испарителе. Здесь происходит процесс парообразования – из жидкого состояния органическая жидкость переходит в газообразное, и по трубопроводу направляется в турбодетандер. Расширяющийся газ в турбодетандере вращает генератор со скоростью 1500 об/мин, который вырабатывает электроэнергию. Отработавшее после турбины НРТ поступает в рекуператор и далее в воздушный или водяной конденсатор. После конденсатора оно насосами направляется в пароперегреватель, где подогревается до 220÷280˚С и затем снова направляется в турбину.

В случае с использованием в основном контуре CO₂ на сверхкритических параметрах промежуточный термомасляный контур не требуется, CO₂ напрямую подаётся в котёл. По соображениям взрыво-пожаробезопасности обычно оборудование ORC установки размещается на открытом воздухе. Таким образом, в случае утечки рабочего вещества исключается образование взрывоопасной концентрации его паров.

На ускоренном видео ниже за 3 минуты показан восьмимесячный процесс строительства ОЦР-установки мощностью 6,8 МВт в составе комплекса утилизации тепла выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов на компрессорной станции "Гудспрингс" Невада, США.

На рисунках приведены характерные компоновки комплекса утилизации тепла выхлопных газов ГТУ на базе ОЦР технологии.

Кроме основного оборудования, парового котла и паровой турбины в составе системы утилизации тепла на базе паротурбинной технологии много вспомогательного оборудования: охлаждающие устройства (градирни) для паровой турбины, деаэраторы, система водоподготовки, питательные, конденсатные и циркуляционные насосы. Всё это связано многочисленными трубопроводами: питательными, паропроводами, циркуляционными, конденсационными, химочищенной, сырой воды, технической воды. На всех этих трубопроводах установлено огромное количество регулирующей и запорной арматуры, как ручной, так и с электроприводом.

Чтобы подготовить к пуску основное оборудование, прогреть паропроводы требуется большое количество специалистов, т.к. все ручные задвижки, вентили, воздушники необходимо открыть, а после прогрева - закрыть. Подготовка к пуску занимает несколько часов. Всё это усложняет систему управления и обслуживание паротурбинной электростанции. Большую опасность для работы представляет погода с отрицательной температурой, особенно для градирен. Кроме того, для охлаждения конденсатора требуется большое количество технической воды.

ОЦР электростанция имеет следующие преимущества перед паротурбинной:

• - применение незамерзающих рабочих жидкостей (цикло-пентан, термическое масло) позволяет оборудованию надёжно работать на открытом воздухе при температуре до минус 50˚С;
• - не требуется многочисленный специально подготовленный оперативный персонал, достаточно штатного электрика и механика, так как ОЦР электростанция работает в автоматическом режиме;
• - отсутствует сложное паротурбинное оборудование (паровые котлы, турбины, ХВО, деаэраторы и т.д.);
• - нет химводоподготовки с лабораторией с персоналом, с химреагентами и их стоком в канализацию;
• - нет расхода воды на продувку котлов, на охлаждение турбины;
• - не требуется главный корпус, так как все оборудование может работать на открытом воздухе;