Energijos išteklių kainoms kylant į neįtikėtinas aukštumas, tenka išnaudoti visas galimybes šilumos ir elektros gamybos kaštams mažinti. Vienas iš galimų būdų – mažo energinio potencialo šilumos nuostolių panaudojimas, pritaikant organinį Renkino ciklą (ORC).

Praėjusiu laikotarpiu kilo ne viena energetinė krizė. Pirmas žingsnis buvo panaudoti tuo metu pigų vietinį kurą – biomasę, biodujas, plėsti greitos rotacijos augalų plantacijas biokurui gaminti. Tačiau ši kryptis sukėlė ir daugybę problemų. Įvertinus visą gamybos ciklą, paaiškėjo, kad pasiekti nulinių emisijų neįmanoma, o biokuro ir biodegalų gamybos kaštai tik dar labiau padidina kainą galutiniam vartotojui. Šiuo metu ūkininkai rimtai galvoja mažinti pasėlių plotus, nes nepatręšę gerų derlių neturės, o esant dabartinėms trąšų kainoms tai jau panašu į nuostolingą gamybą. Šiluminininkams reikalinga kokybiška mediena kurui, tačiau su smulkintais žilvičiais energetinių katilų nepakūrensi. Tenka tobulinti katilų konstrukcijas, šilumos nuostoliams mažinti naudoti ekonomaizerį, pritaikyti organinį Renkino ciklą (ORC).

ORC sistemoje naudojami tipiniai garo jėgainės komponentai: katilas garui gaminti, turbina, kondensatorius ir cirkuliacinis siurblys. Pagrindinis skirtumas, kad ORC sistemoje naudojamas ne vanduo, bet organinė žemos virimo temperatūros (mažesnės nei 50 °C) medžiaga. Tai gali būti freonai (R11, R12, R113), benzolas, amoniakas, toluenas ir kiti. Taip galima išnaudoti perteklinę šilumą, išmetamą į aplinką kaip nuostolį. Organinis šilumnešis cirkuliuoja uždarame kontūre, esant apie 1 bar slėgiui, o jo garai suka dujų turbogeneratorių ir gamina elektros energiją. Priešingai nei vandens garo turbinose, organiniai skysčiai nesukelia turbinos elementų korozijos, todėl jos naudojimo laikas daug ilgesnis, o eksploataciniai kaštai mažesni. Pagrindinis pranašumas – galimybė panaudoti įvairius šilumos šaltinius: biokuro ir biodujų katilus, šiluminių mašinų išmetamas degimo dujas, saulės kolektorius ir kita. Naudojami organiniai darbiniai skysčiai plačiai taikomi šaldymo sistemose ir šilumos siurbliuose.

Iš trūkumų reikia paminėti, kad organiniai šilumnešiai sukelia aplinkos taršos pavojų, o įrenginių naudingumo koeficientas sudaro tik 10–20 proc., nes žemos temperatūros sistemose fiziškai neįmanoma perduoti daug energijos su mažais nuostoliais ir pasiekti dideles galias kompaktiškuose įrenginiuose. Be to, norint perduoti reikiamą šiluminės energijos kiekį, turbinai dirbti reikalingi didelio skersmens vamzdynai.

Amerikoje paplitę mažos galios (1–2 kW elektrinės galios) kompaktiški ORC blokai, kurie integruojami į dujinio šildymo katilus. To pakanka nedideliam namui apšildyti ir pagaminti elektros energiją apšvietimui, ryšio priemonėms, buitinei elektronikai. Didesniuose objektuose, kur šiluminę energiją gamina didesni kaip 500–1 000 kW galios katilai, galima įrengti ORC bloką ne mažesnei kaip 50 kW galios elektrinei ir išnaudoti išmetamų degimo dujų energiją. Mažesnės galios ORC blokų įrengimo kaštai, atsipirkimo laikas ir gaunama nauda nebus patraukli investuotojams.

Per paskutinį dešimtmetį Lietuvoje įrengta daug 5–40 MW biokurą naudojančių katilinių šilumai centralizuotai tiekti į miestus ir gamybinius objektus (šiltnamių ūkius, gyvulininkystės ir paukštininkystės kompleksus, biodujas deginančias katilines). Visu pajėgumu jėgainės dirba 4–5 mėnesius. Todėl energijos kaštų mažinimas – pirmaeilis uždavinys. Šiuo metu jau įrengiami keli ORC blokai centralizuoto šilumos tiekimo katilinėse. Tai ne tik elektros energijos tiekimas saviems poreikiams, bet ir pardavimas energetinės sistemos operatoriui geromis kainomis. Taip pat mažesnis taršos mokestis, nes su tuo pačiu kuro kiekiu pagaminama daugiau energijos. Sumažėjus gaminamos šilumos poreikiui, dalis perteklinės šilumos gali būti naudojama elektros energijai gaminti.

Ataušinant darbinį šilumnešį kondensatorius panaudojamas šiltam vandeniui ruošti. Stabiliam turbinos darbui numatytas garo perkaitintuvas, naudojantis aukštos temperatūros srautą. Tokia ORC konstrukcija gerokai padidina ORC bloko efektyvumą.

Ypač veiksminga ORC modulius naudoti jėgainėse su dujų turbinomis. Jose išmetamų degimo dujų temperatūra siekia 350 °C, o nuostoliai sudaro net 65–75 proc. pirminės energijos. Vienintelis ORC blokų gamintojas Europoje yra Švedijos įmonė „Againity AB“. Artimiausias jų atstovas yra Lenkijoje. Didelės galios ORC blokai gaminami Amerikoje.

Pirkėjas gali pasirinkti reikiamos galios variantą ir įrenginio tipą – montuoti katilinės pastate arba konteineryje. Pastarasis variantas patrauklus objektams sąvartynuose, kur periodiškai tenka keisti dislokacijos vietą.

Be jau minėtų mažos ir vidutinės galios ORC blokų, gaminami ir 2 500 kW galios moduliai, skirti pramoniniams objektams. Blokuose montuojama visa valdymo automatika, reikia tik prijungti prie šilumos šaltinio ir energetinės sistemos tinklo.

Norint, kad ORC dirbtų efektyviai, reikia įvertinti faktines jėgainės apkrovas ir galimus žemos temperatūros energijos srautus. Pagal sezono jėgainės apkrovos grafiką galima apskaičiuoti, kokios galios kogeneracinis blokas bus jėgainei optimalus. Parinkus per didelės ORC galios bloką, bus per dideli investiciniai kaštai, dirbama neefektyviai, esant mažai energinio katilo generuojamai galiai (mažas šilumos energijos kiekis) ir trumpai darbo trukmei per metus.

Kita problema susijusi su šilumos nuostoliais energijos perdavimo trasoje į kogeneracinį ORC bloką. Esant žemai tiekiamos šilumos temperatūrai, kelių procentų nuostoliai trasoje, kondensatoriuje, garintuve gerokai mažina elektrinės energijos generavimo efektyvumą. Todėl tinkamas sistemos terminis izoliavimas turi didelę įtaką efektyviam sistemos darbui.