Principe de fonctionnement d'un ORC

Le cycle de Rankine traditionnel

Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique dont l'objectif est de convertir de l'énergie calorifique (chaleur) en énergie mécanique (mouvement). La chaleur peut provenir de source très variées:
  • Une combustion de charbon, pétrole, gaz, biomasse, ...
  • Une réaction nucléaire
  • La géothermie
  • Le soleil
  • ...
Ce cycle est très répandu dans la production d'électricité. Dans ce cas, l'énergie mécanique obtenue est convertie en électricité à l'aide d'un alternateur.

La manière dont s'effectue la conversion entre énergie calorifique et énergie mécanique peut être décomposé en 4 étapes:
  • De l'eau liquide à basse pression est mise sous pression pour une pompe.
  • En sortie de pompe l'eau passe dans la "chaudière" dans laquelle elle reçoit de la chaleur. Sous l'effet de cet apport de chaleur, l'eau se transforme en vapeur.
  • La vapeur sous pression ainsi produite est dirigée vers une turbine ce qui entraîne la rotation de cette dernière et donc la production d'énergie mécanique. Lors du passage dans la turbine, la pression de la vapeur chute et l'eau sort de la turbine sous forme de vapeur basse pression (avec éventuellement un faible fraction de liquide)
  • Il n'est pas possible de convertir la totalité de la chaleur reçue en énergie mécanique. Il faut évacuer la fraction de la chaleur non convertie en énergie mécanique en refroidissant la vapeur pour la ramener à l'état liquide; c'est le rôle du condenseur. L'eau liquide ainsi obtenue est redirigée vers l'entrée de la pompe et le cycle recommence

Et l'ORC ?

ORC signifie cycle de Rankine organique (Organic Rankine Cycle en anglais). Le principe de fonctionnement est identique à celui du cycle de Rankine traditionnel à l'exception du fluide utilisé qui n'est pas de l'eau mais bien un fluide dit organique, tel qu'un réfrigérant ou un hydrocarbure par exemple. Ces fluides possèdent plusieurs avantages:
  • Pour une même température, la pression de vaporisation est plus faible ce qui réduit les contraintes mécaniques dans la chaudières
  • Pour une même température, la pression de condensation est plus élevée ce qui réduit le volume de l'installation
  • Les pressions relatives sont positives en tout point du cycle ce qui permet d'éviter les infiltrations
  • Des turbines à un seul étage peuvent être utilisées
Ces avantages s'avèrent décisifs lorsque la température et/ou la puissance de la source de chaleur est faible.