Rankine -sykli on termi, joka kuvaa prosessia, joka käyttää lämpöä työn suorittamiseen. Se on nimetty skotlantilaisen insinöörin ja fyysikon William John Macquorn Rankinen mukaan. Yleensä lämpö tuottaa höyryä, joka ohjaa turbiinia. Sitä käytetään pääasiassa sähkön tuottamiseen, ja sen osuus on vuodesta 2011 alkaen noin 80% koko maailmassa käytetystä sähköstä.
Perusperiaatteena on, että neste – yleensä vesi, mutta sitä kutsutaan “työnesteeksi” – virtaa suljetussa piirissä, jossa on neljä pääkomponenttia: pumppu, kattila, turbiini ja lauhdutin. Kattilassa ulkoinen lämmönlähde muuttaa nestemäisen työnesteen höyryksi, joka ohjaa turbiinia ja kondensoituu sitten nesteeksi, joka pumpataan takaisin kattilaan. Höyry lähtee kattilasta korkeassa lämpötilassa-jopa 1,000 ° C-ja paineessa-jopa 538 psig (4,500 31,026.4 kPag)-ja tämän kuuman korkeapainekaasun paisuminen ohjaa turbiinia akseli, joka tuottaa pyörimisen, joka voi tuottaa sähköä tai käyttää moottoria. Rankine -syklin hyötysuhde voi nousta noin 40%: iin.
Tämä prosessi on perusta useimmille voimalaitoksille, joissa polttoainetta käytetään lämmönlähteenä sähkön tuottamiseen. Polttoaine voi olla öljyä, hiiltä, kaasua, biomassaa tai ydinvoimaa; koska lämmönlähde on ulkoinen, voidaan käyttää mitä tahansa, joka voi tuottaa riittävästi lämpöä. Pienemmän mittakaavan Rankine -syklitekniikkaa voidaan käyttää myös perinteisten voimalaitosten hukkalämmön hyödyntämiseen. Esimerkiksi kaasupolttovoimalaitokset käyttävät palamisturbiineja, jotka tuottavat kuumaa pakokaasua, koska toisin kuin Rankine-kiertoturbiinit, ne eivät toimi suljetussa piirissä. On mahdollista yhdistää ne Rankine -sykligeneraattoriin, joka käyttää kuumaa kaasua höyryn tuottamiseen, mikä parantaa huomattavasti energiatehokkuutta.
Muita nesteitä kuin vettä voidaan käyttää Rankine -syklissä, jossa ne tarjoavat etuja tietyissä sovelluksissa. Esimerkiksi voimalaitokset, jotka toimivat hyvin kylmissä olosuhteissa, saattavat vaatia nestettä, jonka jäätymispiste on alhaisempi. Useita orgaanisia nesteitä on käytetty ja pentaania on käytetty menestyksekkäästi Rankine-syklin generaattorissa, joka käyttää lämmönlähteenä kaasukäyttöisen voimalaitoksen kuumaa pakokaasua, kuten edellä on kuvattu. Menetelmää, joka käyttää orgaanista nestettä tällä tavalla, kutsutaan orgaaniseksi Rankine -sykliksi (ORC).
Monet uusiutuvan energian hankkeet käyttävät ORC -tekniikkaa energian tuottamiseen. Sitä käytetään usein geotermisissä voimalaitoksissa, ja tätä järjestelmää on mukautettu käytettäväksi joissakin aurinkovoimaloissa, joissa auringonvalo on keskittynyt tuottamaan lämpöä kiertokulkua ohjaamaan. Tätä tekniikkaa käyttävät pienimuotoiset generaattorit ovat tulleet saataville hyödyntämään erilaisten teollisuusprosessien hukkalämpöä.