“你研究啥的啊？”
“ORC发电的。”
“听说过，挺有意思，给我们介绍一下吧？”
这是小编工作出差时，或者在行业会议交流时常常见到的场面。小编在2010年开始接触ORC发电技术。当时高校中，研究ORC发电的人不少，但市场反应平淡。到2013年，小编毕业，走向市场的时候，才发现，哇塞，这市场真可谓蠢蠢欲动，当时小编接触到的有不下10家国内大型企业都在招兵买马，为干一件事情——开发ORC发电机组，或是自主设计，或是国外引进，或是联合研发，一片热火朝天，样机容量从几十千瓦到1兆瓦都有。而这些企业的背景各异，有钢铁行业的，有制冷行业的，有汽车行业的，还有一些大型设备制造企业，可谓百花齐放。小编那个激动啊，觉得自己可以大干一场。当时有个领导断言，ORC在国内的发展，会像风电一样，将在一个时期内呈井喷式发展，首先进入市场的人，能占据绝对优势。为此，小编还做过一夜暴富的美梦，现在想来还挺有意思。
在进入实际机组研发后，小编有两点非常深的体会，第一点是自己（高校）研究的内容太过理论。对系统中重要部件结构及设计原理知之甚少，所以有些理论设计错误均看不出来，直到真实机组设计的时候，才突然发现，哇靠，这么搞不行啊。得重新来，费时费力。
第二点体会是，搞部件设计及生产的人，对ORC发电的理论原理了解太少。出了好些十分尴尬的笑话。讲一个小编遇到的事，一个ORC设备生产的企业老总对我说，“ORC发电技术挺好，就是效率不太高，我琢磨着这最大的问题是冷凝压力太高（小编注：例如R245fa一般冷凝压力在0.25MPa左右，水的0.007MPa左右），你们要是能把这汽轮机背压降下来，效率能极大提高，这点你们需要好好研究。”当小编试图将这个冷凝压力大小的原理解释给这个老总听，老总却表现出，你休想要忽悠我，我比你更懂的感觉。小编尴尬，苦笑。也出现过用氮气加压，给系统充工质的笑话，这个高校搞ORC实验的人看来，绝对是个常识问题，而设备生产单位因为缺少这种常识，而给企业带来不少损失，费时，费力，费钱。
所以小编就想开一个科普账号，聊聊ORC的理论原理那些事，同时也介绍一些国外成熟机组的硬件知识，给大家添个料，供茶前饭后消遣。
什么是ORC技术？
你这说ORC半天了，到底啥是ORC呢？ORC其实是有机朗肯循环首字母的简称（Organic Rankine Cycle），其中“O”代表有机工质，你可以简单理解为氟利昂，就是空调里面走的那种流体（其实不全是，还有不少烷烃类），“R”指的是一个叫“朗肯（Rankine）”的苏格兰老爷爷，他老人家提出了这种循环。也许大家对另一位苏格兰老爷爷“瓦特（Watt）”更为熟悉，因为蒸汽机的发明开启了工业革命。其实我们这位“朗肯（Rankine）”老爷爷也是相当牛逼的，被后人誉为那个时代的天才。这么说吧，现在全世界的火电厂，包括大部分的核电厂基本使用的热力循环，均是这位朗肯爷爷提出的循环，他如果要收专利费的话，没准他能成为世界首富（再次默默纪念这两两位牛逼的苏格天才一分钟）。而”C”就是指循环“Cycle”，简单吧。
为什么用这技术呢？
人家朗肯爷爷一百多年前就研究明白的事情，你现在研究个啥呢？说实话，ORC技术真不是什么突破性的技术，因为后两个字母“RC”就是朗肯爷爷提出来的循环，到现在已经是成熟得不能再成熟的技术，唯一不同的是我们多了一个“O”，而在很长一段时间，我们都是以水（Water）作为朗肯循环的工质，也就是“WRC”。那“O”这玩意很稀奇吗？其实一点不稀奇，全世界空调冰箱里面跑的都是这种“O”（有机工质），并且空调里面的“O”如果往反方向跑，理论上其实就是一个“ORC”，所以啊，“ORC”好像“WRC”的儿子，空调制冷循环的兄弟，你看不陌生吧。
那为啥还这么多单位砸钱研究它呢？最近几年发展这么快呢？研究人多，发展快还真不假。你看下面那个全球装机量图，您应该一样就能看出来这东西挺火。
ORC的发展其实离不开我们这个时代背景。当下，世界各国越来越重视环保，越是发达的国家越重视。我们中国也苦受雾霾影响，这些雾霾和环境污染哪来的呢？主要是化石燃料的使用，比如说汽车尾气，电厂各种化工厂燃烧煤或者石油排放的废气。但我们要发展，又不能不用这些燃料，所以我们只能千方百计提高化石燃料的利用率，对燃料吃干榨净，也就是咱们常说的“节能”，同时也就达到减排的效果，这样“ORC”发电就重新走上历史舞台。
ORC发电为什么能节能呢？其实很简单，就是接续他爹（WRC）不能或者不擅长发电的热能继续发电。打个比方说，你有一锅烧开的开水，你想把这水里的能量发成电储存起来，你如果用“WRC”就不太合适了，为啥呢？因为100℃能产生的压力就一公斤（0.1MPa），这点力根本推不动汽轮机发电。但如果你用ORC呢？那情况就不一样了，以R245fa为例，100℃能产生13公斤的压力，这样的压力加上一个合适的汽轮机背压，就能嗖嗖地推动汽轮机发电了。实际上，美国普惠公司在阿拉斯加的温泉ORC电站，热水入口温度才72℃。这么低的温度也能发电吗？没错，你架个炉子，烧开的热水就能发电。那以前为什么大面积用这种技术呢？主要是因为以前都用温度高，好用的能量，因为温度高能量装换效率高，经济性好，看不上这点“残羹冷炙”。
哪些地方可以使用ORC？
但是啊，你也不能小看这点“残羹冷炙”，为啥呢？因为它的体量是非常大的，一般认为温度80-300℃的热源，如果要进行发电利用，ORC的效率都要高于WRC。那这样的热源太多了，比如说汽车尾气，燃气轮机尾气，各种工业锅炉的尾气，地热水，甚至太阳能和生物质能都在这个范畴里面。实际上，现在各种著名的汽车公司都在开发车载ORC系统。下图是宝马公司开发的车载ORC系统，够炫酷吧。甚至美国的海军设施工程，也考虑是否用electra-thermal 的ORC发电系统，来回收使用其设备的尾气。而这些领域中，地热，生物质能，燃机尾气已经有比较成熟的ORC机组了，汽车的还比较难一点。
这玩意能挣钱吗？
这是小编在和行业人员和投资人交流，讨论最多的问题。这个问题比较复杂，因为它受很多因素影响，有些情况经济效益可观，但是另外一些情况就比较困难。从平均水平来看，小编的观点是，目前在国内要实现完全商业化是比较困难的。主要原因有以下几点，第一是效率低，国内现在开发的这些ORC机组，一般热效率过不了10%。好像厂家一听这效率就直摇头，这比光伏还低，不成不成。第二是这种技术在国内还不成熟，市场上已有的机组较贵。在2015年，市场机组售价在10000/kW左右。这样的售价比单位千瓦的太阳能光伏电池板还要贵，使得项目回收期较长，经济性较差。第三是国内配套政策不完善，有些优惠政策在各省市落实也不到位。ORC机组装机量一般不大，而机组发出来的电怎么上网，在实际操作过程中是个头疼的事情，有不少手续和审批。而这个电的上网电价，在不同地区也有差异。有些地区出台了保护电价，实际落实中也有困难。第四由于技术还不够成熟，运维费用还存在不确定。比如说工质泄漏就是个头痛的问题，因为现在的工质确实不便宜。以R245fa为例，2015年的售价在100-150元/公斤（有波动），漏一点都心痛。
这玩意有前途吗？
套用*的一句话，叫“前途是光明的，道路是曲折的”。为什么呢？因为前面说到的几点困难，其实不是不可克服的。比如说成本问题，你看看现在的空调价格，就知道将来的ORC发电技术的成本底线在哪里了，如果像空调一样，装机的价格降到2000元/kW，那ORC机组的经济性会相当的好。热效率其实也不是问题，首先热效率低是由热源温度直接决定的，并不是因为技术落后。其次呢，国外ORC机组的效率也很低，小编在后续中会有所介绍，但人家过得挺好。第三是政策问题，只要节能环保的大趋势不变，阻碍节能减排技术发展的政策迟早是要被淘汰掉的，我们需要有这种信心。第四个就更不是问题了，国外成熟商业运行的ORC机组，能达到接近零运行成本。
MIT小哥的ORC故事
好了，今天就聊到这把，最后让我们一起看一下一个美国MIT小哥将他们的ORC技术送到非洲的故事吧，还是很佩服这样能将所学用出来的学生的，膜拜一下。
MIT小哥视频
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