今天我们来聊聊国际ORC发电巨头，ORMAT公司的那点事。
ORMAT怎么来的？
说起国外的ORC发电技术，我们不得不提ORMAT公司。因为这家公司的ORC发电机组装机量能占全球一半以上，有些文章统计能达到80%（2015年数据）[1], 是当之无愧的全球第一。2017年，它在印尼Sarulla SIL的一个地热电站装机量达110MW。110MW是个多大的量级呢，没有对比可能不是很清晰，大家知道新中国成立以来，我国的累积地热电站装机容量有多少吗？到2017年为止，只有27.28MW[1]！我们这么多年的累积，甚至就是人家一个项目装机量的零头。没有对比就没有伤害啊。是我国没有地热资源吗？不是的，其实我国的地热是相对丰富的[2]，只是我们开发地热的技术和经济性都还不够好，在这方面咱们必须承认，技术和人家还是有差距的。也可以看到这方面还是有些工作可以做的。
ORMAT公司的成立其实和我们现在好些创业公司类似，它是由一个叫Bronicki的犹太工程师在1965年建立的。Bronicki当时在以色列一个政府部门从事ORC透平（汽轮机）的设计工作，尝试利用地热，太阳能进行发电。以色列，大家都知道，这是个神奇的国度，国土面积不大，而且有多达67%的面积是沙漠，自然资源极其匮乏，而且周边政局不稳定。在这种恶劣的环境中要生存下来，以色列比其他国家更加关心能源问题。70年代，能源危机爆发，对以色列影响极大，当时Bronicki就坚信，像以色列这样的国家必须更多依靠可再生能源，将来全世界的可再生能源发电也都将前途无量。所以准备施展所学创业，他是从以色列政府申请创业基金开始的，但当时他人力资源十分有限，所以Bronicki自己当了CTO，妻子Yehudit当了CEO，后来又邀请了一个牛逼的合伙人Harry ZviTabor（HarryZvi Tabor后来被以色列太阳能利用之父），三驾马车，公司就草创成功了。
1982年ORMAT建立了世界上第一台太阳能驱动的ORC电站，然而由于经济性不佳，6年后，也就是1988年就关停了，宣告着一部分的尝试失败了。好在他们在地热发电方面取得了成功，第一座电站是内华达州的Wabuska 电站，装机量0.8MW，30多年过去了，到现在仍然运行良好，下图就是这个电站的照片。
这品质真是没得说，咱不得不佩服。之后，ORMAT把更多精力放在了地热发电，后续可谓遍地开花，慢慢成为全球最大的ORC地热发电建设单位。90年代，他们发现仅仅卖设备做机组这个来钱太慢了，所以开始运营自己的电站，这是ORMAT发展史的一个华丽转身，这一转型给它带来非常好的经济效果。1991年ORMAT在特拉维夫股票交易所上市。其实，咱国内好些单位也有这样的华丽转身，比如说陕鼓集团。
ORMAT从掌握技术，政府资助，到经历创业失败，再到最后成功全球这个领域的领导者，Bronicki的创业也像个励志片了。咱们正在创业的朋友们，坚持住，会柳暗花明的。
ORMAT机组的技术特点
聊完ORMAT的出身，咱们再来聊聊它的ORC机组技术特点。说起ORMAT，国内从事地热发电的人可能觉得有点耳熟。没错，咱们国内大名鼎鼎的西藏北部那曲县、那曲电站就是使用的ORMAT的机组，刚开始运行的挺好，可惜后来因为结垢问题给关停了。
冷凝器
你看那曲电站的照片，最显眼的就是那一排水桶盖一样设备，其实这是ORMAT 机组的空气冷凝器。这也是ORMAT机组的特色之一。ORC常用的冷却方式有两种，一种是用水冷却，一种是用空气冷却。由于水的比热较大，水冷系统一般占地面积较小，功耗也较小，缺点是需要消耗冷却水。为了节省功耗，ORAMT以外的大部分ORC机组都采用的是水冷方式，为了防止管路结垢，一般冷水系统要用经过处理的工业软水。如果在偏远的地区开发地热ORC发电系统，要给它长期供应冷却水，这显然是不现实的，所以ORMAT一咬牙，得，索性用空气冷凝器，费电就费点吧，省得后续麻烦。
ORC发电系统的组成部分其实就这些，个头最大的是冷凝器，蒸发器；心脏是透平，发电机以及密封系统这一团能量转换单元；动力是工质泵；灵魂是工质；咱们可以在ORMAT系统上依次看看。
蒸发器
从下图看，ORMAT采用管壳式换热器作为蒸发器。管壳式换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、比较容易清洗。是目前ORC机组中采用的主流技术。大部分ORMAT 机组中有两个管壳式换热器，分别为预热器和蒸发器。ORC机组是否有必要加入预热器，学术上有许多讨论，结果也有差异。我们可以看到，ORMAT的机组上是有的，其实不难理解，ORMAT的机组主要用在地热发电中，而钻井投入在地热电站中占比很大（近50%），好不容易抽出来的地热水，当然要最大限度的利用完（利用预热器降低地热回水温度），才能灌回去，虽然这样会拉低机组发电热效率（以发电机发电量/地热水放热量计算），但多发电，多挣钱才是王道。
透平及密封系统
ORC系统中，最核心的技术莫过于透平（汽轮机），近年来关于透平的研究已经非常多。各个公司使用的透平技术路线各有不同。透平从原理上分，可以分为速度式和容积式。速度式透平中主要有轴流，径流和混合流动式。容积式透平包括螺杆式，涡旋式，活塞式等等。对于透平的选择，在后续文章中，再做专题讨论。
透平类型的选择之所以关键，因为它不仅仅直接影响系统的效率，同时也决定其配套系统的复杂性，最直接的配套设备是密封和轴承系统，其次是发电机及上网系统。在小编看来，2013年前后，国内不少尝试研制ORC实验样机的单位，均犯过为了片面追求透平效率而采用高转速的透平方案的错误，但高转速透平引起密封及轴承系统难度过大。比如现在好些透平方案为了达到高转速，使用用磁悬浮轴承，成本奇高，且难以下降，拉低了ORC机组的经济性。
从ORMAT 公开的资料中，极少能了解其透平的技术细节。好些都是轮廓式的照片。从其宣传资料上，能大体看出，其使用的是轴流透平。但是小编从ETTEM Engineering公司得到一些资料，ETTEM Engineering 是专门为ORMAT透平提供密封的，其中一份资料的截图可以看下图。（注：前辈提醒，不能发别人的专业图纸，所以图纸删除）。
从这个资料可以看出ORMAT透平转速在1500-1800RPM之间，最大转速2500RPM。透平背压0.05-0.2MPa，排气温度为65摄氏度左右，而密封形式为油密封，油的型号为ISO 32。由于透平转速较低，配套使用的应该是同步发电机。对ORMAT机组感兴趣的朋友可以保存，慢慢研究。
透平的转速低，不仅有利于透平密封系统，轴承系统的设计，而且对后续发电机的选配，及发电量的上网均有很大好处。这点小编要特别建议现在正在研制ORC机组的朋友们引起注意。
工质
工质基本是一台ORC机组的灵魂。在确定的热源和冷源条件下，工质基本确定了机组能产出能量的极限。因此筛选好工质十分重要，相关研究也是铺天盖地，如果大家感兴趣，小编可以后续写专题来讨论这个问题。在众多的研究中，目前实际使用的工质并不多。有几篇论文中提，ORMAT机组采用的戊烷[1]，由ETTEM Engineering 公司的资料显示，工质为碳氢化合物，似乎也佐证了工质为戊烷的说法。对于150摄氏度以下的热源，正戊烷的热力学性能优异。然而该工质可燃可爆，若不是在密封系统中有十足的把握，轻易不敢使用这种工质，这也是目前国内并没有单位采用这种工质的原因。ORMAT艺高人胆大吧，其实还有写更胆大的公司，咱们后续会介绍到。
热效率
小编还要提提热效率的事。有许多研究都以提高热效率为目标，以为热效率高就一定先进，这不一定科学。尤其是对地热ORC机组而言，过高追求热效率会使得地热排水温度升高，进而导致系统输出功下降，经济性降低。ORMAT的NPR-3地热ORC机组，设计功率250kW, 设计热效率仅为5.8%。5.8%的热效率，会让国内好多相关朋友跌破眼镜的，然而ORAMT机组却良好地实现了商业运行。所以，以经济性指标来优化ORC系统是更为合理的选择，这也是ORMAT机组给国内正准备开发ORC机组单位的一个很好提醒。
下期预告
下期小编将为你介绍另一家国际重量级ORC发电生产单位的故事，敬请期待！
参考文献
[1]《有机朗肯循环在国内外的发展现状》，王大彪等，节能技术，2015
[2]《前瞻产业研究院地热能开发利用分析报告》https://bg.qianzhan.com/trends/detail/506/171020-82a2064f.html
