上一周，咱們聊了ORC行業老大，ORAMT的創業故事。這一周，咱們繼續聊聊ORC領域另外一個大咖，Turboden的那些事。Turboden的前世今生Turbo

上一周，咱們聊了ORC行業老大，ORAMT的創業故事。這一周，咱們繼續聊聊ORC領域另外一個大咖，Turboden的那些事。

Turboden的前世今生

Turboden是ORC行業里面，發展最快的公司，目前的運行的ORC機組（項目）已經有362套，遍布世界上40個國家，是全世界擁有ORC機組最多的公司。機組總裝機量565MW(ORMAT2017年的裝機量為2500MW)，在裝機容量上應該是世界第二大。那Turboden是從怎么來的呢？這還得從上個世紀70年代開始說起。

在ORMAT公司成立后，影響不小。研究ORC機組的風吹到了意大利，在意大利米蘭理工大學有一個比較厲害的教授，叫G，angelino，開始帶著Ennio Macchi 和Mario Gaia. 來搞ORC透平的設計。外國人名字老難記，咱們就分別用按順序用G，E和M來分別代表這三個人吧。一開始他們主要關注在太陽能的ORC發電利用上，可以說那一批前后的科學家，對實現太陽能利用是情有獨鐘，也可以說是一種情懷吧。這三個研究人員當中呢，M是個富二代，自己的家族里面有企業。所以他們設計的第一臺3kW的原型機就在M家的家族企業中做出來了。第一臺樣機以熱水為熱源，溫度90℃，使用冷水冷卻，冷水溫度15℃，工質采用Perchloro-ethylene （全氯乙烯），第一臺機組能運行起來，雖然效率不高，但三人都很興奮，畢竟技術走通了，覺得這個事情可以搞。得弄個大一點，效率高一點的機組才行。所以他們轉年，也就是1978年他們在澳大利亞搞了一個35kW的太陽能ORC機組，導熱油 集熱溫度280℃，冷卻水為25℃，工質采用Perfluoro-dimethylcyclohexane（全氟-1,3-二甲基環己烷）。這種工質大家也許比較陌生，但對于搞ORC熱力系統設計的人應該有個朦朧的概念，就是對于高溫ORC系統，臨界溫度越高的工質，熱效率往往也比較高。那C8F16的臨界點是多少度呢？241℃，這個溫度已經比咱們常用的R245fa（臨界溫度154℃）已經高出許多（其他物性放在下表中，感興趣的自己研究）。實際上，他們這個機組的理論熱效率達到了23.6%。因為工質比焓降較大，透平采用了一個4級軸流透平， 在這期間他們也嘗試設計幾款其他的徑流透平。

當這些驗證都通過后，這三人坐不住了，這個事情可以搞啊，因為M有錢，所以他就成立了公司，而G和E給他當技術支持。再說回來，這M是誰呢？就是Turboden的創始人，這也就是Turboden的由來。G，angelino教授已在前幾年過世，而Ennio Macchi 教授仍在米蘭理工大學，也一直活躍在ORC的學術圈。他的一些學術資料我放在文末供參考[1]。G，angelino也有不少文章影響力很大，我在文末[2]也給出一篇當年他設計一個100kW透平的論文，感興趣的人可以看看。

Turboden 成立后，剛開始的目標是在太陽能上，但很快，他經歷了和ORMAT一樣的尷尬，太陽能系統的經濟性太差。隨后，他們也把焦點轉向地熱能。1988年他們在Zambia成功運行了一個100kW的地熱電站使用tetrachloroethylene，四氯乙烯，由于環境溫度了熱源溫度都比較低，這個ORC系是不需要工質泵的，這點小編很感興趣，不需要工質泵的ORC系統聽起來還是挺新奇的，要是有機會去現場看一下就好了。比較可惜的是，這套ORC系統因為容量小，經濟效益也是一般。Turboden并沒有大力推廣。

兩次碰壁后，他們決定聚焦中高溫熱源，以提高機組效率和經濟性。這一次他們把目光轉向高溫高效的微型ORC系統。 其實出發點很簡單，要是這種機組能像空調一樣走進千家萬戶，那市場空間是極大的。而這種微型的系統，只需要極為簡單的原料——木頭。小編現在德國體會到，歐洲的綠化很好，到處是森林，木頭實在太多了。而且歐洲人居住得比較分散，好些都是獨棟別墅，這種分布式的發電系統還真是合適，并且這個機組做得很緊湊，很漂亮啊，有木有（見下圖）。雖然這個想法很激動人心，但事與愿違，這款機組也沒有得到大面積運用。但這一臺機組為Turboden在生物質能ORC機組的發展積累了經驗。

Turboden真正發展的春天是在1997年，它放棄了小型的生物質能ORC系統，開始建立一個300kW的生物質能系統。而這個系統采用了所謂的模塊化設計，就是整個機組是安裝一個整體的模塊上，這樣電站的運輸和安裝都極為方便。而且這種機組啟動快，便于安裝，很適合一些中小企業，加入熱電聯供的功能，經濟性大幅提升，所以在德國，澳大利亞，意大利和其他北歐國家市場很受歡迎。 Turboden在2000-2009年間的裝機量基本呈指數型上漲，經過這十年發展，Turboden在生物質能發電方面已經是無可辯駁的霸主。到目前為止，生物質ORC機組仍是Turboden中的王牌，在他362座ORC電站中，其中有300座是生物質能的。而他最早關注的太陽能ORC電站，只有2座，而且都是近年做的。

Turboden模塊化的生物質能發電機組

2009年，Turboden在經歷了春光燦爛的十年后，似乎遇見了美妙的愛情，被一個美國土豪UTC看上了，從此嫁入豪門。UTC占股份51%，Turbonden占股49%。UTC是什么來頭？美國500強排行榜中，排名第50，其他看鏈接吧[3]。可惜好景不長，2013年離婚，被打包賣給了日本的三菱重工。豪門一墮深似海，從此蕭郎是路人。商人重利輕離別啊，有木有?

Turboden的機組特點

從前面的分析我們可以看出，Turboden的機組類型很多，各種熱源的都有，我們揀最典型的生物質能ORC機組來說吧，小編已經將系統的主要部件都標在下圖上了。

Turboden 機組介紹

熱源-鍋爐

生物質鍋爐，也有燒石油或天然氣的，因為導熱油的溫度只要求到300℃，小編想，是不是垃圾焚燒鍋爐也能到這個溫度。鍋爐里面的結構和流動，可以看視頻中意大利工程師的介紹。（尷尬，微信公眾號國外居然不能傳視頻了，有需要的加微信，私下傳吧）

換熱器

可以看出來，除了常規的蒸發器和冷凝器外，這套機組還多了兩個換熱器，一個是蒸發器之前的預熱器，一個是冷凝器里面的回熱器。把回熱器設計在冷凝器里面，這個設計挺巧妙的，減少整個系統體積，也提高換熱效率，這應該是Turboden的首創，當然肚子里裝了個回熱器，也就讓這個冷凝器看起來特別肥大。使用這么多換熱器，主要是由其使用的工質決定的，因為干性工質在透平出口的過熱度很大。

透平

Turbonden采用的軸流透平，這在學術上也基本達成共識，功率在1MW以上的ORC機組，基本采用軸流透平，效率比較高。

冷源-蒸汽

很多工業生產的工業中是需要低壓蒸汽的，有不少單位直接用燒鍋爐來產這種蒸汽，Turboden的這種機組可以說在這種工業中，把熱量用到了極致，因為冷卻水冷卻工質后，變成的低壓蒸汽，供下游使用。這樣機組的熱效率能達90%以上，經濟性也比較好。

裝機量和熱效率

Turboden機組的平均功率為1.5MW，多數都是通過導熱油作為中間導熱介質，熱油溫度300℃，熱效率在18-25%。2014年，Turbodon在加拿大建立了兩個比較大的生物質發電系統，環戊烷為工質，導熱油最高溫度315℃，毛效率達25%，這個應該是商用ORC機組里面效率最高的了。

下面這張Turboden的機組分布圖，對我國準備發展ORC業務的企業還是有指導意義的。多高的溫度，多大的熱源適合發展ORC機組呢？Turboden的這張圖應該提供了一個初步的回答。

Turboden機組功率和熱源溫度分布

近年，Turboden為了提高效益，向老大ORMAT看齊，開始做大型地熱ORC機組，這一動手也是有板有眼。這宣傳視頻的質量直接就蓋過ORMAT了，Turboden做事還是很認真的。

給ORC創業者的啟示

Turboden就像一個創業小王子一樣，他的成長過程可以給我們現在許多初創的ORC相關單位一些提醒和啟示

掌握核心科技，掌握透平的設計。

Ormat，Turbonden，以及后續小編要介紹的單位，都是從透平設計開始的。在ORC系統中，只要掌握透平的設計，其他部件的設計是個優化問題。

思路活，改變快。

Turbonden前幾個機型都有不錯的設計理念，但是當時市場是不接受的，這個需要常常調整自己，看看現階段我們市場比較需要的產品是怎樣的。同樣適合國外的，不一定就適合國內，我們國內的ORC設計單位也需要注意這一點，更好的認識國內市場。

堅忍不拔，不放棄。

Turboden在迎來發展之前，應該碰壁過三次，開始向太陽能，隨后搞地熱，再到搞小型生物質ORC系統。然而這三次失敗，沒有毀掉Turboden，它在一步步積累自己技術的等待中，終于迎來曙光。你看它的Logo就是一個風中的帆船，代表著一種一往直前，不懼風浪的企業文化。正處在摸索階段的中國ORC設計生產單位，也許也要經過這個階段。堅持住！

長期和高校合作，創新不斷。

可以說是意大利米蘭理工大學孕育了Turboden，高校的技術支持給Turboden提供了源源不斷的前進動力，這也是我們看它技術轉型和更新很快的原因之一，是一個比較好的產學研相結合的范例企業。近年Turboden又高調宣布，要和米蘭理工大學再度聯手，開發以R134a為工質的超臨界ORC發電機組，樣機功率為500kW。目標是用在地熱發電，而工業機組的量級要比這個樣機的幾十倍。超臨界機組主要是為了提高效率，而目前世界上運行的超臨界ORC機組幾乎沒有，我們還是有機會的。

一點悲傷的事

最后要聊點悲傷的事，這事起源呢來自ORC界的后期之秀Exergy公司對學術大牛Ennio Macchi 教授的一段采訪，Ennio Macchi就是咱們前面說的Turboden創始人的師兄。

Exergy：意大利米蘭理工大學和美國曾經是ORC研究的領導者，然而這種現象正常被中國超越，（小編注：米蘭理工現在發表的ORC論文量在全球的機構中排名第五，而前四名的機構全部來自中國，大家可以默默猜一下是哪四所），當為什么中國的工業界現在還很少有像樣的ORC機組呢？

Ennio Macchi：中國哪個領域發論文都多，但是別太在意，在科學和工程領域，發表論文數量不算數，主要看質量和原創性思維。（附原話：China nowadays is a global power in almost all sectors. I don’t think we should overrate the importance of such a high number ofscientific articles regarding ORC from Chinese authors: in science and intechnology the number of publications is not what counts, the quality and theoriginal ideas that each article communicates are important.）原文對話的鏈接放在[3]

作為ORC發電技術的研究人員，我感覺這一巴掌火辣辣的呀，國家不是沒投錢，那數以千計的論文都是一個個項目，一堆堆錢堆出來的，為什么我們還幾乎沒有像樣的ORC機組呢？小編《ORC發電的那點事》提到的體會，可能是個重要原因。衷心希望我們國家早點有自己的ORC機組，有自己的ORC設計企業，畢竟那么多工業余熱，那么多地熱，還有那么霧霾等著我們呢！而且國內像G. Angelino 教授那樣配置的科研團隊比比皆是，有機會的，加油！

最后，我們一起看看Turboden的機組原理。

參考資料

[1]Ennio Macchi 教授的資料鏈接

https://www.researchgate.net/profile/Ennio_Macchi?_sg%5B0%5D=qYTWw2LEn5Le-L_y3K_Ld2G0MCKjluSZKvhqyTqPUe8K-kgNMjOczY2hiepfitLq9vMy-RmfsboK6UKyQDY&_sg%5B1%5D=X8BD9STURpJuL7KA4AGVvDbmrROqgVLQMsu7s5l7l1sdcR-QGIa82tZ0AlB6zlQ0fJ8PznzNE_oSP2Of

[2] G. Angelino的ORC透平設計論文 https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-94-015-7674-1_14

[3]UTC https://baike.baidu.com/item/%E8%81%94%E5%90%88%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%85%AC%E5%8F%B8/4962301?fr=aladdin

[4]Exergy 和Ennio Macchi 的對話http://www.thinkgeoenergy.com/latest-trends-on-orc-discussed-with-prof-ennio-macchi-in-interview-with-exergy/