有機朗肯循環(organic Rankine cycle，ORC)發電是目前轉換中、低溫熱能產生電力的最有經濟效益及可達到最高發電效率的方法。ORC的基本架構和作動原理相同於一般電廠的蒸汽朗肯循環(steam Rankine cycle)，主要關鍵元件有：升壓泵浦、蒸發器、膨脹機(渦輪、螺桿機等)、發電機、冷凝器。蒸汽朗肯循環以水為工質(工作流體, working fluid)，常壓沸點100℃，適合高溫熱源(化石燃料燃燒、核能、廢棄物燃燒等，熱源溫度≥300℃)發電，下圖說明蒸汽的T-s(溫度-熵)圖，其臨界溫度達374℃、臨界壓力220.6 barA。

ORC依據冷源和熱源溫度範圍，可選用合適低溫沸點有機工質(例如：HFCs(R245fa、R134a等)、HFOs(R1233ZD等)、烷類(丁烷、戊烷、環戊烷等)、烯類等物質)，將中、低溫熱能轉換為電力或軸功率輸出。下圖說明R245fa的T-s(溫度-熵)圖，其臨界溫度達154.1℃、臨界壓力36.51 barA。

ORC係利用工質的物理特性及熱力性質在蒸發器內擷取中低溫熱源的熱能，利用膨脹機將此熱能轉換為膨脹機的轉子軸功率，並透過發電機將此軸功率轉換為電力輸出。ORC工作原理說明如下：

1→2：液泵加壓液態工質，升壓後的工質輸送到蒸發器。

2→3：液態工質於蒸發器內吸收熱源熱能、成為過熱汽(或飽和汽)後，輸送到膨脹機。

3→4：高溫、高壓汽態工質於膨脹機內降壓、降溫膨脹，將熱焓轉換為膨脹機轉子的旋轉動能，並透過發電機轉換為電力輸

　　　 出。做功後的過熱低溫、低壓汽態工質輸送到冷凝器。

4→1：汽態工質在冷凝器中將熱能排放給冷源、成為液態後，輸送到液泵入口，完成ORC熱力循環。

依據多樣化的熱源(例如：蒸汽、製程後熱水(冷凝水)、地熱水、熱媒油、氣液混合氣、熱空氣、煙氣等)、冷源(例如：水冷、氣冷、低溫冷源(LNG、LN2)等)參數及工況，ORC循環系統選用不同的工質種類，運行於多種的熱源型態及溫度範圍。ORC系統結構簡單、負荷比(turndown ratio)高、穩定性佳、可靠度高，發電效率亦較一般中、低溫熱能發電系統高；因此，ORC廣泛應用於中、低熱能發電，例如：工業製程餘熱(熱水、熱媒油、蒸汽、煙氣等)、地熱/溫泉、生質/廢棄物熱能(農業廢棄物、沼氣等)、太陽熱能、海洋溫差發電等。ORC除了可應用於中、低溫熱能發電外，也可轉換低溫冷能(例如：液態天然氣或液態氮)和環境間的溫差能、產生電力。

ORC系統發電效率受下列因素影響：

(1) 工質的蒸發溫度及冷凝溫度間的溫差，溫差越大、發電效率越高，反之亦然；因此，在高溫熱源或低溫冷源工況(溫度、流量)下，ORC發電功率越高。在相同的熱源條件下，冬季時(環境溫度低、冷源溫度低)的ORC發電功率高於夏季時(環境溫度高、冷源溫度高)的ORC發電功率。以100T/h、154℃的熱水(台灣地熱水上井溫度120~160℃)為熱源，下圖顯示環境溫度(冷卻水入水溫)越低，ORC發電功率越高。

(2) 排熱方式：水冷式(WCC, water cooled condenser)或氣冷式(ACC, air cooled condenser)。水冷式ORC的冷凝溫度低於氣冷式ORC；在相同的熱源工況下，水冷式ORC發電功率高於氣冷式ORC。以100T/h、154℃的熱水為熱源，環境溫度25℃為例，下圖顯示水冷式ORC發電功率1.6倍於氣冷式ORC。

(3) 工質蒸發溫度越接近於工質臨界點溫度時，發電功率越高。下圖顯示R245fa及Cyclo-Pentane(環戊烷)的T-s圖，R245fa的臨界溫度154.1℃、環戊烷的臨界溫度238.6℃。

以100T/h、154℃的熱水(台灣地熱水上井溫度120~160℃)為熱源為例，下表列出水冷式R245fa ORC及水冷式環戊烷ORC的發電功率比較，R245fa ORC發電功率1.2倍於環戊烷ORC發電功率。