Når elektrisitetsgeneratorer i plasma blir virkelighet

Nesten alle som var interessert i energi hørte om utsiktene til MHD-generatorer. Det faktum at disse generatorene har vært i status som lovende i mer enn 50 år er kjent for få. Problemene forbundet med plasma MHD-generatorer er beskrevet i artikkelen.

Historie med plasma, eller magnetohydrodynamiske (MHD) generatorer overraskende lik situasjonen med nukleær fusjon. Det ser ut til at du bare trenger å ta et skritt eller gjøre en liten innsats, og direkte konvertering av varme til elektrisk energi vil bli en kjent virkelighet. Men et annet problem skyver denne virkeligheten på ubestemt tid.

Aller først om terminologien. Plasmageneratorer er en av varianter av MHD-generatorer. Og de fikk på sin side navnet sitt ved effekten av utseendet til en elektrisk strøm når elektrisk ledende væsker (elektrolytter) beveger seg i et magnetfelt. Disse fenomenene er beskrevet og studert i en av grenene til fysikk - magneto. Herfra fikk generatorene navnet sitt.

Historisk sett ble de første eksperimentene for å lage generatorer utført med elektrolytter. Men resultatene viste at det er veldig vanskelig å akselerere elektrolyttstrømmene til supersoniske hastigheter, og uten dette er effektiviteten (effektiviteten) til generatorene ekstremt lav.

Ytterligere studier ble utført med høyhastighets ioniserte gassstrømmer eller plasma. Derfor snakker vi i dag om utsiktene for bruk MHD-generatorer, må du huske på at vi utelukkende snakker om deres plasmasortiment.

Fysisk er effekten av utseendet til en potensiell forskjell og en elektrisk strøm når ladningene beveger seg i et magnetfelt lik Halleffekt. De som jobbet med Hall-sensorer vet at når en strøm går gjennom en halvleder plassert i et magnetfelt, vises det en potensiell forskjell på krystallplatene vinkelrett på magnetfeltets linjer. Bare i MHD-generatorer føres en ledende arbeidsvæske i stedet for strøm.

Kraften til MHD-generatorer avhenger direkte av konduktiviteten til stoffet som går gjennom kanalen, kvadratet med hastigheten og kvadratet til magnetfeltet. Fra disse sammenhengene er det tydelig at jo større ledningsevne, temperatur og feltstyrke er, jo høyere er kraften tatt.

Alle teoretiske studier om praktisk konvertering av varme til elektrisitet ble utført så langt tilbake som 50-tallet av forrige århundre. Et tiår senere dukket opp Mark-V pilotanlegg i USA med en kapasitet på 32 MW og U-25 i USSR med en kapasitet på 25 MW. Siden den gang har forskjellige design og effektive driftsformer for generatorer blitt testet, og forskjellige typer arbeidsvæsker og strukturelle materialer er blitt testet. Men plasmageneratorer har ikke nådd utbredt industriell bruk.

Hva har vi i dag? På den ene siden er allerede en kombinert kraftenhet med en MHD-generator med en kapasitet på 300 MW ved Ryazan State District Power Plant. Effektiviteten til selve generatoren overstiger 45%, mens effektiviteten til konvensjonelle termostasjoner sjelden når 35%. Generatoren bruker et plasma med en temperatur på 2800 grader, oppnådd ved forbrenning av naturgass, og kraftig superledende magnet.

Det ser ut til at plasmaenergi har blitt en realitet. Men lignende MHD-generatorer i verden kan telles på fingrene, og de ble opprettet i andre halvdel av forrige århundre.

Den første grunnen er åpenbar: det kreves varmebestandige konstruksjonsmaterialer for drift av generatorer. Noen av materialene er utviklet som en del av implementeringen av termonukleære fusjonsprogrammer. Andre brukes i rakettvitenskap og er klassifisert.I alle fall er disse materialene ekstremt dyre.

En annen grunn er særegenhetene ved driften av MHD-generatorer: de produserer utelukkende likestrøm. Derfor kreves kraftige og økonomiske omformere. Selv i dag, til tross for prestasjonene med halvlederteknologi, har et slikt problem ikke blitt løst fullstendig. Og uten dette er det umulig å overføre enorm kapasitet til forbrukerne.

Problemet med å lage superstreke magnetiske felt er heller ikke helt løst. Selv bruken av superledende magneter løser ikke problemet. Alle kjente superledende materialer har en kritisk magnetisk feltstyrke som superledningen ganske enkelt forsvinner over.

Man kan bare gjette hva som kan skje når lederne plutselig går over til normal tilstand, der strømtettheten overstiger 1000 A / mm2. Eksplosjon av viklinger i nærheten av plasma oppvarmet til nesten 3000 grader vil ikke forårsake en global katastrofe, men en dyr MHD-generator vil absolutt deaktivere.

Problemene med plasmaoppvarming til høyere temperaturer er fortsatt: ved 2500 grader og tilsetningsstoffer av alkalimetaller (kalium), er imidlertid plasma-ledningsevnen fortsatt veldig lav, ugjennomtrengelig med ledningsevnen til kobber. Men en økning i temperaturen vil igjen kreve nye varmebestandige materialer. Sirkelen lukkes.

Derfor demonstrerer alle kraftenheter med MHD-generatorer opprettet i dag nivået på oppnådd teknologi i stedet for økonomisk gjennomførbarhet. Landets prestisje er en viktig faktor, men det er veldig dyrt å bygge massivt dyre og lunefulle MHD-generatorer i dag. Derfor forblir selv de kraftigste MHD-generatorene i status som pilotanlegg. På dem arbeider ingeniører og forskere fremtidige design og tester nye materialer.

Når dette arbeidet er slutt, er det vanskelig å si. Overfloden av forskjellige design av MHD-generatorer antyder at den optimale løsningen fortsatt er langt borte. Og informasjonen om at det termonukleære fusjonsplasmaet er et ideelt arbeidsmedium for MHD-generatorer, presser deres utbredte bruk til midten av vårt århundre.

Comments

[#1]

Hallo
1. Om MHD-generatorer skrevet og gjennomført nok eksperimenter. Problemet har en løsning som et fysisk fenomen i en veldefinert struktur med en veldefinert algoritme. Dette er med hensyn til bruk av såkalt kjemiske naturlige brensler. Elektromagnetisk (likt formålet med enheten) energien ved utgangen er en vekselstrøm i retningen. Overføringen til forbrukeren - i henhold til de vanlige velkjente e-postordningene. levere. Effektivitetsmatte-modeller oppnådd 90% og høyere.
2. En enhet med nesten samme design, med samme driftsprinsipp, kan oppnås ved å bruke kjernen i lette elementer som brensel som startmateriale for syntese. Dette er den såkalte Tyas. Ved stikkontakten til forbruker av elektrisitet til husholdningsbehov, den samme vekselstrømmen. Koordinering med forbrukeren i henhold til den klassiske leverandørkjeden ovenfor.
3. Når det gjelder levering til forbrukeren av generert elektrisitet i henhold til s. 1 og s. 2 for mekanisk bevegelse av kjøretøyer, er det en rekke alternativer fra en ioneflytter (etter min mening veldig lovende), gjennom konvensjonelle elektriske motorer, til å bruke dem på prinsippet om Lorentz kraft. Jeg tror det er hvor man kan distribuere fantasien til en teknisk spesialist med tilstrekkelig finansiering for det.
4. I følge krav 1, 2, 3 har jeg så langt det er mulig utført en rekke eksperimenter: en fysisk - vellykket. Mange alternativer for forskjellige matte.2. modeller ifølge krav 1, ledd 2 Teoretiske matematiske modeller hadde meget oppmuntrende resultater med effektiviteten av å konvertere energien fra "drivstoff" til elektromagnetisk energi i størrelsesorden 90% og høyere. Imidlertid, som du vet, er kriteriet om sannhet praksis. Hvem bryr seg - gå for det.
Hilsen Boris.

[#2]

"Hva har vi i dag? På den ene siden opererer en kombinert kraftenhet med en 300 MW MHD-generator allerede ved Ryazan State District Power Power. Generatoreffektiviteten i seg selv overstiger 45%, mens effektiviteten til konvensjonelle termiske stasjoner sjelden når 35%. Generatoren bruker plasma med temperatur 2800 grader oppnådd ved forbrenning av naturgass, og en kraftig superledende magnet. "

Forfatteren er villedende. MGDES i Ryazan-regionen som MHD-generator fungerer ikke og har aldri fungert nettopp fordi forskere aldri har kunnet tilby en arbeidsteknologi for å holde høytemperaturplasma i industriell skala. For øyeblikket er MGDES i Ryazan-regionen bare en blokk med statlige kraftverk med separat søl.