Magnetohidrodinamični generator: naprava, princip delovanja in namen

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Vsi alternativni viri energije na planetu Zemlja do zdaj niso bili raziskani in uspešno uporabljeni. Kljub temu se človeštvo aktivno razvija v tej smeri in išče nove možnosti. Eden od njih je bil pridobivanje energije iz elektrolita, ki je v magnetnem polju.

Zasnovani učinek in izvor imena

Prva dela na tem področju pripisujejo Faradayju, ki je deloval v laboratorijskih pogojih že leta 1832. Raziskoval je tako imenovani magnetohidrodinamični učinek, oziroma iskal je elektromagnetno gonilno silo in jo poskušal uspešno uporabiti. Kot vir energije so uporabljali tok reke Temze. Ob imenu učinka je instalacija dobila tudi ime - magnetohidrodinamični generator.

Ta naprava MHD neposredno pretvori enoiz oblike energije v drugo, in sicer mehansko v električno. Značilnosti takega procesa in opis načela njegovega delovanja kot celote so podrobno opisani v magnetohidrodinamiki. Sam generator je bil poimenovan po tej disciplini.

Opis delovanja učinka

Najprej morate razumeti, kaj se dogaja med delovanjem naprave. To je edini način za razumevanje principa delovanja magnetohidrodinamičnega generatorja. Učinek temelji na pojavu električnega polja in seveda električnega toka v elektrolitu. Slednje predstavljajo različni mediji, na primer tekoča kovina, plazma (plin) ali voda. Iz tega lahko sklepamo, da princip delovanja temelji na elektromagnetni indukciji, ki uporablja magnetno polje za proizvodnjo električne energije.

Izkazalo se je, da se mora prevodnik sekati s silnimi linijami polja. To pa je obvezen pogoj, da se v notranjosti naprave začnejo pojavljati tokovi ionov z nasprotnimi naboji glede na gibljive delce. Pomembno je tudi opozoriti na obnašanje poljske linije. Iz njih zgrajeno magnetno polje se premika znotraj samega prevodnika v nasprotni smeri od tiste, kjer se nahajajo ionski naboji.

Definicija in zgodovina MHD generatorja

Inštalacija je naprava za pretvorbo toplotne energije v električno energijo. V celoti velja zgorajUčinek. Hkrati so magnetohidrodinamični generatorji nekoč veljali za precej inovativno in prelomno idejo, katere konstrukcija prvih vzorcev je okupirala misli vodilnih znanstvenikov dvajsetega stoletja. Kmalu je za tovrstne projekte zmanjkalo sredstev iz razlogov, ki niso povsem jasni. Prve poskusne instalacije so že postavljene, vendar je njihova uporaba opuščena.

Prve zasnove magnetodinamičnih generatorjev so bile opisane že v letih 1907-910, vendar jih zaradi številnih nasprotujočih si fizičnih in arhitekturnih značilnosti ni bilo mogoče ustvariti. Kot primer lahko navedemo dejstvo, da še niso ustvarjeni materiali, ki bi lahko normalno delovali pri delovnih temperaturah 2500-3000 stopinj Celzija v plinastem okolju. Ruski model naj bi se pojavil v posebej zgrajenem MGDES v mestu Novomichurinsk, ki se nahaja v regiji Ryazan v neposredni bližini državne okrožne elektrarne. Projekt je bil preklican v zgodnjih devetdesetih.

Kako naprava deluje

Zasnova in princip delovanja magnetohidrodinamičnih generatorjev večinoma ponavljata tiste običajne strojne različice. Osnova je učinek elektromagnetne indukcije, kar pomeni, da se v prevodniku pojavi tok. To je posledica dejstva, da slednji prečka linije magnetnega polja znotraj naprave. Vendar pa obstaja ena razlika med strojnimi in MHD generatorji. Leži v tem, da za magnetohidrodinamične variante kotvodnik uporablja neposredno delovno telo samo.

Dejanje temelji tudi na nabitih delcih, na katere vpliva Lorentzova sila. Gibanje delovne tekočine poteka čez magnetno polje. Zaradi tega obstajajo tokovi nosilcev naboja s točno nasprotnimi smermi. V fazi nastanka so MHD generatorji uporabljali predvsem električno prevodne tekočine ali elektrolite. Prav oni so bili zelo delovno telo. Sodobne različice so prešle na plazmo. Nosilci naboja za nove stroje so pozitivni ioni in prosti elektroni.

Zasnova MHD generatorjev

Prvo vozlišče naprave se imenuje kanal, skozi katerega se premika delovna tekočina. Trenutno magnetohidrodinamični generatorji večinoma uporabljajo plazmo kot glavni medij. Naslednje vozlišče je sistem magnetov, ki so odgovorni za ustvarjanje magnetnega polja in elektrod za preusmeritev energije, ki jo bomo prejeli med delovnim procesom. Vendar pa so viri lahko različni. V sistemu se lahko uporabljajo tako elektromagneti kot trajni magneti.

Naslednjič plin prevaja elektriko in se segreje do temperature toplotne ionizacije, ki je približno 10.000 Kelvinov. Po tem je treba ta kazalnik zmanjšati. Temperaturna palica pade na 2, 2-2, 7 tisoč Kelvinov zaradi dejstva, da se v delovno okolje dodajajo posebni dodatki z alkalijskimi kovinami. Sicer plazma ne zadostujestopnjo učinkovite, ker postane vrednost njene električne prevodnosti veliko nižja od vrednosti iste vode.

Tipičen cikel naprave

Druga vozlišča, ki sestavljajo zasnovo magnetohidrodinamičnega generatorja, so najbolje našteti skupaj z opisom funkcionalnih procesov v zaporedju, v katerem se pojavljajo.

1. Zgorevalna komora sprejme gorivo, naloženo vanjo. Dodani so tudi oksidanti in različni dodatki.
2. Gorivo začne goreti, kar omogoča, da nastane plin kot produkt zgorevanja.
3. Naprej se aktivira šoba generatorja. Skozi njo prehajajo plini, nato se razširijo, njihova hitrost pa naraste na hitrost zvoka.
4. Dejanje pride v komoro, ki skozi sebe prehaja magnetno polje. Na njegovih stenah so posebne elektrode. Tukaj pridejo plini na tej stopnji cikla.
5. Takrat delovno telo pod vplivom nabitih delcev odstopi od svoje primarne poti. Nova smer je točno tam, kjer so elektrode.
6. Zadnja faza. Med elektrodama nastane električni tok. Tu se cikel konča.

Glavne klasifikacije

Možnosti za končno napravo je veliko, vendar bo princip delovanja skoraj enak v kateri koli od njih. Na primer, mogoče je zagnati magnetohidrodinamični generator na trdno gorivo, kot so fosilni produkti zgorevanja. Tudi kot virenergije, uporabljajo se hlapi alkalijskih kovin in njihove dvofazne mešanice s tekočimi kovinami. Glede na trajanje delovanja so MHD generatorji razdeljeni na dolgotrajne in kratkotrajne, slednje pa na impulzne in eksplozivne. Viri toplote vključujejo jedrske reaktorje, toplotne izmenjevalnike in reaktivne motorje.

Poleg tega obstaja tudi klasifikacija glede na vrsto delovnega cikla. Tu se delitev pojavlja le na dve glavni vrsti. Generatorji z odprtim ciklom imajo delovno tekočino, pomešano z dodatki. Produkti zgorevanja gredo skozi delovno komoro, kjer se pri tem očistijo nečistoč in spustijo v ozračje. V zaprtem ciklu delovna tekočina vstopi v toplotni izmenjevalnik in šele nato vstopi v komoro generatorja. Nato produkti zgorevanja čakajo na kompresor, ki zaključi cikel. Po tem se delovna tekočina vrne v prvo stopnjo v izmenjevalniku toplote.

Glavne funkcije

Če je vprašanje, kaj proizvaja magnetohidrodinamični generator, mogoče šteti za popolnoma pokrito, je treba predstaviti glavne tehnične parametre takšnih naprav. Prva od teh po pomembnosti je verjetno moč. Sorazmeren je s prevodnostjo delovne tekočine, pa tudi s kvadrati jakosti magnetnega polja in njegove hitrosti. Če je delovna tekočina plazma s temperaturo približno 2-3 tisoč Kelvinov, potem je prevodnost sorazmerna z njo v 11-13 stopinjah in obratno sorazmerna s kvadratnim korenom tlaka.

Navedite tudi podatke o pretoku inindukcija magnetnega polja. Prva od teh značilnosti se zelo razlikuje, od podzvočnih hitrosti do hiperzvočnih hitrosti do 1900 metrov na sekundo. Kar se tiče indukcije magnetnega polja, je odvisno od zasnove magnetov. Če so izdelani iz jekla, bo zgornja palica nastavljena na približno 2 T. Za sistem, ki je sestavljen iz superprevodnih magnetov, se ta vrednost dvigne na 6-8 T.

Uporaba MHD generatorjev

Širke uporabe tovrstnih naprav danes ni opaziti. Kljub temu je teoretično možno graditi elektrarne z magnetohidrodinamičnimi generatorji. Skupno so tri veljavne različice:

1. Fuzijske elektrarne. Uporabljajo cikel brez nevtronov z MHD generatorjem. Običajno se kot gorivo uporablja plazma pri visokih temperaturah.
2. Termoelektrarne. Uporablja se odprta vrsta cikla, same inštalacije pa so glede oblikovnih značilnosti precej preproste. Prav ta možnost ima še obete za razvoj.
3. Nuklearne elektrarne. Delovna tekočina v tem primeru je inertni plin. Segreva se v jedrskem reaktorju v zaprtem ciklu. Ima tudi možnosti za razvoj. Vendar pa je možnost uporabe odvisna od nastanka jedrskih reaktorjev s temperaturo delovne tekočine nad 2 tisoč Kelvinov.

Perspektiva naprave

Ustreznost magnetohidrodinamičnih generatorjev je odvisna od številnih dejavnikov intežave še nerešene. Primer je sposobnost takšnih naprav, da generirajo samo enosmerni tok, kar pomeni, da je za njihovo vzdrževanje potrebno oblikovati dovolj zmogljive in poleg tega varčne pretvornike.

Druga vidna težava je pomanjkanje potrebnih materialov, ki bi lahko delovali dovolj dolgo v pogojih segrevanja goriva na ekstremne temperature. Enako velja za elektrode, ki se uporabljajo v takšnih generatorjih.

Druge uporabe

Poleg tega, da delujejo v središču elektrarn, lahko te naprave delujejo v posebnih elektrarnah, kar bi bilo zelo koristno za jedrsko energijo. Uporaba magnetohidrodinamičnega generatorja je dovoljena tudi v hiperzvočnih letalskih sistemih, vendar doslej na tem področju ni bilo opaziti napredka.