توليد الطاقة MHD أو توليد الطاقة الهيدروديناميكية المغناطيسية
تُعرف عملية الإنتاج الكهربائي بواسطة التدفق المغناطيسي الهيدروديناميكي أو ما يُعرف أيضًا بـ إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية بأنها نظام تحويل طاقة مباشر يقوم بتحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى طاقة كهربائية، دون أي تحويل متوسط للطاقة الميكانيكية، على عكس الحال في جميع محطات توليد الكهرباء الأخرى. لذلك، في هذه العملية، يمكن تحقيق اقتصاد كبير في الوقود بسبب إلغاء عملية إنتاج الطاقة الميكانيكية ومن ثم تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائية.
تاريخ إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية
تم تقديم مفهوم إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية لأول مرة من قبل مايكل فاراداي في عام 1832 في محاضرته البكرانية لجمعية الملكية. فقد قام فعليًا بإجراء تجربة على جسر واترفورد في بريطانيا العظمى لقياس التيار الناتج عن تدفق نهر التايمز في المجال المغناطيسي الأرض.
هذه التجربة بطريقة ما رسمت المفهوم الأساسي وراء إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية. وفي السنوات التي تلت ذلك، تم إجراء العديد من الأبحاث حول هذا الموضوع، وفي 13 أغسطس 1940، تم تبني مفهوم إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية باعتباره الأكثر قبولًا على نطاق واسع لتحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى طاقة كهربائية دون رابط ميكانيكي متوسط.
مبدأ إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية
مبدأ إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية بسيط جدًا ويستند إلى قانون فاراداي للإثارة الكهرومغناطيسية، والذي ينص على أنه عندما يتحرك موصل و المجال المغناطيسي بالنسبة لبعضهما البعض، فإن الفولتية تُحدث في الموصل، مما يؤدي إلى تدفق تيار عبر المحطمين. كما يوحي الاسم، فإن المولد المغناطيسي الهيدروديناميكي الموضح في الشكل أدناه يتعلق بتدفق سائل موصل في وجود مجالات مغناطيسية وكهربائية. في المولد التقليدي أو المحول، يتكون الموصل من ملفات أو شرائط النحاس، بينما في مولد MHD، يتم استبدال الموصل الصلب بالغاز الساخن المؤين أو السائل الموصل.
يتدفق سائل موصل تحت ضغط عبر مجال مغناطيسي عرضي في قناة أو أنبوب. يتم توضع زوج من الأقطاب على جدران القناة عموديًا على المجال المغناطيسي ومتصلة بدوائر خارجية لتزويد الحمل المتصل بها بالطاقة. تقوم الأقطاب في مولد MHD بنفس الوظيفة التي تقوم بها الفرش في المولد الكهربائي المستمر التقليدي. ينتج مولد MHD طاقة كهربائية مستمرة ويتم تحويلها إلى متناوبة باستخدام مقلوب.
تقريباً، يتم إعطاء الطاقة المولدة لكل وحدة طول بواسطة مولد MHD بالصيغة التالية،
حيث، u هي سرعة السائل، B هو كثافة التدفق المغناطيسي، σ هي الموصلية الكهربائية للسائل الموصل وP هي كثافة السائل.
من الواضح من المعادلة أعلاه، أنه لزيادة كثافة الطاقة لمولد MHD يجب أن يكون هناك مجال مغناطيسي قوي بقوة 4-5 تسلا وسرعة تدفق عالية للسائل الموصل بالإضافة إلى الموصلية الكافية.
دورات MHD والسوائل العاملة
يمكن أن تكون دورات MHD من نوعين، وهما:
دورة MHD المفتوحة.
دورة MHD المغلقة.
يتم تقديم حساب مفصل لأنواع دورات MHD والسوائل العاملة المستخدمة أدناه.
نظام MHD المفتوح
في نظام MHD المفتوح، يتم مرور الهواء الجوي بدرجة حرارة وضغط مرتفعين جدًا عبر مجال مغناطيسي قوي. يتم معالجة الفحم وإحراقه في الموقد بدرجة حرارة عالية تبلغ حوالي 2700oC وضغط حوالي 12 ATP مع الهواء المُسخّن مسبقًا من البلازما. ثم يتم حقن مادة تلقيح مثل كربونات البوتاسيوم في البلازما لزيادة الموصلية الكهربائية. يتم توسيع الخليط الناتج ذو الموصلية الكهربائية حوالي 10 سيمنز/متر عبر فوهة بحيث يكون له سرعة عالية ثم يمر عبر المجال المغناطيسي لمولد MHD. أثناء توسع الغاز بدرجة حرارة عالية، تتحرك الأيونات الموجبة والسالبة نحو الأقطاب وبالتالي تشكل تيارًا كهربائيًا. ثم يتم تصريف الغاز عبر المولد. بما أن نفس الهواء لا يمكن إعادة استخدامه مرة أخرى، فإنه يشكل دورة مفتوحة وبالتالي يُطلق عليه اسم دورة MHD المفتوحة.
نظام MHD المغلق
كما يوحي الاسم، يتم تدوير السائل العامل في دورة MHD المغلقة في حلقة مغلقة. لذلك، في هذه الحالة، يتم استخدام غاز غير نشط أو معدن سائل كسائل عامل لنقل الحرارة. للمعدن السائل عادةً ميزة الموصلية الكهربائية العالية، لذا لا يحتاج الحرارة المقدمة من مادة الاحتراق إلى أن تكون عالية جدًا. على عكس النظام المفتوح، لا يوجد مدخل ومخرج للهواء الجوي. لذلك، يتم تبسيط العملية بشكل كبير، حيث يتم تدوير نفس السائل مرة تلو الأخرى لنقل الحرارة بكفاءة.
مزايا إنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية
المزايا الرئيسية لإنتاج الطاقة المغناطيسية الهيدروديناميكية مقارنة بالطرق التقليدية الأخرى لإنتاج الطاقة مذكورة أدناه.
في هذه العملية يتم تدوير السائل العامل فقط، ولا توجد أجزاء ميكانيكية متحركة. هذا يقلل الخسائر الميكانيكية إلى الصفر ويجعل التشغيل أكثر موثوقية.
يتم الحفاظ على درجة حرارة السائل العامل بواسطة جدران MHD.
لديه القدرة على الوصول إلى مستوى الطاقة الكامل تقريبًا بشكل مباشر.
سعر مولدات MHD أقل بكثير من المولدات التقليدية.
لدى MHD كفاءة عالية جدًا، وهي أعلى من معظم الطرق التقليدية وغير التقليدية لإنتاج الطاقة.
بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل للحذف.
