MHD-Erzeugung oder magnetohydrodynamische Energieerzeugung
Die MHD-Erzeugung oder auch bekannt als magnetohydrodynamische Energieerzeugung ist ein direktes Energiewandlungssystem, das Wärmeenergie direkt in elektrische Energie umwandelt, ohne eine Zwischenwandlung in mechanische Energie, im Gegensatz zu allen anderen Kraftwerken. Daher kann in diesem Prozess durch die Beseitigung des Verbindungsprozesses zur Erzeugung von mechanischer Energie und anschließender Umwandlung in elektrische Energie erheblich an Brennstoff eingespart werden.
Geschichte der MHD-Erzeugung
Das Konzept der MHD-Energieerzeugung wurde erstmals 1832 von Michael Faraday in seiner Bakerian Lecture an der Royal Society vorgestellt. Er führte tatsächlich ein Experiment auf der Waterloo Bridge in Großbritannien durch, um den Strom zu messen, der durch den Fluss der Themse im Erdmagnetfeld entsteht.
Dieses Experiment skizzierte in gewisser Weise das grundlegende Konzept hinter der MHD-Erzeugung. In den folgenden Jahren wurden zahlreiche Forschungsarbeiten zu diesem Thema durchgeführt, und schließlich am 13. August 1940 wurde das Konzept der magnetohydrodynamischen Energieerzeugung als weitgehend akzeptierter Prozess für die direkte Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie ohne mechanische Zwischenstufe etabliert.
Prinzip der MHD-Erzeugung
Das Prinzip der MHD-Energieerzeugung ist sehr einfach und basiert auf dem Faradayschen Induktionsgesetz, das besagt, dass, wenn ein Leiter und ein Magnetfeld relativ zueinander bewegt werden, eine Spannung im Leiter induziert wird, was zu einem Fluss von Strom zwischen den Anschlüssen führt.
Wie der Name schon sagt, befasst sich der magnetohydrodynamische Generator, der in der Abbildung unten dargestellt ist, mit dem Fluss eines leitfähigen Fluids in Gegenwart von Magnet- und Elektrfeldern. Bei konventionellen Generatoren oder Alternatoren besteht der Leiter aus Kupferwindungen oder -streifen, während bei einem MHD-Generator das heiße ionisierte Gas oder das leitfähige Fluid den festen Leiter ersetzt.
Ein unter Druck stehendes, elektrisch leitfähiges Fluid fließt in einem Kanal oder Duct durch ein transversales Magnetfeld. Ein Paar Elektroden befindet sich an den Kanalwänden senkrecht zum Magnetfeld und ist über einen externen Kreislauf angeschlossen, um Energie an eine daran angeschlossene Last abzugeben. Die Elektroden im MHD-Generator erfüllen dieselbe Funktion wie die Bürsten in einem konventionellen Gleichstromgenerator. Der MHD-Generator erzeugt Gleichstrom, und die Umwandlung in Wechselstrom erfolgt mithilfe eines Inverters.
Die pro Längeneinheit erzeugte Leistung eines MHD-Generators beträgt etwa:
Wobei u die Flüssigkeitsgeschwindigkeit, B die magnetische Flussdichte, σ die elektrische Leitfähigkeit des leitfähigen Fluids und P die Dichte des Fluids ist.
Es ist offensichtlich, dass für eine höhere Leistungsverdichtung eines MHD-Generators ein starkes Magnetfeld von 4-5 Tesla und eine hohe Geschwindigkeit des leitfähigen Fluids sowie eine angemessene Leitfähigkeit erforderlich sind.
MHD-Zyklen und Arbeitsflüssigkeiten
Die MHD-Zyklen können zwei Arten haben, nämlich:
Offener MHD-Zyklus.
Geschlossener MHD-Zyklus.
Eine detaillierte Darstellung der Arten von MHD-Zyklen und der verwendeten Arbeitsflüssigkeiten finden Sie unten.
Offener MHD-Zyklus
Im offenen MHD-System wird atmosphärische Luft bei sehr hoher Temperatur und Druck durch ein starkes Magnetfeld geleitet. Kohle wird zunächst verarbeitet und in einem Verbrennungsraum bei einer hohen Temperatur von etwa 2700°C und einem Druck von etwa 12 ATP mit vorwärmter Luft aus dem Plasma verbrannt. Dann wird ein Material wie Kaliumcarbonat in das Plasma injiziert, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Die resultierende Mischung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 10 Siemens/m wird durch eine Düse expandiert, um eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen, und dann durch das Magnetfeld des MHD-Generators geleitet. Während der Expansion des Gases bei hoher Temperatur bewegen sich die positiven und negativen Ionen zu den Elektroden und bilden so einen elektrischen Strom. Das Gas wird dann durch den Generator abgeblasen. Da die gleiche Luft nicht wiederverwendet werden kann, bildet dies einen offenen Zyklus und wird daher als offener MHD-Zyklus bezeichnet.
Geschlossener MHD-Zyklus
Wie der Name schon sagt, wird die Arbeitsflüssigkeit in einem geschlossenen MHD-Zyklus in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Daher wird in diesem Fall ein inertes Gas oder ein flüssiges Metall als Arbeitsflüssigkeit verwendet, um Wärme zu übertragen. Das flüssige Metall hat den Vorteil einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, sodass die vom Verbrennungsmaterial bereitgestellte Wärme nicht zu hoch sein muss. Im Gegensatz zum offenen System gibt es keinen Ein- und Auslass für die atmosphärische Luft. Daher wird der Prozess in hohem Maße vereinfacht, da die gleiche Flüssigkeit wiederholt zirkuliert, um eine effektive Wärmeübertragung zu ermöglichen.
Vorteile der MHD-Erzeugung
Die Vorteile der MHD-Erzeugung gegenüber anderen herkömmlichen Methoden der Energieerzeugung sind unten aufgelistet.
Hier wird nur die Arbeitsflüssigkeit zirkuliert, und es gibt keine beweglichen mechanischen Teile. Dies reduziert die mechanischen Verluste auf null und macht den Betrieb sicherer.
Die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit wird durch die Wände des MHD-Generators gehalten.
Es hat die Fähigkeit, fast direkt die volle Leistung zu erreichen.
Der Preis von MHD-Generatoren ist viel niedriger als der von herkömmlichen Generatoren.
MHD hat eine sehr hohe Effizienz, die höher ist als die meisten anderen herkömmlichen oder nicht herkömmlichen Methoden der Energieerzeugung.
Erklärung: Respektieren Sie das Original. Gute Artikel sind es wert, geteilt zu werden. Bei Verletzung von Rechten kontaktieren Sie uns bitte, um den Beitrag zu löschen.
