ΜΗΔ Εγεργεία ή ΜΗΔ Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας

Η παραγωγή MHD ή, όπως επίσης γνωστή, μαγνητουδροδυναμική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα σύστημα άμεσης μετατροπής ενέργειας το οποίο μετατρέπει άμεσα τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια, χωρίς καμία μεσολαβούσα μηχανική μετατροπή, σε αντίθεση με την περίπτωση σε όλους τους άλλους σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Έτσι, σε αυτή τη διαδικασία, μπορεί να επιτευχθεί σημαντική οικονομία καυσίμου λόγω της εξάλειψης της διαδικασίας παραγωγής μηχανικής ενέργειας και της επαναμετατροπής της σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ιστορία της Παραγωγής MHD

Το πρώτο εισαγωγικό παρουσιαστήκε η έννοια της παραγωγής MHD από τον Michael Faraday το 1832 στην Bakerian λέξη της Royal Society. Στην πραγματικότητα, έκανε ένα πείραμα στη Γέφυρα Waterloo στη Μεγάλη Βρετανία για τη μέτρηση του ρεύματος, από την ροή του ποταμού Thames στο μαγνητικό πεδίο της γης.

Αυτό το πείραμα ορίζει με κάποιο τρόπο τη βασική έννοια πίσω από την παραγωγή MHD. Στα επόμενα χρόνια, πολλές έρευνες έχουν διεξαχθεί σε αυτό το θέμα, και αργότερα, στις 13 Αυγούστου 1940, αυτή η έννοια της μαγνητουδροδυναμικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ενσωματώθηκε ως ο πιο ευρέως αποδεκτός τρόπος μετατροπής της θερμότητας άμεσα σε ηλεκτρική ενέργεια χωρίς μηχανική υποδιασύνδεση.

Αρχή της Παραγωγής MHD

Η αρχή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας MHD είναι πολύ απλή και βασίζεται στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday, ο οποίος λέει ότι όταν ένας ηλεκτροδόχος και ένα μαγνητικό πεδίο κινούνται σχετικά μεταξύ τους, τότε τάση επαγωγείται στον ηλεκτροδόχο, που αποτελεί σε ροή ρεύματος μεταξύ των καταναλωτών. Όπως η ονομασία υποδηλώνει, ο γεννήτριας μαγνητουδροδυναμικής που εμφανίζεται στο διάγραμμα παρακάτω, αφορά τη ροή ενός διαχείμενου υγρού σε παρουσία μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου. Σε συμβατικούς γεννητές ή αλτερνάτορες, ο ηλεκτροδόχος αποτελείται από πλεξίδες ή λωρίδες χαλκού, ενώ σε έναν γεννήτρια MHD, ένα ζεστό ιοντοποιημένο αέριο ή διαχείμενο υγρό αντικαθιστά τον στερεό ηλεκτροδόχο.

Ένα υπό πίεση, ηλεκτρικά διαχείμενο υγρό ρέει μέσα από ένα ορθόγωνο μαγνητικό πεδίο σε ένα κανάλι ή διάδρομο. Το ζευγάρι ηλεκτρόδων είναι τοποθετημένο στους τοίχους του καναλιού κατά κάθετο στο μαγνητικό πεδίο και συνδέεται μέσω εξωτερικού κύκλου για να παρέχει ενέργεια σε φορτίο που είναι συνδεδεμένο με αυτό. Οι ηλεκτρόδοι στον γεννήτρια MHD εκτελούν την ίδια λειτουργία με τα ποδήλατα σε έναν συμβατικό DC γεννήτρια. Ο γεννήτριας MHD παράγει DC ενέργεια και η μετατροπή σε AC γίνεται με χρήση ενός αντιστροφέα. Η ενέργεια που παράγεται ανά μοναδική μήκους από τον γεννήτρια MHD προσεγγίζεται από την εξής,

Όπου, u είναι η ταχύτητα του υγρού, B είναι η πυκνότητα του μαγνητικού ρεύματος, σ είναι η ηλεκτρική διαχυτικότητα του διαχείμενου υγρού και P είναι η πυκνότητα του υγρού.

Είναι εμφανές από την παραπάνω εξίσωση, ότι για υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας ενός γεννητή MHD, πρέπει να υπάρχει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο 4-5 tesla και υψηλή ταχύτητα ροής του διαχείμενου υγρού, εκτός από αρκετή διαχυτικότητα.

Κύκλοι MHD και Εργασιακά Υγρά

Οι κύκλοι MHD μπορούν να είναι δύο τύπων, δηλαδή

1. Ανοικτός Κύκλος MHD.

2. Κλειστός Κύκλος MHD.

Η λεπτομερής περιγραφή των τύπων κύκλων MHD και των εργασιακών υγρών που χρησιμοποιούνται, δίνεται παρακάτω.

Σύστημα Ανοικτού Κύκλου MHD

Στο σύστημα ανοικτού κύκλου MHD, ατμόσφαιρα σε πολύ υψηλή θερμοκρασία και πίεση περνά από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Το άνθρακα πρώτα επεξεργάζεται και καίγεται στον καύστη σε υψηλή θερμοκρασία περίπου 2700oC και πίεση περίπου 12 ATP με προηθημένο αέρα από το πλάσμα. Στη συνέχεια, ενσωματώνεται ένα υλικό σπόρωσης, όπως το καρβονάτο του ποτασίου, στο πλάσμα για να αυξηθεί η ηλεκτρική διαχυτικότητα. Το αποτέλεσμα είναι ένα μείγμα με ηλεκτρική διαχυτικότητα περίπου 10 Siemens/m, το οποίο επεκτείνεται μέσω ενός στενωτήρα, ώστε να έχει υψηλή ταχύτητα και στη συνέχεια περνά από το μαγνητικό πεδίο του γεννητή MHD. Κατά την επέκταση του αερίου σε υψηλή θερμοκρασία, οι θετικοί και αρνητικοί ιόντες μετακινούνται προς τους ηλεκτρόδους και έτσι συνιστούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Το αέριο στη συνέχεια αποδίδεται μέσω του γεννητή. Επειδή το ίδιο αέριο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά, δημιουργείται ένας ανοικτός κύκλος και έτσι ονομάζεται ανοικτός κύκλος MHD.

Σύστημα Κλειστού Κύκλου MHD

Όπως η ονομασία υποδηλώνει, το εργασιακό υγρό σε ένα κλειστό κύκλο MHD κυκλοφορεί σε έναν κλειστό κύκλο. Συνεπώς, σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται ένα αδρανές αέριο ή υγρό μέταλλο ως εργασιακό υγρό για τη μεταφορά θερμότητας. Το υγρό μέταλλο έχει το πλεονέκτημα της υψηλής ηλεκτρικής διαχυτικότητας, άρα η θερμότητα που παρέχεται από το καύσιμο δεν χρειάζεται να είναι πολύ υψηλή. Σε αντίθεση με το σύστημα ανοικτού κύκλου, δεν υπάρχουν εισόδους και εξόδους για το ατμοσφαιρικό αέριο. Άρα, η διαδικασία απλοποιείται σε μεγάλο βαθμό, καθώς το ίδιο υγρό