تولید برق MHD یا تولید برق هیدرودینامیک مغناطیسی

تولید انرژی MHD یا به عبارت دیگر تولید انرژی مغناطیسی هیدرودینامیک، یک سیستم تبدیل مستقیم انرژی است که انرژی حرارتی را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و بدون هیچ تبدیل میانی از انرژی مکانیکی، مخالف با حالت موجود در تمام نیروگاه‌های تولید برق دیگر عمل می‌کند. بنابراین، در این فرآیند، صرفه‌جویی قابل توجهی در سوخت به دلیل حذف فرآیند تولید انرژی مکانیکی و سپس تبدیل آن به انرژی الکتریکی میسر می‌شود.

تاریخچه تولید MHD

مفهوم تولید برق MHD برای اولین بار در سال ۱۸۳۲ توسط مایکل فارادی در سخنرانی بیکریان به جامعه سلطنتی معرفی شد. او در واقع آزمایشی را روی پل واترلو در بریتانیا انجام داد تا جریان الکتریکی از جریان رود تیمز در میدان مغناطیسی زمین را اندازه‌گیری کند.

این آزمایش به نوعی مفهوم اساسی تولید MHD را مشخص کرد. در طول سال‌ها، تحقیقات متعددی در این موضوع انجام شده است و در نهایت در ۱۳ اوت ۱۹۴۰، مفهوم تولید برق مغناطیسی هیدرودینامیک به عنوان فرآیند پذیرفته شده‌ترین برای تبدیل مستقیم انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی بدون لینک مکانیکی میانی تثبیت شد.

اصول تولید MHD

اصول تولید برق MHD بسیار ساده است و بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی استوار است که بیان می‌کند هنگامی که رسانا و میدان مغناطیسی نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند، ولتاژی در رسانا القاء می‌شود که منجر به جریان الکتریکی در دو سر آن می‌شود. همان‌طور که از نامش پیداست، ژنراتور مغناطیسی هیدرودینامیک نشان داده شده در شکل زیر، با جریان یک مایع رسانا در حضور میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی سروکار دارد. در ژنراتورهای معمولی یا مبدل‌ها، رسانا شامل پیچ‌های مسی یا نوارهایی است در حالی که در ژنراتور MHD، گاز یونیزه گرم یا مایع رسانا جایگزین رسانای جامد می‌شود.

یک مایع رسانا تحت فشار از طریق یک میدان مغناطیسی عرضی در یک کانال یا مجرایی جریان می‌یابد. جفت الکترودها در دیواره‌های کانال در زاویه قائمه با میدان مغناطیسی و از طریق یک مدار خارجی به منظور تحویل انرژی به بار متصل به آن قرار داده می‌شوند. الکترودها در ژنراتور MHD همان کاری را انجام می‌دهند که فرش‌های ژنراتور DC معمولی انجام می‌دهند. ژنراتور MHD انرژی DC تولید می‌کند و تبدیل آن به AC با استفاده از یک مبدل انجام می‌شود. انرژی تولید شده به ازای واحد طول توسط ژنراتور MHD تقریباً به صورت زیر محاسبه می‌شود:

که در آن، u سرعت مایع، B چگالی شار مغناطیسی، σ رسانایی الکتریکی مایع رسانا و P چگالی مایع است.

از معادله بالا مشخص است که برای چگالی توان بالاتر ژنراتور MHD، باید میدان مغناطیسی قوی ۴-۵ تسلا و سرعت جریان بالای مایع رسانا علاوه بر رسانایی کافی وجود داشته باشد.

چرخه‌های MHD و مایعات کاری

چرخه‌های MHD می‌توانند دو نوع باشند، به نام‌های:

1. چرخه MHD باز.

2. چرخه MHD بسته.

شرح دقیق انواع چرخه‌های MHD و مایعات کاری استفاده شده در زیر آورده شده است.

سیستم چرخه MHD باز

در سیستم چرخه MHD باز، هوا اتمسفری در دمای بسیار بالا و فشار بالا از طریق میدان مغناطیسی قوی عبور می‌کند. ابتدا زغال سنگ پردازش شده و در کامبستور در دمای حدود ۲۷۰۰ درجه سانتیگراد و فشار حدود ۱۲ آتمسفر با هوای پیش گرم شده از پلاسمای عبور می‌کند. سپس مواد مورد استفاده برای افزایش رسانایی الکتریکی مانند کربنات پتاسیم به پلاسمای اضافه می‌شود. مخلوط نهایی با رسانایی الکتریکی حدود ۱۰ سیمنس بر متر از طریق یک نازل گسترش می‌یابد تا سرعت بالایی به دست آورد و سپس از طریق میدان مغناطیسی ژنراتور MHD عبور می‌کند. در طول گسترش گاز در دمای بالا، یون‌های مثبت و منفی به الکترودها حرکت می‌کنند و بدین ترتیب جریان الکتریکی تشکیل می‌شود. سپس گاز از طریق ژنراتور خارج می‌شود. چون هوا یکسان نمی‌تواند دوباره مورد استفاده قرار گیرد، بنابراین یک چرخه باز را تشکیل می‌دهد و به همین دلیل چرخه MHD باز نامیده می‌شود.

سیستم چرخه MHD بسته

همان‌طور که از نام آن پیداست، مایع کاری در چرخه MHD بسته در یک حلقه بسته جریان می‌یابد. بنابراین، در این مورد از گاز غیرفعال یا فلز مایع به عنوان مایع کاری برای انتقال حرارت استفاده می‌شود. فلز مایع معمولاً مزیت رسانایی الکتریکی بالا را دارد، بنابراین حرارت ارائه شده توسط مواد سوخت نیازی به بسیار بالا نیست. در مقابل سیستم باز، هیچ ورودی یا خروجی برای هوا اتمسفری وجود ندارد. بنابراین، فرآیند به میزان قابل توجهی ساده‌تر می‌شود، زیرا همان مایع بارها و بارها دوباره جریان یافته تا انتقال حرارت مؤثر انجام شود.

مزایای تولید MHD

مزایای تولید MHD نسبت به سایر روش‌های معمول تولید به شرح زیر است:

1. در اینجا فقط مایع کاری جریان یافته و هیچ قطعه مکانیکی متحرکی وجود ندارد. این موجب کاهش صفر شدن ضریب اتلاف مکانیکی و قابلیت عملکرد بیشتر می‌شود.

2. دمای مایع کاری توسط دیواره‌های ژنراتور MHD حفظ می‌شود.

3. این سیستم توانایی رسیدن به سطح توان کامل تقریباً مستقیم را دارد.

4. قیمت ژنراتورهای MHD بسیار کمتر از ژنراتورهای معمولی است.

5. MHD دارای کارایی بسیار بالا است که بالاتر از بیشتر روش‌های معمول یا غیرمعمول تولید است.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.