MHD-sähkön tuotanto tai magnetohydrodynaaminen sähköntuotanto

MHD-sähköntuotannon tai myös tunnetun magneto hydrodynamisen sähköntuotannon on suora energianmuuntajärjestelmä, joka muuntaa lämpöenergian suoraan sähköenergiaksi ilman välivaihetta mekaanisen energian tuotannolle, kuten kaikissa muissa sähköntuotantolaitoksissa. Tämän ansiosta polttoainetaloudessa voidaan saavuttaa huomattava säästö, koska poistetaan prosessi, jossa mekaanista energiaa tuotetaan ja sitä käytetään sähköenergian tuotannossa.

MHD-sähköntuotannon historia

MHD-sähköntuotannon käsite esitettiin ensimmäisen kerran Michael Faraday'n toimesta vuonna 1832 hänen Bakerian luennoissaan Royal Societyn edessä. Hän suoritti kokeen Waterloo Bridge'llä Isossa-Britanniassa, mitaten virtaa Tammejoen virrasta maapallon magneettikentässä.

Tämä koe esitti periaatteessa MHD-sähköntuotannon perusideaan. Vuosien varrella aiheesta on tehty paljon tutkimustyötä, ja lopulta 13. elokuuta 1940 tämä magneto hydrodynamisen sähköntuotannon käsite hyväksyttiin laajalti sovellettavana menetelmänä lämpöenergian muuntamiseksi sähköenergiaksi ilman mekaanista välivaihetta.

MHD-sähköntuotannon periaate

MHD-sähköntuotannon periaate on yksinkertainen ja se perustuu Faradayn sähkömagneettiseen induktiolakiin, joka sanoo, että kun johtaja ja magneettikenttä liikkuvat suhteessa toisiinsa, niin johtajaan indukoidaan jännite, mikä johtaa virtaan terminaalien välillä.
Nimellä viitataan siihen, että alla olevassa kuvassa näkyvä magneto hydrodynaminen generator on tarkoitettu johtavan nesteen virrulle magneettikentän ja sähkökentän läsnäolossa. Perinteisessä generatorissa tai vaihtojenkkissa johtaja koostuu kuparin kymppeistä tai -leveistä, kun taas MHD-generatorissa kuuma ionisoitu kaasu tai johtava nestemäinen aine korvaa kiinteän johtajan.

Paineistettu, sähköisesti johtava nestemäinen aine virtaa kanavassa tai putkessa, jossa on vaakasuora magneettikenttä. Parilla elektrodeilla, jotka sijaitsevat kanavan seinissä kohtisuorasti magneettikenttään, on ulkopuolinen piiri, joka toimittaa sähkövoiman kytkettyyn kuormaan. MHD-generatorin elektrodit toimivat samalla tavalla kuin pensselit perinteisessä DC-generatorissa. MHD-generatori tuottaa DC-sähkövoimaa, ja muunnos AC-sähkövoimaksi tapahtuu inverterin avulla.
MHD-generatorin tuottama voima yksikköpituudella on likimäärin annettu kaavalla:

Missä u on nesteen nopeus, B on magneettifluxtiheyden, σ on johtavan nesteen sähköinen johtavuus ja P on nesteen tiheys.

Yllä olevasta yhtälöstä on selvää, että MHD-generatorin korkealle tehokkuudelle on tarpeen vahva 4-5 teslan magneettikenttä sekä korkea johtavan nesteen virranopeus lisäksi riittävä johtavuus.

MHD-käytökset ja työnesteenä käytetyt aineet

MHD-käytökset voivat olla kahdenlaisia, nimittäin

1. Avoin MHD-käytös.

2. Suljettu MHD-käytös.

MHD-käytösten tyypit ja niissä käytetyt työnesteenä toimivat aineet on kuvattu tarkemmin alla.

Avoin MHD-järjestelmä

Avoimessa MHD-järjestelmässä atmosfäärin ilma, joka on erittäin korkeassa lämpötilassa ja paineessa, ohjataan vahvaan magneettikenttään. Kivihiili prosessoidaan ja poltetaan polttimetilassa noin 2700oC:n lämpötilassa ja noin 12 ATP:n paineessa plasman lämmittämällä ilmaa. Sitten plasmaan injisoitetaan kaliumkarbonaatti tai muu siementymismateriaali, joka lisää sähköistä johtavuutta. Tuloksena syntyvää seosta, jonka sähköinen johtavuus on noin 10 Siemens/m, levitetään nozzelein, jotta saadaan korkea nopeus, ja sen jälkeen se kuljetetaan MHD-generatorin magneettikenttään. Kaasun laajenemisessa korkeassa lämpötilassa positiiviset ja negatiiviset ionit siirtyvät elektrodeihin, mikä muodostaa sähkövirtauksen. Kaasu purkaa sitten generatorin läpi. Koska samaa ilmaa ei voida käyttää uudelleen, se muodostaa avoimen käytöksen, joten se on nimetty avoimeksi MHD-järjestelmäksi.

Suljettu MHD-järjestelmä

Kuten nimi viittaa, suljetussa MHD-järjestelmässä työnesteenä toimiva aine pyörähtää suljetussa silmukassa. Tässä tapauksessa työnesteenä toimii inertikaasu tai nestemäinen metalli, joka siirtää lämpöä. Nestemäisellä metallilla on etu korkeasta sähköisestä johtavuudesta, joten polttoaineen tuottaman lämpötilan ei tarvitse olla liian korkea. Avonaisessa järjestelmässä vastakohtaisesti ei ole puhdasilmaa sisään- ja ulosvedenä, joten prosessi on merkittävästi yksinkertaistunut, sillä sama nestemäinen aine pyörähtää toistuvasti tehokkaaksi lämpösiirron aikana.

MHD-sähköntuotannon edut

MHD-sähköntuotannon edut verrattuna muihin perinteisiin tuotantomenetelmiin ovat seuraavat.

1. Tässä vain työnesteenä toimiva aine pyörähtää, eikä siellä ole liikkuvia mekaanisia osia. Tämä vähentää mekaanisia hukuja nollaan ja tekee operaation luotettavammaksi.

2. Työnesteen lämpötila säilytetään MHD:n seinillä.

3. Se kykenee saavuttamaan täyden tehon tason melkein suoraan.

4. MHD-generatorien hinta on paljon alhaisempi kuin perinteisten generatorien.

5. MHD:n tehokkuus on hyvin korkea, mikä on korkeampi kuin useimmat muut perinteiset tai epäperinteiset tuotantomenetelmät.

Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaettava, jos on oikeudenvastaisuutta, ota yhteyttä poistoasi.