הפקת חשמל באמצעות MHD או הפקת אנרגיה מגנטו-הידרודינמית

הניצול של תהליך ה-MHD או כפי שנקרא גם ייצור חשמל באמצעות מגנטו-הידרודינמיקה הוא מערכת המרת אנרגיה ישירה המומרת אנרגיה תרמית לחשמלית, ללא כל המרה מרכזית של אנרגיה מכנית, בניגוד למקרה בכל מתקנים אחרים לייצור חשמל. לכן, בתהליך זה ניתן להשיג חיסכון ניכר בדלק עקב הסרת הקישור של ייצור אנרגיה מכנית ושוב המרת אותה לאנרגיה חשמלית.

היסטוריה של ייצור MHD

הרעיון של ייצור חשמל באמצעות MHD הוצג לראשונה על ידי מייקל פאראדיי בשנת 1832 בהרצאתו לבקריאן ל החברה המלכותית. הוא למעשה ביצע ניסוי על גשר ווטרלו בבריטניה כדי למדוד את הזרם מהזרימה של נהר התמזה בשדה מגנטי של כדור הארץ.

הניסוי הזה בצורה מסוימת קבע את הרעיון הבסיסי מאחורי ייצור MHD. במהלך השנים, נערכו מספר מחקרים בנושא, וב-13 באוגוסט 1940, הרעיון של ייצור חשמל באמצעות מגנטו-הידרודינמיקה התקבל כהליך הנפוץ ביותר להמרת אנרגיה תרמית לחשמלית ללא קישור מכני.

עקרון הייצור MHD

העקרון של ייצור חשמל באמצעות MHD פשוט מאוד ומבוסס על חוק פאראדיי של האלקטרומגנטיות, שאומר שכשנוזל מוליך ומגנט מזיזים אחד את השני, אז מושרה מתח בנוזל המוליך, מה שגורם לזרם לזרום בין הקצוות. כמו שמראה השם, המניע של מנוע MHD המוצג בתמונה למטה עוסק בזרימה של נוזל מוליך בשדה מגנטי ובחשמלי. בגנרטור קונבנציונלי או אלטרנטור, המוליך מורכב מסיבים או פסים של נחושת, בעוד שבמנוע MHD הגז המוליך והנוזל ממלאים את תפקיד המוליך החומרי.

נוזל מוליך מדוכס זורם דרך שדה מגנטי טרנסברס널 בערוץ או צינור. זוג אלקטרודות ממוקמים על קירות הערוץ בזוויות ישרות לשדה מגנטי ומחוברים דרך מעגל חיצוני כדי להספק כוח לנטל המחובר אליו. האלקטרודות במנוע MHD מבצעות את אותה פונקציה כמו מברשות ב-גנרטור DC קונבנציונלי. המנוע MHD מייצר כוח DC וההמרה ל-AC מתבצעת באמצעות מומר. הכוח שנוצר לאורך יחידה על ידי מנוע MHD נתון בערך על ידי,

כאשר, u היא מהירות הנוזל, B היא צפיפות השדה המגנטי, σ היא נשאיות חשמלית של הנוזל המוליך ו-P היא הצפיפות של הנוזל.

מסתבר מהמשוואה למעלה, שהכדי לקבל צפיפות כוח גבוהה יותר במנוע MHD צריך להיות שדה מגנטי חזק של 4-5 טסלה ומהירות זרימה גבוהה של נוזל מוליך בנוסף לנשאיות חשמלית מספקת.

מחזור MHD ונוזלים פועלים

המחזור MHD יכול להיות מסוג שניים, שהם:

1. מחזור פתוח MHD.

2. מחזור סגור MHD.

החשבון המפורט של סוגי המחזור MHD והנוזלים הפועלים המשמשים בהם, מופיעים למטה.

מערכת מחזור פתוח MHD

במערכת מחזור פתוח MHD, אוויר אטמוספרי בטמפרטורה ולחץ גבוה עובר דרך שדה מגנטי חזק. פחם מטופל ואחר כך נשרף בקומבורטור בטמפרטורה גבוהה של כ-2700oC ולחץ של כ-12 ATP עם אוויר מוקדם חם מהפלזמה. אז חומר זריעה כמו פחמן פוטסיום מוזרק לפלזמה כדי להגדיל את הנשאיות החשמלית. המרקיב המתקבל עם נשאיות חשמלית של כ-10 סיימנס/מטר מתרחב דרך צינור, כך שיש לו מהירות גבוהה ואז עובר דרך השדה מגנטי של מנוע MHD. במהלך הרחבת הגז בטמפרטורה גבוהה, היונים החיוביים והשליליים זזים לאלקטרודות ובכך מרכיבים זרם חשמלי. הגז מופרש דרך המנוע. מאחר והאוויר אותו אי אפשר להשתמש בו שוב, הוא יוצר מחזור פתוח ולכן נקרא מחזור פתוח MHD.

מערכת מחזור סגור MHD

כפי שהשם מרמז, הנוזל הפועל במחזור סגור MHD מופעל בלולאה סגורה. לכן, במקרה זה משתמשים בגז בלתי רעיל או במתכת נוזלית כנוזל הפועל להעברת חום. המתכת הנוזלית יש לה יתרון של נשאיות חשמלית גבוהה, לכן אין צורך בטמפרטורה גבוהה מאוד של החומר הנשרף. בניגוד למערכת המחזור הפתוח אין כניסה ויציאה לאוויר האטמוספרי. לכן, התהליך מופשט מאוד, מאחר והנוזל אותו משתמשים בו שוב ושוב להעברת חום.

יתרונות הייצור MHD

היתרונות של ייצור MHD לעומת שיטות הייצור הקונבנציונליות האחרות מפורטים למטה.

1. כאן רק הנוזל הפועל מופעל, ואין חלקים מכניים ניידים. זה מפחית את ההפסדים המכניים למאפס ומפצל את הפעילות ליותר מאובטחת.

2. טמפרטורת הנוזל הפועל מוחזקת על ידי קירות MHD.

3. יש לו את היכולת להגיע לרמה מלאה כמעט ישירות.

4. מחירם של גנרטורים MHD הרבה יותר נמוך מגנרטורים קונבנציונליים.

5. ל-MHD יש יעילות גבוהה מאוד, שגבוהה מרוב שיטות הייצור הקונבנציונליות או הלא-קונבנציונליות אחרות.

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