Generazione MHD o Generazione di Energia Idrodinamica Magnetica
La generazione MHD o, anche conosciuta come generazione di energia magneto-idrodinamica, è un sistema di conversione diretta dell'energia che trasforma l'energia termica direttamente in energia elettrica, senza alcuna conversione intermedia di energia meccanica, a differenza del caso in tutte le altre centrali elettriche. Pertanto, in questo processo, si può ottenere una notevole economia di carburante grazie all'eliminazione del processo di produzione di energia meccanica e della sua successiva conversione in energia elettrica.
Storia della generazione MHD
Il concetto di generazione di energia MHD fu introdotto per la prima volta da Michael Faraday nel 1832 nella sua conferenza Bakerian alla Royal Society. In effetti, condusse un esperimento sul ponte di Waterloo in Gran Bretagna per misurare la corrente prodotta dal flusso del fiume Tamigi nel campo magnetico terrestre.
Questo esperimento delineò in un certo senso il concetto fondamentale dietro la generazione MHD. Negli anni successivi, sono stati condotti numerosi studi su questo argomento, e poi, il 13 agosto 1940, il concetto di generazione di energia magneto-idrodinamica è stato adottato come il processo più ampiamente accettato per la conversione diretta di energia termica in energia elettrica senza un collegamento meccanico intermedio.
Principio della generazione MHD
Il principio della generazione di energia MHD è molto semplice e si basa sulla legge di induzione elettromagnetica di Faraday, che afferma che quando un conduttore e un campo magnetico si muovono l'uno rispetto all'altro, viene indotta una tensione nel conduttore, che provoca il flusso di corrente attraverso i terminali.
Come suggerisce il nome, il generatore magneto-idrodinamico mostrato nella figura sottostante, riguarda il flusso di un fluido conduttore in presenza di campi magnetici ed elettrici. Nei generatori convenzionali o alternatori, il conduttore consiste in avvolgimenti o strisce di rame, mentre in un generatore MHD, il gas ionizzato caldo o il fluido conduttore sostituisce il conduttore solido.
Un fluido conduttore pressurizzato fluisce attraverso un campo magnetico trasversale in un canale o condotto. Un paio di elettrodi sono posizionati sulle pareti del canale ad angolo retto rispetto al campo magnetico e collegati attraverso un circuito esterno per fornire potenza a un carico connesso. Gli elettrodi in un generatore MHD svolgono la stessa funzione delle spazzole in un generatore DC convenzionale. Il generatore MHD sviluppa potenza DC e la conversione in AC viene effettuata utilizzando un inverter.
La potenza generata per unità di lunghezza da un generatore MHD è approssimativamente data da,
Dove, u è la velocità del fluido, B è la densità di flusso magnetico, σ è la conduttività elettrica del fluido conduttore e P è la densità del fluido.
È evidente dall'equazione sopra, che per una maggiore densità di potenza di un generatore MHD, deve esserci un forte campo magnetico di 4-5 tesla e una alta velocità di flusso del fluido conduttore, oltre a una adeguata conduttività.
Cicli MHD e fluidi di lavoro
I cicli MHD possono essere di due tipi, vale a dire
Ciclo MHD aperto.
Ciclo MHD chiuso.
Una descrizione dettagliata dei tipi di cicli MHD e dei fluidi di lavoro utilizzati, è riportata di seguito.
Sistema MHD a ciclo aperto
Nel sistema MHD a ciclo aperto, l'aria atmosferica a temperature e pressioni molto elevate passa attraverso un forte campo magnetico. Il carbone viene prima processato e bruciato nel combustore a una temperatura elevata di circa 2700oC e pressione di circa 12 ATP con aria pre-riscaldata dal plasma. Quindi, un materiale di semina come il carbonato di potassio viene iniettato nel plasma per aumentare la conduttività elettrica. La miscela risultante, con una conduttività elettrica di circa 10 Siemens/m, viene espansa attraverso un ugello per ottenere una alta velocità e poi passa attraverso il campo magnetico del generatore MHD. Durante l'espansione del gas a alta temperatura, gli ioni positivi e negativi si muovono verso gli elettrodi costituendo così una corrente elettrica. Il gas viene quindi fatto sfuggire attraverso il generatore. Poiché la stessa aria non può essere riutilizzata, forma un ciclo aperto, da cui il nome di sistema MHD a ciclo aperto.
Sistema MHD a ciclo chiuso
Come suggerisce il nome, il fluido di lavoro in un sistema MHD a ciclo chiuso è circolato in un ciclo chiuso. Pertanto, in questo caso, viene utilizzato un gas inerte o un metallo liquido come fluido di lavoro per trasferire il calore. Il metallo liquido ha generalmente il vantaggio di una alta conduttività elettrica, pertanto il calore fornito dal materiale di combustione non deve essere troppo elevato. A differenza del sistema a ciclo aperto, non ci sono ingressi e uscite per l'aria atmosferica. Pertanto, il processo è semplificato notevolmente, poiché lo stesso fluido viene circolato ripetutamente per un efficace trasferimento di calore.
Vantaggi della generazione MHD
I vantaggi della generazione MHD rispetto agli altri metodi convenzionali di generazione sono elencati di seguito.
Qui viene circolato solo il fluido di lavoro, e non ci sono parti meccaniche in movimento. Ciò riduce le perdite meccaniche a zero e rende l'operazione più affidabile.
La temperatura del fluido di lavoro è mantenuta dalle pareti del generatore MHD.
Ha la capacità di raggiungere quasi direttamente il livello di potenza massima.
Il prezzo dei generatori MHD è molto inferiore a quello dei generatori convenzionali.
L'efficienza MHD è molto alta, superiore a quella di molti altri metodi convenzionali o non convenzionali di generazione.
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