MHD発電または磁気流体力発電

MHD発電または磁気流体力発電は、他のすべての発電所とは異なり、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する直接エネルギー変換システムです。そのため、この過程では、機械エネルギーを生成し、それを再び電気エネルギーに変換する中間リンクが不要となるため、大幅な燃料節約が可能となります。

MHD発電の歴史

MHD発電の概念は、1832年にマイケル・ファラデーによって初めて導入されました。彼はロンドンのウォータールー橋でテムズ川の流れから地球の磁場を用いて電流を測定する実験を行いました。

この実験は、その後数十年間にわたって研究が行われたMHD発電の基本的な概念を示しました。そして、1940年8月13日に、磁気流体力発電という概念が、機械的な中間リンクなしに熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する最も広く受け入れられたプロセスとして採用されました。

MHD発電の原理

MHD発電の原理は非常に単純であり、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいています。これは、導体と磁場が相対的に動くと、導体に電圧が誘導され、その結果、電流が端子間で流れることを述べています。
図に示すように、磁気流体力発電機は、磁場と電場の存在下での導電性流体の流れに関連しています。従来の発電機や交流発電機では、導体は銅巻線や帯状ですが、MHD発電機では高温イオン化ガスまたは導電性流体が固体導体に代わります。

高圧の導電性流体がチャンネルまたはダクト内を横断する磁場を通過します。チャンネル壁には、磁場に対して直角に配置された一対の電極があり、外部回路を通じて負荷に電力を供給します。MHD発電機の電極は、従来の直流発電機のブラシと同じ機能を果たします。MHD発電機は直流電力を発生させ、インバーターを使用して交流に変換します。
MHD発電機による単位長さあたりの発電量は以下の式で近似されます。

ここで、uは流体速度、Bは磁束密度、σは導電性流体の電気伝導率、Pは流体の密度です。

上記の式から明らかなように、MHD発電機の高い発電密度を得るためには、4-5テスラの強力な磁場と導電性流体の高い流速、および適切な伝導率が必要です。

MHDサイクルと作動流体

MHDサイクルは以下の2種類があります。

1. 開放型MHD。

2. 閉鎖型MHD。

以下に、MHDサイクルのタイプと使用される作動流体について詳しく説明します。

開放型MHDシステム

開放型MHDシステムでは、非常に高温かつ高圧の大気中の空気が強力な磁場を通過します。石炭はまず処理され、プラズマからの予熱された空気とともに約2700oCの高温と約12ATPの圧力で燃焼器内で燃やされます。次に、電気伝導率を上げるためにカリウム炭酸塩などのシーディング材がプラズマに注入されます。電気伝導率が約10シーメンス/mの混合物がノズルを経由して拡張され、高速度になり、MHD発電機の磁場を通過します。ガスが高温で拡張する際に、正負のイオンが電極に移動し、電流を構成します。ガスはその後、発電機から排出されます。同じ空気を再利用できないため、開放型サイクルとなり、開放型MHDと呼ばれます。

閉鎖型MHDシステム

閉鎖型MHDでは、作動流体が閉ループ内を循環します。したがって、この場合、不活性ガスまたは液体金属が熱を伝達する作動流体として使用されます。液体金属は通常、高い電気伝導率を持っているため、燃焼材料によって提供される熱があまり高くなくてもよいです。開放型システムとは異なり、大気中の空気の出入り口はありません。したがって、同じ流体が繰り返し循環することで効果的な熱伝達が可能になります。

MHD発電の利点

MHD発電の他の従来の発電方法に対する利点は以下の通りです。

1. ここでは作動流体のみが循環し、動く機械部品はありません。これにより、機械損失がゼロになり、操作がより信頼性が高くなります。

2. 作動流体の温度はMHDの壁によって維持されます。

3. ほぼ直接に全出力レベルに達することができます。

4. MHD発電機の価格は従来の発電機よりもはるかに低いです。

5. MHDは非常に高い効率を持ち、ほとんどの従来または非従来の発電方法よりも高いです。

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