MHD 발전 또는 자기 유체 동력 발전

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필드: 기본 전기학

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MHD 발전 또는 자기 유체 동력 발전이라고도 알려진 것은 열 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 직접 에너지 변환 시스템입니다. 이는 모든 다른 발전소와 달리 중간 기계 에너지 변환이 필요하지 않습니다. 따라서 이 과정에서는 기계 에너지를 생산하고 이를 다시 전기 에너지로 변환하는 과정이 제거되어 상당한 연료 절약을 달성할 수 있습니다.

MHD 발전의 역사

MHD 발전의 개념은 1832년 마이클 패러데이가 왕립 학회에 대한 베이커리안 강연에서 처음으로 소개했습니다. 그는 실제로 영국 워털루 다리에서 템즈 강의 흐름을 지구의 자기장에서 측정하기 위한 실험을 수행하였습니다.

이 실험은 MHD 발전의 기본 개념을 개략적으로 설명하였고, 이후 여러 연구가 이루어졌습니다. 1940년 8월 13일, MHD 발전의 개념은 기계적 하위 링크 없이 열 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 가장 널리 받아들여진 방법으로 자리 잡았습니다.

MHD 발전의 원리

MHD 발전의 원리는 매우 간단하며 패러데이의 전자기 유도 법칙에 기반합니다. 이 법칙은 도체와 자기장이 서로 상대적으로 움직일 때 도체에 전압이 유도되어 단자 사이를 통해 전류가 흐른다는 것을 말합니다. 이름에서 알 수 있듯이, 아래 도면에 표시된 자기 유체 동력 발전기는 자기장과 전기장이 있는 상태에서 도전성 유체의 흐름과 관련이 있습니다. 일반적인 발전기나 교류 발전기에서는 구리 감전선이나 스트립이 도체 역할을 하지만, MHD 발전기에서는 뜨거운 이온화 가스나 도전성 유체가 고체 도체를 대체합니다.

압력이 가해진 전기 도전성 유체가 채널이나 덕트를 통해 횡방향 자기장을 통과합니다. 채널 벽에 직각으로 위치한 두 개의 전극은 외부 회로를 통해 부하에 전력을 공급하도록 연결됩니다. MHD 발전기의 전극은 일반적인 DC 발전기의 브러시와 같은 기능을 합니다. MHD 발전기는 DC 전력을 발생시키며, 인버터를 사용하여 AC로 변환합니다. MHD 발전기에서 단위 길이당 발생되는 전력은 다음과 같이 근사적으로 주어집니다.

여기서, u는 유체 속도, B는 자기 플럭스 밀도, σ는 도전성 유체의 전기 도전도, P는 유체의 밀도입니다.

위 방정식에서 보듯이, MHD 발전기의 높은 전력 밀도를 위해서는 4-5 테슬라의 강한 자기장과 높은 유체 흐름 속도, 그리고 적절한 도전성이 필요합니다.

MHD 주기 및 작업 유체

MHD 주기는 다음과 같은 두 가지 유형이 있습니다.

열린 순환 MHD.
닫힌 순환 MHD.

MHD 주기의 유형과 사용되는 작업 유체에 대한 자세한 내용은 아래에 나열되어 있습니다.

열린 순환 MHD 시스템

열린 순환 MHD 시스템에서는 고온 고압의 대기 공기가 강한 자기장을 통과합니다. 석탄은 먼저 플라즈마로부터 예열된 공기와 함께 약 2700°C의 고온과 약 12 ATP의 고압에서 연소됩니다. 그런 다음 포타슘 탄산염과 같은 종자를 플라즈마에 주입하여 전기 도전성을 높입니다. 결과적으로 약 10 시멘스/미터의 전기 도전성을 가진 혼합물이 노즐을 통해 확장되어 높은 속도를 얻고, MHD 발전기의 자기장을 통과합니다. 가스가 고온에서 확장될 때 양이온과 음이온이 전극으로 이동하여 전류를 형성합니다. 가스는 발전기를 통해 배출되며, 같은 공기가 재사용되지 않으므로 열린 순환을 형성하게 됩니다.

닫힌 순환 MHD 시스템

닫힌 순환 MHD에서는 작업 유체가 폐쇄 루프에서 순환합니다. 따라서 이 경우 비활성 가스나 액체 금속이 열을 전달하는 작업 유체로 사용됩니다. 액체 금속은 전기 도전성이 높기 때문에, 연소 물질에서 제공되는 열이 너무 높아야 할 필요가 없습니다. 열린 루프 시스템과 달리 대기 공기의 입구와 출구가 없으므로, 같은 유체가 효과적인 열 전달을 위해 반복적으로 순환함으로써 프로세스가 크게 단순화됩니다.