MHD-generatie of magnetohydrodynamische energieopwekking

De MHD-generatie of, ook bekend als magnetohydrodynamische energieopwekking, is een directe energieconversiesysteem dat warmte-energie rechtstreeks omzet in elektrische energie, zonder enige tussenliggende mechanische energieconversie, in tegenstelling tot het geval in alle andere energiecentrales. Daarom kan in dit proces aanzienlijke brandstofbesparing worden bereikt door de eliminatie van het proces van het produceren van mechanische energie en vervolgens opnieuw omzetten naar elektrische energie.

Geschiedenis van MHD-generatie

Het concept van MHD-energieopwekking werd voor het eerst geïntroduceerd door Michael Faraday in 1832 tijdens zijn Bakerian-lezing aan de Royal Society. Hij voerde in feite een experiment uit bij Waterloo Bridge in Groot-Brittannië om de stroom te meten van de rivier de Theems in het magnetisch veld van de aarde.

Dit experiment schetste op een bepaalde manier het basisconcept achter MHD-generatie. In de loop der jaren werden er verschillende onderzoeken naar dit onderwerp uitgevoerd, en later, op 13 augustus 1940, werd dit concept van magnetohydrodynamische energieopwekking, erkend als het meest wijdverspreide proces voor de conversie van warmte-energie rechtstreeks in elektrische energie zonder een mechanische sublink.

Principe van MHD-generatie

Het principe van MHD-energieopwekking is zeer eenvoudig en is gebaseerd op Faradays wet van elektromagnetische inductie, die stelt dat wanneer een geleider en een magnetisch veld zich ten opzichte van elkaar verplaatsen, dan wordt een spanning geïnduceerd in de geleider, wat resulteert in een stroomverloop over de aansluitingen.
Zoals de naam al aangeeft, gaat de magnetohydrodynamische generator zoals weergegeven in de figuur hieronder, over de stroom van een geleidend vloeistof in aanwezigheid van magnetische en elektrische velden. In conventionele generatoren of alternators bestaat de geleider uit koperen windingen of stroken, terwijl in een MHD-generator de hete geïoniseerde gas of geleidend vloeistof de vaste geleider vervangt.

Een onder druk staande, elektrisch geleidende vloeistof stroomt door een transversaal magnetisch veld in een kanaal of leiding. Een paar elektroden zijn geplaatst op de wanden van het kanaal loodrecht op het magnetisch veld en verbonden via een externe circuit om energie te leveren aan een belasting die eraan is verbonden. Elektroden in de MHD-generator vervullen dezelfde functie als borstels in een conventionele DC-generator. De MHD-generator produceert DC-energie en de conversie naar AC vindt plaats met behulp van een inverter.
De gegenereerde energie per lengte-eenheid door de MHD-generator wordt ongeveer gegeven door,

Waarbij, u de vloeistof snelheid is, B de magnetische fluxdichtheid, σ de elektrische geleidbaarheid van de geleidende vloeistof en P de dichtheid van de vloeistof.

Uit de bovenstaande vergelijking blijkt duidelijk dat voor een hogere energiedichtheid van een MHD-generator er een sterk magnetisch veld van 4-5 tesla en een hoge stroomsnelheid van de geleidende vloeistof nodig is, naast een adequate geleidbaarheid.

MHD-cycli en werkstoffen

De MHD-cycli kunnen van twee types zijn, namelijk

1. Open systeem MHD.

2. Gesloten systeem MHD.

Een gedetailleerde beschrijving van de typen MHD-cycli en de gebruikte werkstoffen wordt hieronder gegeven.

Open systeem MHD

In een open systeem MHD wordt atmosferische lucht op zeer hoge temperatuur en druk door een sterk magnetisch veld geleid. Steenkool wordt eerst verwerkt en verbrand in de verbrandingsruimte bij een hoge temperatuur van ongeveer 2700oC en een druk van ongeveer 12 atm met voorverwarmde lucht van de plasma. Vervolgens wordt een zaadmaterial zoals kaliumcarbonaat toegevoegd aan het plasma om de elektrische geleidbaarheid te verhogen. Het resulterende mengsel met een elektrische geleidbaarheid van ongeveer 10 Siemens/m wordt door een nozzle geëxpandeerd, zodat een hoge snelheid wordt verkregen en vervolgens door het magnetisch veld van de MHD-generator geleid. Tijdens de expansie van het gas op hoge temperatuur bewegen de positieve en negatieve ionen naar de elektroden en vormen zo een elektrische stroom. Het gas wordt vervolgens door de generator afgevoerd. Omdat dezelfde lucht niet opnieuw kan worden gebruikt, vormt dit een open systeem, vandaar de naam open systeem MHD.

Gesloten systeem MHD

Zoals de naam al aangeeft, wordt de werkstof in een gesloten systeem MHD in een gesloten lus gecirculeerd. Dus in dit geval wordt een inert gas of vloeibaar metaal gebruikt als werkstof om de warmte over te brengen. Vloeibaar metaal heeft doorgaans het voordeel van een hoge elektrische geleidbaarheid, dus de warmte die door het verbrandingsmateriaal wordt geleverd, hoeft niet te hoog te zijn. In tegenstelling tot het open systeem is er geen in- en uitlaat voor atmosferische lucht. Daardoor wordt het proces aanzienlijk vereenvoudigd, omdat dezelfde vloeistof keer op keer wordt gecirculeerd voor effectieve warmteoverdracht.

Voordelen van MHD-generatie

De voordelen van MHD-generatie ten opzichte van andere conventionele methoden van energieopwekking zijn hieronder gegeven.

1. Hier wordt alleen de werkstof gecirculeerd, en er zijn geen bewegende mechanische delen. Dit reduceert de mechanische verliezen tot nul en maakt de operatie betrouwbaarder.

2. De temperatuur van de werkstof wordt onderhouden door de wanden van de MHD.

3. Het heeft de mogelijkheid om bijna direct het volledige vermogensniveau te bereiken.

4. De prijs van MHD-generatoren is veel lager dan conventionele generatoren.

5. MHD heeft een zeer hoge efficiëntie, die hoger is dan de meeste andere conventionele of niet-conventionele methoden van energieopwekking.

Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van inbreuk neem dan contact op om te verwijderen.