Generacja MHD lub Generacja Energii Magnetohydrodynamicznej

Generacja MHD lub inaczej magneto-hydrodynamiczna generacja energii to system bezpośredniej konwersji energii, który przekształca ciepło bezpośrednio w energię elektryczną, bez żadnej pośredniej konwersji na energię mechaniczną, co odróżnia ją od wszystkich innych elektrowni. W tym procesie można osiągnąć znaczną oszczędność paliwa dzięki eliminacji procesu produkcji energii mechanicznej i ponownej jej konwersji na energię elektryczną.

Historia generacji MHD

Pojęcie generacji MHD zostało po raz pierwszy wprowadzone przez Michaela Faradaya w 1832 roku w jego wykładzie Bakerian do Royal Society. Faktycznie przeprowadził on eksperyment na moście Waterloo w Wielkiej Brytanii, mierząc prąd płynący z rzeki Tamizy w polu magnetycznym Ziemi.

Ten eksperyment w pewnym sensie opisał podstawowe koncepcje założenia generacji MHD. W ciągu lat przeprowadzono wiele badań na ten temat, a 13 sierpnia 1940 roku koncepcja magneto-hydrodynamicznej generacji energii została uznana za najbardziej powszechnie akceptowany proces konwersji ciepła bezpośrednio na energię elektryczną bez pośredniego łącza mechanicznego.

Zasada działania generacji MHD

Zasada działania generacji MHD jest bardzo prosta i opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya, które mówi, że gdy przewodnik i pole magnetyczne poruszają się względem siebie, w przewodniku indukuje się napięcie, co prowadzi do przepływu prądu między końcówkami. Jak nazwa wskazuje, generator magneto-hydrodynamiczny przedstawiony na rysunku poniżej, dotyczy przepływu płynu przewodzącego w obecności pól magnetycznych i elektrycznych. W konwencjonalnym generatory lub alternatorach, przewodnikiem są wirowania miedziane lub taśmy, podczas gdy w generatory MHD gorący jonizowany gaz lub płyn przewodzący zastępuje stały przewodnik.

Podciśniony, elektrycznie przewodzący płyn przepływa przez poprzeczne pole magnetyczne w kanale lub przewodzie. Pary elektrod umieszczone są na ścianach kanału pod kątem prostym do pola magnetycznego i połączone są przez zewnętrzny obwód, aby dostarczyć energię do podłączonego do niego obciążenia. Elektrody w generatorze MHD pełnią tę samą funkcję, co szczotki w konwencjonalnym generatorze prądu stałego. Generator MHD generuje prąd stały, a konwersja na prąd przemienny odbywa się za pomocą inwertera. Moc wygenerowana na jednostkę długości przez generator MHD jest przybliżona wzorem:

Gdzie, u to prędkość płynu, B to gęstość strumienia magnetycznego, σ to przewodność elektryczna płynu przewodzącego, a P to gęstość płynu.

Widoczne z powyższego równania, dla wyższej gęstości mocy generatora MHD musi istnieć silne pole magnetyczne o sile 4-5 tesla oraz wysoka prędkość przepływu płynu przewodzącego, oprócz odpowiedniej przewodności.

Cykly MHD i płyn pracujący

Cykle MHD mogą być dwóch typów, a mianowicie:

1. Otwarty cykl MHD.

2. Zamknięty cykl MHD.

Szczegółowy opis typów cykli MHD i używanych płynów pracujących znajduje się poniżej.

Otwarty cykl MHD

W otwartym cyklu MHD atmosferyczne powietrze o bardzo wysokiej temperaturze i ciśnieniu przepływa przez silne pole magnetyczne. Węgiel jest najpierw przetwarzany i spalany w komorze spalania przy wysokiej temperaturze około 2700°C i ciśnieniu około 12 ATP z uprzednio nagrzanym powietrzem z plazmy. Następnie do plazmy wstrzykuje się materiał nasiewowy, takie jak węglan potasu, aby zwiększyć przewodność elektryczną. Powstająca mieszanka o przewodności elektrycznej około 10 Siemens/m jest rozprężana przez dyszę, aby uzyskać wysoką prędkość, a następnie przepływa przez pole magnetyczne generatora MHD. Podczas rozprężania gazu o wysokiej temperaturze, dodatnie i ujemne jony przemieszczają się do elektrod, tworząc prąd elektryczny. Gaz jest następnie odprowadzany przez generator. Ponieważ to samo powietrze nie może być ponownie użyte, tworzy to otwarty cykl, stąd nazwa otwarty cykl MHD.

Zamknięty cykl MHD

Jak sama nazwa wskazuje, płyn pracujący w zamkniętym cyklu MHD krąży w zamkniętej pętli. W tym przypadku jako płyn pracujący używa się inertnego gazu lub metalu ciekłego do przesyłania ciepła. Metal ciekły ma zwykle zaletę wysokiej przewodności elektrycznej, dlatego ciepło dostarczane przez materiał spalania nie musi być zbyt wysokie. W przeciwieństwie do systemu otwartego, nie ma wejścia ani wyjścia dla powietrza atmosferycznego. Proces jest więc znacznie uproszczony, ponieważ ten sam płyn krąży wielokrotnie, zapewniając efektywną wymianę ciepła.

Zalety generacji MHD

Zalety generacji MHD w porównaniu z innymi tradycyjnymi metodami generacji są następujące:

1. Tutaj tylko płyn pracujący jest krążony, a nie ma poruszających się części mechanicznych. To zmniejsza straty mechaniczne do zera i sprawia, że działanie jest bardziej niezawodne.

2. Temperatura płynu pracującego jest utrzymywana przez ściany generatora MHD.

3. Ma zdolność do osiągnięcia pełnej mocy niemal bezpośrednio.

4. Cena generatorów MHD jest znacznie niższa niż cena tradycyjnych generatorów.

5. MHD ma bardzo wysoką efektywność, która jest wyższa niż większość innych tradycyjnych lub nietradycyjnych metod generacji.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.