Генерация MHD или генерация энергии на основе магнитогидродинамики

Генерация MHD или, как ее еще называют, магнитогидродинамическая генерация энергии, представляет собой систему прямого преобразования энергии, которая преобразует тепловую энергию непосредственно в электрическую, без промежуточного механического преобразования, в отличие от всех других электростанций. Таким образом, в этом процессе можно достичь значительной экономии топлива за счет исключения этапа производства механической энергии и последующего ее преобразования в электрическую.

История генерации MHD

Концепция генерации энергии MHD была впервые представлена Майклом Фарадеем в 1832 году в его Бейкеровской лекции Королевскому обществу. Он провел эксперимент на мосту Уотерлоо в Великобритании для измерения тока, возникающего при движении реки Темзы в магнитном поле Земли.

Этот эксперимент в определенной степени обозначил основную концепцию генерации MHD. В последующие годы было проведено множество исследований по этой теме, и 13 августа 1940 года концепция магнитогидродинамической генерации энергии стала широко признанным процессом для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую без механического звена.

Принцип генерации MHD

Принцип генерации энергии MHD очень прост и основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что когда проводник и магнитное поле движутся относительно друг друга, то в проводнике индуцируется напряжение, что приводит к току между контактами. Как следует из названия, магнитогидродинамический генератор, показанный на рисунке ниже, связан с потоком проводящей жидкости в присутствии магнитного и электрического полей. В традиционных генераторах или альтернаторах проводник состоит из медных обмоток или полос, тогда как в генераторе MHD горячий ионизированный газ или проводящая жидкость заменяет твердый проводник.

Под давлением проводящая жидкость проходит через поперечное магнитное поле в канале или трубе. Пары электродов расположены на стенках канала под прямым углом к магнитному полю и соединены через внешнюю цепь для передачи энергии нагрузке, подключенной к ним. Электроды в генераторе MHD выполняют ту же функцию, что и щетки в традиционном DC-генераторе. Генератор MHD вырабатывает постоянный ток, и преобразование в переменный ток осуществляется с помощью инвертора. Мощность, генерируемая на единицу длины генератором MHD, примерно равна,

где u — скорость жидкости, B — магнитная индукция, σ — электропроводность проводящей жидкости, а P — плотность жидкости.

Как видно из уравнения выше, для получения высокой плотности мощности генератора MHD необходимо наличие сильного магнитного поля (4-5 Тесла) и высокой скорости потока проводящей жидкости, а также достаточной электропроводности.

Циклы MHD и рабочие жидкости

Циклы MHD могут быть двух типов, а именно:

1. Открытый цикл MHD.

2. Закрытый цикл MHD.

Подробное описание типов циклов MHD и используемых рабочих жидкостей приведено ниже.

Система открытого цикла MHD

В системе открытого цикла MHD атмосферный воздух при очень высокой температуре и давлении пропускается через сильное магнитное поле. Сначала уголь обрабатывается и сжигается в камере сгорания при высокой температуре около 2700oC и давлении около 12 АТМ с предварительно нагретым воздухом от плазмы. Затем в плазму вводится материал-сеянец, такой как карбонат калия, чтобы увеличить электропроводность. Полученная смесь с электропроводностью около 10 См/м расширяется через сопло, чтобы получить высокую скорость, и затем пропускается через магнитное поле генератора MHD. При расширении газа при высокой температуре положительные и отрицательные ионы перемещаются к электродам, образуя электрический ток. Затем газ выводится из генератора. Поскольку тот же воздух не может быть использован повторно, это формирует открытый цикл, поэтому он называется открытым циклом MHD.

Система закрытого цикла MHD

Как следует из названия, рабочая жидкость в системе закрытого цикла MHD циркулирует в замкнутом контуре. Поэтому в этом случае в качестве рабочей жидкости используется инертный газ или жидкий металл для передачи тепла. Жидкий металл имеет преимущество высокой электропроводности, поэтому тепло, предоставляемое материалом сгорания, не должно быть слишком высоким. В отличие от системы открытого цикла, здесь нет входа и выхода для атмосферного воздуха. Поэтому процесс значительно упрощается, так как одна и та же жидкость циркулирует снова и снова для эффективного передачи тепла.

Преимущества генерации MHD

Преимущества генерации MHD над другими традиционными методами генерации приведены ниже.

1. Здесь циркулирует только рабочая жидкость, и нет движущихся механических частей. Это сводит механические потери к нулю и делает работу более надежной.

2. Температура рабочей жидкости поддерживается стенками генератора MHD.

3. У него есть способность почти сразу достигать полной мощности.

4. Цена генераторов MHD намного ниже, чем у традиционных генераторов.

5. Генерация MHD имеет очень высокую эффективность, которая выше, чем у большинства других традиционных или нетрадиционных методов генерации.

Заявление: Уважайте авторские права, хорошие статьи стоит делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.