MHD-generering eller magnetohydrodynamisk elproduktion

MHD-generering eller, även känd som magneto-hydrodynamisk energigenerering, är ett direkt energiomvandlingsystem som omvandlar värmeenergi direkt till elektrisk energi, utan någon mellanliggande mekanisk energiomvandling, i motsats till fallet i alla andra energiproducerande anläggningar. Därför kan en betydande bränslebesparing uppnås genom att eliminera processen med att producera mekanisk energi och sedan omvandla den igen till elektrisk energi.

MHD-genereringens historia

Konceptet MHD-energiförsörjning introducerades första gången av Michael Faraday år 1832 i sin Bakerianföreläsning till Royal Society. Han utförde faktiskt ett experiment vid Waterloo Bridge i Storbritannien för att mäta strömmen från floden Thames i jordens magnetfält.

Detta experiment utstakade på ett sätt det grundläggande konceptet bakom MHD-generering. Under åren därefter genomfördes flera forskningsarbeten på detta ämne, och senare den 13 augusti 1940 antogs konceptet om magneto-hydrodynamisk energigenerering som den mest accepterade processen för omvandling av värmeenergi direkt till elektrisk energi utan en mekanisk underlänk.

MHD-genereringens princip

Principen för MHD-energiförsörjning är mycket enkel och baserad på Faradays lag om elektromagnetisk induktion, vilken säger att när en ledare och ett magnetfält rör sig relativt till varandra, så induceras spänning i ledaren, vilket resulterar i strömflöde över terminalerna. Som namnet antyder, handlar magneto-hydrodynamiska generatorn som visas i figuren nedan om flödet av en ledande vätska i närvaro av magnetiska och elektriska fält. I konventionella generatorer eller alternatorer består ledaren av kopparvindningar eller band, medan i en MHD-generator ersätts den fasta ledaren av en het ioniserad gas eller en ledande vätska.

En under tryck ställd, elektriskt ledande vätska flyter genom ett transversalt magnetfält i en kanal eller rör. Par av elektroder placeras på kanalväggarna vinkelrätt mot magnetfältet och ansluts via en extern krets för att leverera energi till en belastning som är ansluten till den. Elektroderna i MHD-generatoren utför samma funktion som penslar i en konventionell DC-generator. MHD-generatoren producerar DC-ström och omvandlingen till AC görs med en inverter. Den genererade effekten per enhetslängd av MHD-generatoren ges ungefär av,

Där u är vätskeflödets hastighet, B är magnetisk flödestäthet, σ är elektrisk ledningsförmåga av den ledande vätskan och P är vätskans densitet.

Det framgår av ekvationen ovan att för högre effektstäthet hos en MHD-generator måste det finnas ett starkt magnetfält på 4-5 tesla och hög flödehastighet av den ledande vätskan förutom tillräcklig ledningsförmåga.

MHD-cykler och arbetsmedier

MHD-cykler kan vara av två typer, nämligen

1. Öppen cykel MHD.

2. Stängd cykel MHD.

En detaljerad beskrivning av de olika typerna av MHD-cykler och de arbetsmedier som används, finns nedan.

Öppen cykel MHD-system

I öppen cykel MHD-system passerar atmosfäriska luften vid mycket hög temperatur och tryck genom det starka magnetfältet. Kol bearbetas först och bränns i förbrännaren vid en hög temperatur på cirka 2700oC och tryck på cirka 12 ATP med förvärmad luft från plasman. Sedan injiceras ett frömaterial som kaliumkarbonat till plasman för att öka den elektriska ledningsförmågan. Den resulterande blandningen med en elektrisk ledningsförmåga på cirka 10 Siemens/m expanderas genom en munstycke, så att den får en hög hastighet och sedan passerar genom magnetfältet i MHD-generatoren. Under expansionen av gasen vid hög temperatur rör de positiva och negativa jonerna sig till elektroderna och konstituerar därmed en elektrisk ström. Gasen släpps sedan ut genom generatoren. Eftersom samma luft inte kan återanvändas bildar det en öppen cykel och därför kallas det för öppen cykel MHD.

Stängd cykel MHD-system

Som namnet antyder cirkulerar arbetsvätskan i en stängd cykel MHD i en stängd slinga. Därför används i detta fall ett inert gas eller flytande metall som arbetsvätska för att överföra värmen. Flytande metaller har typiskt fördelen med hög elektrisk ledningsförmåga, så att värmen från förbränningsmaterialen inte behöver vara alltför hög. I motsats till öppna system finns det inga in- och utgångar för atmosfäriska luften. Processen förenklas därför till stor del, eftersom samma vätska cirkulerar om och om igen för effektiv värmeöverföring.

Fördelar med MHD-generering

Fördelarna med MHD-generering jämfört med andra konventionella genereringssätt finns nedan.

1. Här cirkulerar endast arbetsvätskan, och det finns inga rörliga mekaniska delar. Detta minskar de mekaniska förlusterna till noll och gör operationen mer pålitlig.

2. Temperaturerna hos arbetsvätskan hålls konstant av MHD:s väggar.

3. Den har förmågan att nå full effektnivå nästan direkt.

4. Priset för MHD-generatorer är mycket lägre än konventionella generatorer.

5. MHD har en mycket hög effektivitet, vilket är högre än de flesta andra konventionella eller icke-konventionella genereringssätt.

Uttryck: Respektera ursprungligheten, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsoverträdelse kontakta för borttagning.