Генерація MHD або генерація електроенергії за допомогою магнітно-гідродинамічного ефекту

Генерація MHD або, як її ще називають, магнітогідродинамічна генерація електроенергії, є системою безпосереднього перетворення енергії, яка перетворює теплову енергію безпосередньо в електричну, без будь-якого проміжного механічного перетворення, на відміну від усіх інших електростанцій. Тому в цьому процесі можна досягти значної економії палива завдяки виключенню процесу створення механічної енергії та її подальшого перетворення в електричну.

Історія генерації MHD

Концепцію генерації електроенергії за допомогою MHD вперше представив Майкл Фарадей у 1832 році в своїй Бейкерській лекції Королівському товариству. Він здійснив експеримент на мосту Уотерлоо в Великобританії для вимірювання струму, що виникає при русі річки Темзи в магнітному полі Землі.

Цей експеримент визначив основну концепцію генерації MHD. Протягом років було проведено багато досліджень на цю тему, і 13 серпня 1940 року концепція магнітогідродинамічної генерації електроенергії стала найширшевживанішим процесом для безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну без механічного посилання.

Принцип генерації MHD

Принцип генерації електроенергії MHD дуже простий і базується на законі Фарадея електромагнітної індукції, який стверджує, що коли провідник і магнітне поле рухаються відносно один одного, то в провіднику індукується напруга, що призводить до появи струму між контактами. Як видно з назви, генератор MHD, показаний на малюнку нижче, стосується руху провідної рідини в присутності магнітного і електричного поля. У традиційних генераторах або альтернаторах провідник складається з медних обмоток або стрічок, тоді як у генераторі MHD гарячу іонізовану газову суміш або провідну рідину замінює твердий провідник.

Під тиском електропровідна рідина рухається через поперечне магнітне поле в каналі або шляху. Пари електродів розташовані на стінах каналу під прямим кутом до магнітного поля і з'єднані через зовнішній контур для передачі енергії на навантаження, підключене до нього. Електроди в генераторі MHD виконують ту ж функцію, що й щітки в традиційному DC-генераторі. Генератор MHD виробляє DC-енергію, а перетворення на AC відбувається за допомогою інвертора. Енергія, вироблена на одиницю довжини генератором MHD, приблизно визначається формулою:

Де u - швидкість рідини, B - магнітна індукція, σ - електропровідність провідної рідини, P - щільність рідини.

З вищезазначеного рівняння очевидно, що для високої щільності потужності генератора MHD повинно бути сильне магнітне поле 4-5 тесла, висока швидкість руху провідної рідини, а також достатня електропровідність.

Цикли MHD та робочі рідини

Цикли MHD можуть бути двох типів:

1. Відкритий цикл MHD.

2. Закритий цикл MHD.

Детальний опис типів циклів MHD та робочих рідин, які використовуються, наведено нижче.

Система відкритого циклу MHD

У системі відкритого циклу MHD атмосферний повітряний потік при надзвичайно високій температурі та тиску проходить через сильне магнітне поле. Спочатку вугілля обробляється та спалюється в камері спалювання при температурі близько 2700oC і тиску близько 12 АТМ з попередньо нагрітим повітряним плазмом. Потім в плазму вводиться матеріал-засівець, наприклад, карбонат калію, для збільшення електропровідності. Результуюча суміш з електропровідністю близько 10 Сіменс/м розширяється через насадку, щоб отримати високу швидкість, і потім проходить через магнітне поле генератора MHD. Під час розширення газу при високій температурі, додатні та від'ємні іони рухаються до електродів, що створює електричний струм. Газ потім викидається через генератор. Оскільки той самий повітряний потік не може бути повторно використаний, це формує відкритий цикл, тому система називається відкритим циклом MHD.

Система закритого циклу MHD

Як вказує назва, робоча рідина в закритому циклі MHD циркулює в замкнутому контурі. Тому в цьому випадку використовується інертний газ або рідкий метал як робоча рідина для передачі тепла. Рідкий метал має перевагу високої електропровідності, тому температура, забезпечувана матеріалом спалювання, не повинна бути надто високою. На відміну від системи відкритого циклу, немає входу та виходу для атмосферного повітря. Тому процес значно спрощується, оскільки та сама рідина циркулює знову і знову для ефективної передачі тепла.

Переваги генерації MHD

Переваги генерації MHD над іншими традиційними методами генерації електроенергії наведені нижче.

1. Тут циркулює лише робоча рідина, і немає рухомих механічних частин. Це зменшує механічні втрати до нуля і робить операцію більш надійною.

2. Температура робочої рідини підтримується стінками MHD.

3. Вона має здатність досягти повного рівня потужності практично безпосередньо.

4. Ціна генераторів MHD значно нижча, ніж у традиційних генераторів.

5. Ефективність MHD дуже висока, вона вища, ніж у більшості інших традиційних або нетрадиційних методів генерації.

Заява: Поважайте оригінал, хороші статті варто поширити, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.