Når plasma-generatorer bliver virkelighed

Næsten alle, der var interesseret i energi, hørte om udsigterne for MHD-generatorer. Men det faktum, at disse generatorer har været i status som lovende i mere end 50 år, er kendt for få. Problemerne forbundet med plasma MHD-generatorer er beskrevet i artiklen.

Historie med plasma eller magnetohydrodynamiske (MHD) generatorer overraskende ligner situationen med nuklear fusion. Det ser ud til, at du kun behøver at tage et skridt eller gøre en lille indsats, og den direkte konvertering af varme til elektrisk energi bliver en kendt virkelighed. Men et andet problem skubber denne virkelighed på ubestemt tid.

Først og fremmest om terminologien. Plasmageneratorer er en af ​​sorterne af MHD-generatorer. Og de fik til gengæld deres navn ved virkningen af ​​udseendet af en elektrisk strøm, når elektrisk ledende væsker (elektrolytter) bevæger sig i et magnetfelt. Disse fænomener er beskrevet og studeret i en af ​​fysikens grene - magnetohydrodynamik. Herfra fik generatorerne deres navn.

Historisk set blev de første eksperimenter til at skabe generatorer udført med elektrolytter. Men resultaterne viste, at det er meget vanskeligt at fremskynde elektrolytstrømme til supersoniske hastigheder, og uden dette er effektiviteten (effektiviteten) for generatorerne ekstremt lav.

Yderligere undersøgelser blev udført med højhastigheds ioniserede gasstrømme eller plasma. Derfor taler vi i dag om udsigterne til brug MHD-generatorer, skal du huske, at vi udelukkende taler om deres plasmasortiment.

Fysisk er effekten af ​​udseendet af en potentiel forskel og en elektrisk strøm, når ladningerne bevæger sig i et magnetfelt, den samme Hall effekt. De, der arbejdede med Hall-sensorer, ved, at når en strøm passerer gennem en halvleder placeret i et magnetfelt, vises der en potentialforskel på krystalpladerne vinkelret på magnetfeltets linjer. Kun i MHD-generatorer ledes en ledende arbejdsvæske i stedet for strøm.

Kraften hos MHD-generatorer afhænger direkte af ledningsevnen for stoffet, der passerer gennem dets kanal, kvadratet med dets hastighed og kvadratet af det magnetiske felt. Fra disse forhold er det tydeligt, at jo større ledningsevne, temperatur og feltstyrke er, jo højere er taget effekt.

Alle teoretiske undersøgelser om den praktiske konvertering af varme til elektricitet blev foretaget så langt tilbage som 50'erne af forrige århundrede. Og et årti senere optrådte pilotanlæg “Mark-V” i USA med en kapacitet på 32 MW og “U-25” i USSR med en kapacitet på 25 MW. Siden da er forskellige konstruktioner og effektive driftsformer for generatorer testet, og forskellige typer arbejdsfluider og strukturelle materialer er blevet testet. Men plasmageneratorer har ikke nået udbredt industriel brug.

Hvad har vi i dag? På den ene side fungerer allerede en kombineret kraftenhed med en MHD-generator med en kapacitet på 300 MW ved Ryazan State District Power Plant. Selve generatorens effektivitet overstiger 45%, mens effektiviteten af ​​konventionelle termostationer sjældent når 35%. Generatoren bruger et plasma med en temperatur på 2800 grader, opnået ved forbrænding af naturgas, og kraftfuld superledende magnet.

Det ser ud til, at plasmaenergi er blevet en realitet. Men lignende MHD-generatorer i verden kan tælles med fingrene, og de blev oprettet i anden halvdel af forrige århundrede.

Den første grund er indlysende: varmebestandige konstruktionsmaterialer kræves til drift af generatorer. Nogle af materialerne er udviklet som en del af implementeringen af ​​termonukleære fusionsprogrammer. Andre bruges inden for raketvidenskab og klassificeres.Under alle omstændigheder er disse materialer ekstremt dyre.

En anden grund er særegenhederne ved driften af ​​MHD-generatorer: de producerer udelukkende jævnstrøm. Derfor kræves kraftige og økonomiske invertere. Selv i dag, trods resultaterne af halvlederteknologi, er et sådant problem ikke blevet løst fuldstændigt. Og uden dette er det umuligt at overføre enorm kapacitet til forbrugerne.

Problemet med at oprette superstrong-magnetiske felter er heller ikke helt løst. Selv brugen af ​​superledende magneter løser ikke problemet. Alle kendte superledende materialer har en kritisk magnetisk feltstyrke, over hvilken superledningsevnen simpelthen forsvinder.

Man kan kun gætte, hvad der kan ske, når en pludselig overgang til en normal tilstand af ledere, hvor strømtætheden overstiger 1000 A / mm2. Eksplosion af viklinger i nærheden af ​​plasma opvarmet til næsten 3000 grader vil ikke forårsage en global katastrofe, men en dyr MHD-generator vil bestemt deaktivere.

Problemer med plasmaopvarmning til højere temperaturer forbliver: ved 2500 grader og tilsætningsstoffer af alkalimetaller (kalium), plasma-ledningsevnen forbliver imidlertid meget lav, uforenelig med ledningsevnen af ​​kobber. Men en stigning i temperaturen kræver igen nye varmebestandige materialer. Cirklen lukkes.

Derfor demonstrerer alle kraftenheder med MHD-generatorer, der er oprettet i dag, niveauet af opnået teknologi snarere end økonomisk gennemførlighed. Landets prestige er en vigtig faktor, men det er meget dyrt at bygge massivt dyre og lunefulde MHD-generatorer i dag. Derfor forbliver selv de mest kraftfulde MHD-generatorer status som pilotanlæg. På dem arbejder ingeniører og videnskabsfolk på fremtidig design og tester nye materialer.

Når dette arbejde slutter, er det svært at sige. Mængden af ​​forskellige designs af MHD-generatorer antyder, at den optimale løsning stadig er langt væk. Og informationen om, at det termonukleare fusionsplasma er et ideelt arbejdsmedium for MHD-generatorer, skubber deres udbredte brug indtil midten af ​​vores århundrede.

Comments

[#1]

Hej
1. Om MHD-generatorer skrevet og udført nok eksperimenter. Problemet har en løsning som et fysisk fænomen i en veldefineret struktur med en veldefineret algoritme. Dette er med hensyn til brugen af ​​såkaldte kemiske naturlige brændstoffer. Elektromagnetisk (svarende til apparatets formål) energi ved udgangen er en vekselstrøm i retningen. Dets overførsel til forbrugeren - i henhold til de sædvanlige velkendte e-mail-ordninger. levere. Effektivitetsmatmodeller opnået 90% og højere.
2. En anordning med næsten samme design med det samme driftsprincip kan opnås ved at bruge kernerne i lette elementer som brændstof som udgangsmateriale til syntese. Dette er den såkaldte Tyas. Ved stikkontakten til forbruger af elektricitet til husholdningsbehov den samme vekselstrøm. Koordinering med forbrugeren i henhold til ovenstående klassiske forsyningskæde.
3. Hvad angår levering til forbrugeren af ​​den producerede elektricitet ifølge s. 1 og s. 2 til den mekaniske bevægelse af køretøjer, er der et antal muligheder fra en ionfremdrivningsindretning (efter min mening meget lovende), gennem konventionelle elektriske motorer, til at bruge dem efter princippet om Lorentz kraft. Jeg tror, ​​at der er hvor man kan bruge fantasien til en teknisk specialist med tilstrækkelig finansiering til det.
4. I henhold til krav 1, 2, 3 har jeg så vidt muligt udført et antal eksperimenter: en fysisk - vellykket. Mange muligheder for forskellige måtter.2. modeller ifølge krav 1, afsnit 2 Teoretiske matematiske modeller havde meget opmuntrende resultater med effektiviteten af ​​at konvertere energien fra "brændstof" til elektromagnetisk energi i størrelsesordenen 90% og højere. Men som du ved, er sandhedskriteriet praksis. Hvem bekymrer sig - gå efter det.
Hilsen Boris.

[#2]

"Hvad har vi i dag? På den ene side fungerer en kombineret kraftenhed med en 300 MW MHD-generator allerede ved Ryazan State District Power Plant. Generatoreffektiviteten i sig selv overstiger 45%, mens effektiviteten af ​​konventionelle termiske stationer sjældent når 35%. Generatoren bruger plasma med temperatur 2800 grader opnået ved forbrænding af naturgas og en kraftfuld superledende magnet. "

Forfatteren er vildledende. MGDES i Ryazan-regionen som en MHD-generator fungerer ikke og har aldrig fungeret nøjagtigt, fordi forskere aldrig har været i stand til at tilbyde en fungerende teknologi til at holde plasma ved høj temperatur i industriel skala. I øjeblikket er MGDES i Ryazan-regionen blot endnu en blok med statsdistriktskraftværker med en separat spildevand.