Kad generatori električne energije u plazmi postanu stvarnost

Gotovo svi koji su bili zainteresirani za energiju čuli su za izglede MHD generatora. Ali činjenica da su ti generatori u statusu perspektivnih više od 50 godina zna malo tko. Problemi povezani s MHD generatorima u plazmi opisani su u članku.

Priča s plazmom, ili magnetohidrodinamički (MHD) generatori iznenađujuće slična situaciji sa nuklearne fuzije, Čini se da trebate poduzeti samo jedan korak ili se malo potruditi, a izravno pretvaranje topline u električnu energiju postat će vam poznata stvarnost. Ali još jedan problem ovu stvarnost gura u nedogled.

Prije svega o terminologiji. Generatori plazme jedna su od sorti MHD generatora. A one su, zauzvrat, ime dobile po efektu pojave električne struje kada se električno provodljive tekućine (elektroliti) kreću u magnetskom polju. Ti su fenomeni opisani i proučavani u jednoj od grana fizike - magnetohidrodinamika, Odavde su generatori dobili svoje ime.

Povijesno, prvi eksperimenti za stvaranje generatora provedeni su s elektrolitima. No, rezultati su pokazali da je vrlo teško ubrzati protok elektrolita do nadzvučnih brzina, a bez toga je učinkovitost (učinkovitost) generatora izuzetno niska.

Daljnja ispitivanja provedena su s brzinim protokom ioniziranog plina ili plazme. Stoga, danas, govoreći o izgledima za uporabu MHD generatori, morate imati na umu da govorimo isključivo o njihovoj raznolikosti plazme.

Fizički je učinak pojave razlike potencijala i električne struje kada se naboji kreću u magnetskom polju sličan Hall efekt, Oni koji su radili s Hallovim senzorima znaju da kada struja prođe kroz poluvodič smješten u magnetskom polju, na kristalnim pločama okomitim na linije magnetskog polja pojavljuje se potencijalna razlika. Samo u MHD generatorima provodi se strujna radna tekućina umjesto struje.

Snaga MHD generatora izravno ovisi o vodljivosti tvari koja prolazi kroz njen kanal, kvadratu njegove brzine i kvadratu magnetskog polja. Iz tih odnosa jasno je da što su veća vodljivost, temperatura i jakost polja, veća je preuzeta snaga.

Sve teorijske studije o praktičnom pretvaranju topline u električnu energiju provedene su još pedesetih godina prošlog stoljeća. Desetljeće kasnije pojavile su se pilot-postrojenja Mark-V u SAD-u snage 32 MW i U-25 u SSSR-u s kapacitetom od 25 MW. Od tada su testirani različiti dizajni i učinkoviti načini rada generatora, a testirane su i razne vrste radnih tekućina i građevinskih materijala. Ali generatori plazme nisu dosegli široku industrijsku upotrebu.

Što danas imamo? S jedne strane, kombinirani pogonski agregat s MHD generatorom snage 300 MW u državnoj elektrani u Ryazanu već radi. Učinkovitost samog generatora prelazi 45%, dok učinkovitost konvencionalnih termalnih stanica rijetko doseže 35%. Generator koristi plazmu s temperaturom od 2800 stupnjeva, dobivenu izgaranjem prirodnog plina, i moćan superprevodni magnet.

Činilo bi se da je energija plazme postala stvarnost. Ali slični MHD generatori u svijetu mogu se računati na prste, a nastali su u drugoj polovici prošlog stoljeća.

Prvi je razlog očit: za rad generatora potrebni su strukturni materijali otporni na toplinu. Neki od materijala razvijeni su u sklopu provedbe programa termonuklearne fuzije. Ostali se koriste u raketnoj znanosti i razvrstani su.U svakom slučaju, ovi su materijali izuzetno skupi.

Drugi razlog su osobitosti rada MHD generatora: oni proizvode isključivo istosmjernu struju. Stoga su potrebni snažni i ekonomični pretvarači. Ni danas, unatoč postignućima tehnologije poluvodiča, takav problem nije u potpunosti riješen. A bez toga je nemoguće prenijeti ogromne kapacitete na potrošače.

Ni problem stvaranja supermoćnih magnetskih polja nije u potpunosti riješen. Čak i uporaba superprevodnih magneta ne rješava problem. Svi poznati supravodljivi materijali imaju kritičnu jakost magnetskog polja iznad koje supravodljivost jednostavno nestaje.

Može se samo nagađati što se može dogoditi kad nagli prijelaz u normalno stanje vodiča u kojem gustoća struje prelazi 1000 A / mm2. Eksplozija namotaja u neposrednoj blizini plazme zagrijane na gotovo 3000 stupnjeva neće izazvati globalnu katastrofu, ali skupi MHD generator neće uspjeti sigurno.

Ostaju problemi zagrijavanja plazme na veće temperature: pri 2500 stupnjeva i dodacima alkalnih metala (kalijuma) provodljivost plazme ostaje, međutim, vrlo niska, neusporediva s vodljivošću bakra. Ali porast temperature opet će zahtijevati nove materijale otporne na toplinu. Krug se zatvara.

Stoga sve pogonske jedinice s MHD agregatima stvorenim danas pokazuju razinu postignute tehnologije, a ne ekonomsku izvedivost. Ugled zemlje važan je čimbenik, ali danas je graditi masivno skupe i kapriciozne MHD generatore vrlo skupo. Stoga čak i najmoćniji MHD agregati ostaju u statusu pilot postrojenja. Na njima inženjeri i znanstvenici rade buduće dizajne, testirajući nove materijale.

Kad se ovaj posao završi, teško je reći. Mnoštvo različitih dizajna MHD generatora sugerira da je optimalno rješenje još uvijek daleko. A informacija da je plazma termonuklearne fuzije idealan radni medij za MHD generatore gura njihovu raširenu upotrebu do sredine našeg stoljeća.