عندما تصبح مولدات الكهرباء البلازما حقيقة واقعة

سمع كل شخص مهتم بالطاقة حول آفاق مولدات MHD. لكن حقيقة أن هذه المولدات كانت في حالة واعدة لأكثر من 50 عامًا معروفة لدى قلة قليلة. تم توضيح المشكلات المرتبطة بمولدات البلازما MHD في المقالة.

قصة مع البلازما ، أو مولدات مغنطيسية ديناميكية (MHD) تشبه بشكل مدهش الوضع مع الاندماج النووي. يبدو أنك بحاجة إلى اتخاذ خطوة واحدة فقط أو بذل القليل من الجهد ، وسوف يصبح التحويل المباشر للحرارة إلى طاقة كهربائية حقيقة مألوفة. لكن هناك مشكلة أخرى تدفع بهذا الواقع إلى أجل غير مسمى.

بادئ ذي بدء ، حول المصطلحات. مولدات البلازما هي واحدة من أنواع مولدات MHD. وهؤلاء ، بدوره ، حصلوا على اسمهم من خلال تأثير ظهور التيار الكهربائي عندما تتحرك السوائل الموصلة كهربائياً (الشوارد) في المجال المغناطيسي. يتم وصف هذه الظواهر ودراستها في أحد فروع الفيزياء - المغنطيسية. من هنا حصلت المولدات على اسمهم.

تاريخيا ، أجريت التجارب الأولى لإنشاء مولدات مع الشوارد. ولكن أظهرت النتائج أنه من الصعب للغاية تسريع تدفق الشوارد إلى سرعات تفوق سرعة الصوت ، وبدون ذلك ، تكون كفاءة (كفاءة) المولدات منخفضة للغاية.

وأجريت دراسات أخرى مع تدفقات الغاز المؤين عالية السرعة ، أو البلازما. لذلك ، اليوم ، نتحدث عن احتمالات الاستخدام مولدات MHD، يجب أن تضع في اعتبارك أننا نتحدث حصريًا عن تنوع البلازما.

ماديًا ، يشبه تأثير ظهور فرق محتمل وتيار كهربائي عندما تتحرك الشحنات في مجال مغناطيسي تأثير هول. يعرف أولئك الذين عملوا مع مجسات هول أنه عندما يمر تيار من خلال أشباه الموصلات الموضوعة في مجال مغناطيسي ، يظهر فرق محتمل على اللوحات البلورية بشكل عمودي على خطوط المجال المغناطيسي. فقط في مولدات MHD يتم تمرير مائع العمل موصل بدلاً من التيار.

تعتمد قوة مولدات MHD بشكل مباشر على توصيل المادة المارة عبر قناتها ، ومربع سرعتها ومربع الحقل المغناطيسي. من هذه العلاقات ، من الواضح أنه كلما زادت الموصلية ودرجة الحرارة وقوة المجال ، زادت القدرة التي تم الحصول عليها.

تم إجراء جميع الدراسات النظرية حول التحويل العملي للحرارة إلى كهرباء منذ فترة الخمسينيات من القرن الماضي. بعد عقد من الزمن ، ظهرت محطات Mark-V التجريبية في الولايات المتحدة الأمريكية بسعة 32 ميجاوات و U-25 في الاتحاد السوفياتي بسعة 25 ميجاوات. منذ ذلك الحين ، تم اختبار تصميمات مختلفة وأنماط تشغيل فعالة للمولدات ، وتم اختبار أنواع مختلفة من سوائل العمل والمواد الإنشائية. لكن مولدات البلازما لم تصل إلى الاستخدام الصناعي الواسع.

ماذا لدينا اليوم؟ من ناحية ، تعمل بالفعل وحدة طاقة مشتركة مع مولد MHD بسعة 300 ميجاوات في محطة ريازان الحكومية في مقاطعة الطاقة. تتجاوز كفاءة المولد نفسه 45٪ ، بينما نادراً ما تصل كفاءة المحطات الحرارية التقليدية إلى 35٪. المولد يستخدم البلازما مع درجة حرارة 2800 درجة ، التي تم الحصول عليها عن طريق احتراق الغاز الطبيعي ، و مغناطيس قوي موصل قوي.

يبدو أن طاقة البلازما أصبحت حقيقة واقعة. لكن مولدات MHD المشابهة في العالم يمكن الاعتماد عليها على الأصابع ، وقد تم إنشاؤها في النصف الثاني من القرن الماضي.

السبب الأول واضح: المواد الهيكلية المقاومة للحرارة مطلوبة لتشغيل المولدات. تم تطوير بعض المواد كجزء من تنفيذ برامج الاندماج النووي الحراري. يتم استخدام الآخرين في علم الصواريخ وتصنف.في أي حال ، هذه المواد غالية للغاية.

سبب آخر هو خصوصيات تشغيل مولدات MHD: فهي تنتج تيارًا مباشرًا حصريًا. لذلك ، العاكسون قوية واقتصادية مطلوبة. حتى اليوم ، على الرغم من إنجازات تكنولوجيا أشباه الموصلات ، لم يتم حل هذه المشكلة بالكامل. وبدون ذلك ، من المستحيل نقل قدرات هائلة للمستهلكين.

مشكلة إنشاء حقول مغناطيسية قوية جداً لم تحل بالكامل. حتى استخدام المغناطيس فائق التوصيل لا يحل المشكلة. جميع المواد الفائقة الموصلية المعروفة لها قوة مجال مغناطيسي حرجة فوقها الموصلية الفائقة تختفي ببساطة.

يمكن للمرء أن يخمن فقط ما يمكن أن يحدث عندما يكون الانتقال المفاجئ إلى حالة طبيعية من الموصلات التي تتجاوز الكثافة الحالية 1000 A / mm2. إن انفجار اللفات على مقربة من البلازما المسخنة إلى ما يقرب من 3000 درجة لن يسبب كارثة عالمية ، ولكن من المؤكد أن مولد MHD الباهظ سيعطل.

تبقى مشاكل تسخين البلازما في درجات الحرارة المرتفعة: عند درجة 2500 درجة ومضافات الفلزات القلوية (البوتاسيوم) ، ومع ذلك ، فإن الموصلية البلازمية تظل منخفضة للغاية ، لا يمكن تعويضها مع قابلية توصيل النحاس. ولكن الزيادة في درجة الحرارة تتطلب مرة أخرى مواد جديدة مقاومة للحرارة. تغلق الدائرة.

لذلك ، تُظهر جميع وحدات الطاقة التي تعمل بمولدات MHD التي تم إنشاؤها اليوم مستوى التكنولوجيا المحققة بدلاً من الجدوى الاقتصادية. تعد مكانة البلاد عاملاً هامًا ، ولكن بناء مولدات MHD عالية التكلفة ومتقلبة للغاية اليوم يعد مكلفًا للغاية. لذلك ، حتى أقوى مولدات MHD تبقى في حالة النباتات التجريبية. عليها ، يعمل المهندسون والعلماء على وضع تصميمات مستقبلية ، واختبار مواد جديدة.

عندما ينتهي هذا العمل ، يصعب القول. تشير وفرة التصاميم المختلفة لمولدات MHD إلى أن الحل الأمثل لا يزال بعيدًا. والمعلومات التي تفيد بأن بلازما الاندماج النووي الحراري هي وسيلة عمل مثالية لمولدات MHD تدفع استخدامها على نطاق واسع حتى منتصف قرننا.

Comments

[#1]

مرحبا
1. حول مولدات MHD مكتوبة وإجراء تجارب كافية. المشكلة لها حل كظاهرة فيزيائية في بنية محددة جيدًا مع خوارزمية محددة جيدًا. هذا فيما يتعلق باستخدام ما يسمى الوقود الطبيعي الكيميائي. الطاقة الكهرومغناطيسية (على غرار الغرض من الجهاز) في الإخراج هي تيار متناوب في الاتجاه. نقلها إلى المستهلك - وفقا لمخططات البريد الإلكتروني المعروفة المعتادة. العرض. نماذج حصيرة الكفاءة التي تم الحصول عليها 90 ٪ وأعلى.
2. يمكن الحصول على جهاز من نفس التصميم تقريبًا ، مع نفس مبدأ التشغيل ، باستخدام نوى العناصر الخفيفة كوقود كمواد البدء للتوليف. هذا هو ما يسمى TYAS. في منفذ المستهلك للكهرباء لتلبية الاحتياجات المنزلية ، نفس التيار الكهربائي بالتناوب. التنسيق مع المستهلك وفقًا لسلسلة التوريد الكلاسيكية المذكورة أعلاه.
3. بالنسبة لتوصيل الكهرباء المولدة إلى المستهلك وفقًا للصفحة 1 و ص 2 للحركة الميكانيكية للمركبات ، هناك عدد من الخيارات من جهاز الدفع الأيوني (في رأيي ، واعد جدًا) ، من خلال المحركات الكهربائية التقليدية ، لاستخدامها وفقًا لمبدأ قوة لورنتز. أعتقد أن هناك مكان لنشر خيال أخصائي تقني بتمويل كاف لذلك.
4. وفقًا للإدعاء 1 ، 2 ، 3 ، إلى أقصى حد ممكن ، قمت بإجراء عدد من التجارب: واحدة جسدية - ناجحة. العديد من الخيارات لمختلف حصيرة.الطرز وفقًا للادعاء 1 ، الفقرة 2 كانت للنماذج الرياضية النظرية نتائج مشجعة للغاية مع كفاءة تحويل طاقة "الوقود" إلى طاقة كهرمغنطيسية بنسبة 90٪ وأعلى. ومع ذلك ، كما تعلمون ، فإن معيار الحقيقة هو الممارسة. من يهتم - يذهب لذلك.
التحيات ، بوريس.

[#2]

"ماذا لدينا اليوم؟ من ناحية ، هناك وحدة طاقة مشتركة مع مولد بقوة 300 ميغاواط في الساعة تعمل بالفعل في محطة ريازان الحكومية لمنطقة الطاقة. كفاءة المولد نفسها تتجاوز 45 ٪ ، في حين أن كفاءة المحطات الحرارية التقليدية نادرا ما تصل إلى 35 ٪. يستخدم المولد البلازما مع درجة الحرارة 2800 درجة حصل عليها احتراق الغاز الطبيعي ، ومغناطيس قوي موصل فائق ".

المؤلف مضلل. لا تعمل MGDES في منطقة ريازان كمولد MHD ولم تعمل على الإطلاق لأن العلماء لم يتمكنوا أبدًا من تقديم تقنية عاملة لعقد بلازما عالية الحرارة على نطاق صناعي. في الوقت الحالي ، تعد MGDES في منطقة ريازان مجرد كتلة أخرى من محطات توليد الطاقة في المقاطعات ذات قناة منفصلة.