Quando i generatori di elettricità al plasma diventano realtà

Quasi tutti coloro che erano interessati all'energia hanno sentito parlare delle prospettive dei generatori di MHD. Ma il fatto che questi generatori siano stati promettenti per più di 50 anni è noto a pochi. I problemi associati ai generatori di MHD al plasma sono descritti nell'articolo.

Storia con plasma, o generatori magnetoidrodinamici (MHD) sorprendentemente simile alla situazione con la fusione nucleare. Sembra che tu debba fare solo un passo o fare un piccolo sforzo e la conversione diretta del calore in energia elettrica diventerà una realtà familiare. Ma un altro problema spinge questa realtà a tempo indeterminato.

Prima di tutto, sulla terminologia. I generatori di plasma sono una delle varietà di generatori MHD. E quelli, a loro volta, hanno preso il nome dall'effetto della comparsa di una corrente elettrica quando i liquidi elettricamente conduttivi (elettroliti) si muovono in un campo magnetico. Questi fenomeni sono descritti e studiati in uno dei rami della fisica - magnetoidrodinamica. Da qui i generatori hanno preso il loro nome.

Storicamente, i primi esperimenti per creare generatori sono stati condotti con elettroliti. Ma i risultati hanno mostrato che è molto difficile accelerare i flussi di elettroliti a velocità supersoniche, e senza questo l'efficienza (efficienza) dei generatori è estremamente bassa.

Ulteriori studi sono stati condotti con flussi di gas ionizzati ad alta velocità o plasma. Pertanto, oggi, parlando delle prospettive di utilizzo Generatori di MHD, devi tenere presente che stiamo parlando esclusivamente della loro varietà di plasma.

Fisicamente, l'effetto dell'aspetto di una differenza potenziale e di una corrente elettrica quando le cariche si muovono in un campo magnetico è simile Effetto Hall. Coloro che hanno lavorato con i sensori di Hall sanno che quando una corrente passa attraverso un semiconduttore posto in un campo magnetico, una differenza di potenziale appare sulle piastre di cristallo perpendicolare alle linee del campo magnetico. Solo nei generatori MHD viene passato un fluido di lavoro conduttivo invece della corrente.

La potenza dei generatori di MHD dipende direttamente dalla conduttività della sostanza che passa attraverso il suo canale, dal quadrato della sua velocità e dal quadrato del campo magnetico. Da queste relazioni è chiaro che maggiore è la conduttività, la temperatura e l'intensità di campo, maggiore è la potenza assorbita.

Tutti gli studi teorici sulla conversione pratica del calore in elettricità sono stati condotti negli anni '50 del secolo scorso. Un decennio dopo, apparvero gli impianti pilota Mark-V negli Stati Uniti con una capacità di 32 MW e U-25 in URSS con una capacità di 25 MW. Da allora sono stati testati vari design e modalità operative efficaci dei generatori e sono stati testati vari tipi di fluidi di lavoro e materiali strutturali. Ma i generatori di plasma non hanno raggiunto un uso industriale diffuso.

Che cosa abbiamo oggi? Da un lato, è già operativa un'unità di potenza combinata con un generatore MHD con una capacità di 300 MW nella centrale elettrica del distretto statale di Ryazan. L'efficienza del generatore stesso supera il 45%, mentre l'efficienza delle stazioni termiche convenzionali raramente raggiunge il 35%. Il generatore utilizza un plasma con una temperatura di 2800 gradi, ottenuto dalla combustione di gas naturale, e potente magnete superconduttore.

Sembrerebbe che l'energia del plasma sia diventata realtà. Ma generatori MHD simili nel mondo possono essere contati sulle dita e sono stati creati nella seconda metà del secolo scorso.

Il primo motivo è ovvio: per il funzionamento dei generatori sono necessari materiali strutturali resistenti al calore. Alcuni dei materiali sono stati sviluppati nell'ambito dell'attuazione di programmi di fusione termonucleare. Altri sono usati nella scienza missilistica e sono classificati.In ogni caso, questi materiali sono estremamente costosi.

Un altro motivo sono le peculiarità del funzionamento dei generatori MHD: producono esclusivamente corrente continua. Pertanto, sono richiesti inverter potenti ed economici. Ancora oggi, nonostante i risultati della tecnologia dei semiconduttori, un tale problema non è stato completamente risolto. E senza questo, è impossibile trasferire enormi capacità ai consumatori.

Nemmeno il problema di creare campi magnetici estremamente forti è stato completamente risolto. Anche l'uso di magneti superconduttori non risolve il problema. Tutti i materiali superconduttori noti hanno un'intensità di campo magnetico critica al di sopra della quale la superconduttività semplicemente scompare.

Si può solo immaginare cosa può accadere quando un'improvvisa transizione verso uno stato normale di conduttori in cui la densità di corrente supera 1000 A / mm2. L'esplosione di avvolgimenti in prossimità del plasma riscaldato a quasi 3000 gradi non causerà una catastrofe globale, ma un generatore MHD costoso fallirà di sicuro.

Restano i problemi del riscaldamento del plasma a temperature più elevate: a 2500 gradi e con additivi di metalli alcalini (potassio), la conducibilità del plasma rimane tuttavia molto bassa, incommensurabile con la conducibilità del rame. Ma un aumento della temperatura richiederà nuovamente nuovi materiali resistenti al calore. Il cerchio si chiude.

Pertanto, tutte le unità di potenza con generatori MHD creati oggi dimostrano il livello di tecnologia raggiunto piuttosto che la fattibilità economica. Il prestigio del paese è un fattore importante, ma la costruzione di generatori MHD massicciamente costosi e capricciosi oggi è molto costosa. Pertanto, anche i più potenti generatori MHD rimangono nello stato di impianti pilota. Su di essi, ingegneri e scienziati stanno elaborando progetti futuri, testando nuovi materiali.

Quando questo lavoro finisce, è difficile dirlo. L'abbondanza di vari design di generatori MHD suggerisce che la soluzione ottimale è ancora lontana. E le informazioni secondo cui il plasma a fusione termonucleare è un mezzo di lavoro ideale per i generatori di MHD spingono il loro uso diffuso fino alla metà del nostro secolo.

Comments

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Ciao
1. Sui generatori di MHD scritti e condotti abbastanza esperimenti. Il problema ha una soluzione come fenomeno fisico in una struttura ben definita con un algoritmo ben definito. Questo per quanto riguarda l'uso del cosiddetto carburanti chimici chimici. L'energia elettromagnetica (simile allo scopo del dispositivo) all'uscita è una corrente alternata nella direzione. Il suo trasferimento al consumatore - secondo i soliti schemi di posta elettronica ben noti. fornire. I modelli con tappetino di efficienza hanno ottenuto il 90% e oltre.
2. Un dispositivo con quasi lo stesso design, con lo stesso principio di funzionamento, può essere ottenuto usando i nuclei di elementi leggeri come combustibile come materiale di partenza per la sintesi. Questo è il cosiddetto Tyas. Alla presa per il consumatore di energia elettrica per esigenze domestiche, la stessa corrente elettrica alternata. Coordinamento con il consumatore secondo la catena di approvvigionamento classica di cui sopra.
3. Per quanto riguarda la consegna al consumatore dell'elettricità generata ai sensi di p. 1 e p. 2 per il movimento meccanico dei veicoli, vi sono una serie di opzioni da un motore ionico (a mio avviso molto promettente), attraverso motori elettrici convenzionali, al loro utilizzo secondo il principio della forza di Lorentz. Penso che ci sia dove distribuire l'immaginazione di uno specialista tecnico con finanziamenti sufficienti per questo.
4. Secondo la rivendicazione 1, 2, 3, per quanto possibile, ho effettuato una serie di esperimenti: uno fisico - di successo. Molte opzioni per vari tappetini.modelli secondo la rivendicazione 1, clausola 2 I modelli matematici teorici hanno avuto risultati molto incoraggianti con l'efficienza di convertire l'energia del "combustibile" in energia elettromagnetica dell'ordine del 90% e oltre. Tuttavia, come sapete, il criterio della verità è la pratica. Chi se ne frega - provaci.
Saluti, Boris.

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"Cosa abbiamo oggi? Da un lato, un'unità di potenza combinata con un generatore MHD da 300 MW è già operativa nella centrale di Ryazan State District. L'efficienza del generatore supera il 45%, mentre l'efficienza delle stazioni termiche convenzionali raramente raggiunge il 35%. Il generatore utilizza plasma con una temperatura 2800 gradi ottenuti dalla combustione di gas naturale e un potente magnete superconduttore. "

L'autore è fuorviante. MGDES nella regione di Ryazan come generatore di MHD non funziona e non ha mai funzionato proprio perché gli scienziati non sono mai stati in grado di offrire una tecnologia funzionante per contenere il plasma ad alta temperatura su scala industriale. Al momento, l'MGDES della regione di Ryazan è solo un altro blocco di centrali distrettuali statali con sfioratore separato.