Kad plazmas elektrības ģeneratori kļūst par realitāti

Gandrīz visi, kas interesējās par enerģiju, dzirdēja par MHD ģeneratoru izredzēm. Bet tas, ka šie ģeneratori ir bijuši daudzsološi jau vairāk nekā 50 gadus, ir zināms maz. Problēmas, kas saistītas ar plazmas MHD ģeneratoriem, ir aprakstītas rakstā.

Stāsts ar plazmu, vai magnetohidrodinamiskie (MHD) ģeneratori pārsteidzoši līdzīga situācijai ar saplūšana. Šķiet, ka jums ir jāveic tikai viens solis vai jāpieliek nedaudz pūļu, un tieša siltuma pārvēršana elektriskajā enerģijā kļūs par pazīstamu realitāti. Bet cita problēma šo realitāti nospiež uz nenoteiktu laiku.

Pirmkārt, par terminoloģiju. Plazmas ģeneratori ir viena no MHD ģeneratoru šķirnēm. Un tie, savukārt, ieguva savu vārdu pēc elektriskās strāvas parādīšanās, kad elektriski vadoši šķidrumi (elektrolīti) pārvietojas magnētiskajā laukā. Šīs parādības ir aprakstītas un pētītas vienā no fizikas nozarēm - magnetohidrodinamika. No šejienes ģeneratori ieguva savu vārdu.

Vēsturiski pirmie ģeneratoru izveides eksperimenti tika veikti ar elektrolītiem. Bet rezultāti parādīja, ka ir ļoti grūti paātrināt elektrolītu plūsmu līdz virsskaņas ātrumiem, un bez tā ģeneratoru efektivitāte (efektivitāte) ir ārkārtīgi zema.

Turpmāki pētījumi tika veikti ar ātrgaitas jonizētas gāzes plūsmām vai plazmu. Tāpēc šodien runājot par lietošanas izredzēm MHD ģeneratori, jums jāpatur prātā, ka mēs runājam tikai par viņu plazmas dažādību.

Fiziski potenciālās starpības un elektriskās strāvas parādīšanās ietekme, kad lādiņi pārvietojas magnētiskajā laukā, ir līdzīga Halles efekts. Tie, kas strādāja ar Hallas sensoriem, zina, ka tad, kad strāva iet caur pusvadītāju, kas ievietots magnētiskajā laukā, uz kristāla plāksnēm parādās perpendikulāri magnētiskā lauka līnijām potenciāla starpība. Tikai MHD ģeneratoros strāvas vietā tiek nodots vadošs darba šķidrums.

MHD ģeneratoru jauda tieši ir atkarīga no vielas vadītspējas, kas iet caur tās kanālu, no ātruma kvadrāta un magnētiskā lauka kvadrāta. No šīm attiecībām ir skaidrs, ka, jo lielāka vadītspēja, temperatūra un lauka stiprums, jo lielāka ir patērētā jauda.

Visi teorētiskie pētījumi par siltuma praktisku pārvēršanu elektrībā tika veikti jau pagājušā gadsimta 50. gados. Un pēc desmit gadiem ASV parādījās izmēģinājuma stacijas “Mark-V” ar jaudu 32 MW un PSRS “U-25” ar jaudu 25 MW. Kopš tā laika ir pārbaudīti dažādi ģeneratoru modeļi un efektīvi darba režīmi, kā arī pārbaudīti dažāda veida darba šķidrumi un konstrukcijas materiāli. Bet plazmas ģeneratori nav sasnieguši plašu rūpniecisko izmantošanu.

Kas mums šodien ir? No vienas puses, Rjazaņas štata apgabala elektrostacijā jau darbojas kombinētais spēka agregāts ar MHD ģeneratoru ar jaudu 300 MW. Pati ģeneratora efektivitāte pārsniedz 45%, savukārt parasto termo staciju efektivitāte reti sasniedz 35%. Ģeneratorā tiek izmantota plazma ar temperatūru 2800 grādi, kas iegūta, sadedzinot dabasgāzi, un spēcīgs supravadošais magnēts.

Šķiet, ka plazmas enerģija ir kļuvusi par realitāti. Bet līdzīgus MHD ģeneratorus pasaulē var saskaitīt uz pirkstiem, un tie tika izveidoti pagājušā gadsimta otrajā pusē.

Pirmais iemesls ir acīmredzams: ģeneratoru darbībai nepieciešami karstumizturīgi konstrukcijas materiāli. Daži materiāli ir izstrādāti kodolsintēzes programmu īstenošanas ietvaros. Citi tiek izmantoti raķešu zinātnē un tiek klasificēti.Jebkurā gadījumā šie materiāli ir ārkārtīgi dārgi.

Vēl viens iemesls ir MHD ģeneratoru darbības īpatnības: tie rada tikai līdzstrāvu. Tāpēc ir nepieciešami jaudīgi un ekonomiski invertori. Pat šodien, neskatoties uz pusvadītāju tehnoloģijas sasniegumiem, šāda problēma nav pilnībā atrisināta. Un bez tā nav iespējams nodot patērētājiem milzīgas iespējas.

Arī superstrong magnētisko lauku radīšanas problēma nav pilnībā atrisināta. Pat supravadošu magnētu izmantošana neatrisina problēmu. Visiem zināmajiem supravadošajiem materiāliem ir kritiska magnētiskā lauka stiprums, virs kura supravadītspēja vienkārši izzūd.

Var tikai nojaust, kas varētu notikt, ja vadītāji pēkšņi pāriet normālā stāvoklī, kurā strāvas blīvums pārsniedz 1000 A / mm2. Tinumu eksplozija tiešā tuvumā plazmai, kas uzsildīta līdz gandrīz 3000 grādiem, neizraisīs globālu katastrofu, bet dārgs MHD ģenerators noteikti neizdosies.

Paliek problēmas ar plazmas uzsildīšanu līdz augstākai temperatūrai: pie 2500 grādiem un sārmu metālu (kālija) piedevām plazmas vadītspēja joprojām ir ļoti zema, nesalīdzināma ar vara vadītspēju. Bet temperatūras paaugstināšanās atkal prasīs jaunus karstumizturīgus materiālus. Aplis aizveras.

Tāpēc visi šodien radītie spēka agregāti ar MHD ģeneratoriem demonstrē sasniegto tehnoloģiju līmeni, nevis ekonomisko iespējamību. Valsts prestižs ir svarīgs faktors, taču šodien masveidā dārgu un kaprīza MHD ģeneratoru celtniecība ir ļoti dārga. Tāpēc pat visspēcīgākie MHD ģeneratori paliek izmēģinājuma staciju statusā. Tajā inženieri un zinātnieki izstrādā nākotnes dizainu, testējot jaunus materiālus.

Kad šis darbs beigsies, ir grūti pateikt. MHD ģeneratoru dažādu dizainu pārpilnība liek domāt, ka optimālais risinājums joprojām ir tālu. Un informācija, ka kodoltermiskās saplūšanas plazma ir ideāla darba vide MHD ģeneratoriem, liek to plaši izmantot līdz mūsu gadsimta vidum.