Apabila penjana elektrik plasma menjadi kenyataan

Hampir setiap orang yang berminat dalam tenaga mendengar tentang prospek penjana MHD. Tetapi hakikat bahawa penjana ini berada dalam status yang menjanjikan selama lebih daripada 50 tahun diketahui sedikit. Masalah yang berkaitan dengan penjana MHD plasma diterangkan dalam artikel.

Cerita dengan plasma, atau penjana magnetohydrodynamic (MHD) menghairankan sama dengan keadaan dengan gabungan. Nampaknya anda hanya perlu mengambil satu langkah atau melakukan sedikit usaha, dan penukaran haba secara langsung ke dalam tenaga elektrik akan menjadi kenyataan yang biasa. Tetapi masalah lain menolak realiti ini selama-lamanya.

Pertama sekali, tentang terminologi. Penjana plasma adalah salah satu jenis penjana MHD. Dan mereka pula mendapat namanya dengan kesan penampilan arus elektrik apabila cecair konduktif elektrik (elektrolit) bergerak dalam medan magnet. Fenomena ini diterangkan dan dipelajari di salah satu cawangan fizik - magnetohydrodynamics. Dari sini para penjana mendapat namanya.

Dari segi sejarah, eksperimen pertama untuk menghasilkan penjana telah dijalankan dengan elektrolit. Tetapi keputusan menunjukkan bahawa sangat sukar untuk mempercepat aliran elektrolit ke kelajuan supersonik, dan tanpa ini, kecekapan (kecekapan) penjana sangat rendah.

Kajian lanjut dilakukan dengan aliran gas terionisasi berkecepatan tinggi, atau plasma. Oleh itu, hari ini, bercakap tentang prospek untuk digunakan Penjana MHD, anda harus ingat bahawa kami bercakap secara eksklusif mengenai pelbagai plasma mereka.

Secara fizikal, kesan penampilan perbezaan potensi dan arus elektrik apabila caj bergerak dalam medan magnet adalah sama Kesan Dewan. Mereka yang bekerja dengan sensor Dewan tahu bahawa apabila arus melewati semikonduktor yang diletakkan dalam medan magnet, perbezaan potensi muncul pada plat kristal yang berserenjang dengan garis medan magnet. Hanya dalam penjana MHD cecair kerja konduktif diluluskan bukan semasa.

Kuasa penjana MHD secara langsung bergantung kepada kekonduksian bahan yang melalui salurannya, segi segi empat segi kelajuan dan medan magnet medan magnet. Dari hubungan ini, jelas bahawa semakin besar kekonduksian, suhu dan kekuatan medan, semakin tinggi daya yang diambil.

Semua kajian teori mengenai penukaran haba yang praktikal ke dalam elektrik telah dilakukan sejak 50-an abad yang lalu. Satu dekad kemudian, kilang perintis Mark-V di Amerika Syarikat dengan kapasiti 32 MW dan U-25 di USSR dengan kapasiti 25 MW muncul. Sejak itu, pelbagai reka bentuk dan mod operasi berkesan penjana telah diuji, dan pelbagai jenis cecair kerja dan bahan struktur telah diuji. Tetapi penjana plasma belum mencapai penggunaan perindustrian yang meluas.

Apa yang kita ada hari ini? Di satu pihak, satu unit kuasa gabungan dengan penjana MHD dengan kapasiti 300 MW di Loji Kuasa Daerah Negeri Ryazan sudah beroperasi. Kecekapan penjana itu sendiri melebihi 45%, sementara kecekapan stesen haba konvensional jarang mencapai 35%. Penjana menggunakan plasma dengan suhu 2800 darjah, diperolehi oleh pembakaran gas asli, dan magnet superkonduktor yang kuat.

Nampaknya tenaga plasma telah menjadi kenyataan. Tetapi penjana MHD yang serupa di dunia boleh dikira pada jari-jari, dan ia dicipta pada separuh kedua abad yang lalu.

Sebab pertama adalah jelas: bahan struktur tahan panas diperlukan untuk operasi penjana. Beberapa bahan telah dibangunkan sebagai sebahagian daripada pelaksanaan program gabungan termonuklear. Lain-lain digunakan dalam sains roket dan diklasifikasikan.Walau apa pun, bahan-bahan ini sangat mahal.

Alasan lain adalah keganjilan operasi penjana MHD: mereka menghasilkan arus terus secara eksklusif. Oleh itu, penyongsang yang kuat dan ekonomi diperlukan. Malah pada hari ini, walaupun pencapaian teknologi semikonduktor, masalah seperti ini belum sepenuhnya diselesaikan. Dan tanpa ini, adalah mustahil untuk memindahkan keupayaan besar kepada pengguna.

Masalah mewujudkan medan magnet superstrong belum sepenuhnya diselesaikan sama ada. Malah penggunaan magnet superkonduktor tidak menyelesaikan masalah. Semua bahan superconducting yang diketahui mempunyai kekuatan medan magnet yang penting di atas yang superkonduktiviti hanya hilang.

Kita hanya boleh meneka apa yang boleh berlaku apabila peralihan tiba-tiba ke keadaan konduktor biasa di mana ketumpatan semasa melebihi 1000 A / mm2. Letupan lilitan berhampiran dengan plasma yang dipanaskan hingga hampir 3000 darjah tidak akan menyebabkan malapetaka global, tetapi penjana MHD mahal pasti gagal.

Masalah pemanasan plasma pada suhu yang lebih tinggi kekal: pada 2500 darjah dan aditif logam alkali (kalium), konduktivitas plasma, bagaimanapun, kekal sangat rendah, tidak dapat dikombinasikan dengan kekonduksian tembaga. Tetapi peningkatan suhu akan memerlukan bahan tahan panas yang baru. Lingkaran ditutup.

Oleh itu, semua unit kuasa dengan penjana MHD yang dicipta pada hari ini menunjukkan tahap teknologi yang dicapai daripada kelayakan ekonomi. Prestij negara merupakan faktor penting, tetapi membina penjana MHD secara besar-besaran yang mahal dan menentu hari ini sangat mahal. Oleh itu, walaupun penjana MHD yang paling berkuasa kekal dalam status tanaman perintis. Mereka, jurutera dan saintis sedang mengerjakan reka bentuk masa depan, menguji bahan-bahan baru.

Apabila kerja ini berakhir, sukar untuk mengatakan. Kelimpahan pelbagai reka bentuk penjana MHD menunjukkan bahawa penyelesaian optimum masih jauh. Dan maklumat bahawa plasma gabungan termonuklear adalah medium kerja yang ideal untuk penjana MHD menolak penggunaan meluas mereka sehingga pertengahan abad kita.