Când generatoarele de energie electrică cu plasmă devin realitate

Aproape toți cei interesați de energie au auzit despre perspectivele generatoarelor de MHD. Dar puțini sunt cunoscuți faptul că aceste generatoare au avut statutul de promițător de mai bine de 50 de ani. Problemele asociate cu generatoarele de plasmă MHD sunt descrise în articol.

Poveste cu plasmă sau generatoare de magnetohidrodinamic (MHD) similar surprinzător cu situația cu fuziune nucleară. Se pare că trebuie să faci un singur pas sau să depui puțin efort, iar conversia directă a căldurii în energie electrică va deveni o realitate familiară. Dar o altă problemă împinge această realitate la nesfârșit.

În primul rând, despre terminologie. Generatoarele de plasmă sunt una dintre varietățile generatoarelor de MHD. Iar aceștia, la rândul lor, și-au primit numele prin efectul apariției unui curent electric atunci când lichidele conductoare electric (electroliți) se mișcă într-un câmp magnetic. Aceste fenomene sunt descrise și studiate într-una din ramurile fizicii - magnetohidrodinamicii. De aici generatoarele și-au primit numele.

Istoric, primele experimente pentru crearea generatoarelor au fost efectuate cu electroliți. Dar rezultatele au arătat că este foarte dificil să accelerezi fluxul de electroliți la viteze supersonice și, fără aceasta, eficiența (eficiența) generatoarelor este extrem de scăzută.

Studii suplimentare au fost efectuate cu fluxuri de gaz ionizate de mare viteză sau cu plasmă. Prin urmare, astăzi, vorbind despre perspectivele de utilizare Generatoare de MHD, trebuie să țineți cont că vorbim exclusiv despre soiul lor de plasmă.

Fizic, efectul apariției unei diferențe de potențial și a unui curent electric atunci când încărcările se mișcă într-un câmp magnetic este similar Efect de hală. Cei care au lucrat cu senzori Hall știu că atunci când un curent trece printr-un semiconductor plasat într-un câmp magnetic, apare o diferență de potențial pe plăcile de cristal perpendiculare pe liniile câmpului magnetic. Numai în generatoarele de MHD se trece un fluid de lucru conductiv în loc de curent.

Puterea generatoarelor de MHD depinde direct de conductivitatea substanței care trece prin canalul său, pătratul vitezei sale și pătratul câmpului magnetic. Din aceste relații este clar că, cu cât este mai mare conductivitatea, temperatura și forța de câmp, cu atât este mai mare puterea luată.

Toate studiile teoretice privind transformarea căldurii în energie electrică au fost realizate încă din anii 50 ai secolului trecut. Un deceniu mai târziu, au apărut fabricile pilot Mark-V din SUA cu o capacitate de 32 MW și U-25 în URSS cu o capacitate de 25 MW. De atunci, au fost testate diverse modele și moduri de funcționare eficiente ale generatoarelor și au fost testate diverse tipuri de fluide de lucru și materiale structurale. Dar generatoarele de plasmă nu au atins o utilizare industrială largă.

Ce avem astăzi? Pe de o parte, o unitate electrică combinată cu un generator de MHD cu o capacitate de 300 MW la Uzina de district Ryazan State operează deja. Eficiența generatorului în sine depășește 45%, în timp ce eficiența stațiilor termice convenționale ajunge rareori la 35%. Generatorul utilizează o plasmă cu o temperatură de 2800 grade, obținută prin arderea gazelor naturale și magnet superconductor puternic.

S-ar părea că energia plasmatică a devenit o realitate. Dar generatoare similare de MHD din lume pot fi numărate pe degete și au fost create în a doua jumătate a secolului trecut.

Primul motiv este evident: sunt necesare materiale structurale rezistente la căldură pentru funcționarea generatoarelor. O parte din materiale au fost dezvoltate ca parte a implementării programelor de fuziune termonucleară. Altele sunt utilizate în știința rachetelor și sunt clasificate.În orice caz, aceste materiale sunt extrem de costisitoare.

Un alt motiv este particularitățile funcționării generatoarelor de MHD: produc curent exclusiv. Prin urmare, sunt necesare invertoare puternice și economice. Chiar și astăzi, în ciuda realizărilor tehnologiei cu semiconductor, o astfel de problemă nu a fost rezolvată complet. Și fără aceasta, este imposibil să transferați capacități uriașe către consumatori.

Problema creării câmpurilor magnetice superstrong nu a fost niciodată rezolvată complet. Chiar și utilizarea magneților supraconductori nu rezolvă problema. Toate materialele supraconductoare cunoscute au o rezistență critică a câmpului magnetic peste care superconductivitatea pur și simplu dispare.

Se poate ghici doar ce se poate întâmpla atunci când trecerea bruscă la o stare normală de conductori în care densitatea curentului depășește 1000 A / mm2. Explozia înfășurărilor în imediata apropiere a plasmei încălzite la aproape 3000 de grade nu va provoca o catastrofă globală, dar sigur că un generator scump de MHD va eșua.

Problemele de încălzire cu plasmă la temperaturi mai ridicate rămân: la 2500 de grade și aditivii de metale alcaline (potasiu), conductivitatea plasmatică rămâne totuși foarte scăzută, necomensurabilă cu conductivitatea cuprului. Dar o creștere a temperaturii va necesita din nou materiale termorezistente. Cercul se închide.

Prin urmare, toate unitățile de alimentare cu generatoare de MHD create astăzi demonstrează nivelul de tehnologie obținut mai degrabă decât fezabilitatea economică. Prestigiul țării este un factor important, dar construirea generatoarelor de MHD masiv costisitoare și capricioase este astăzi foarte scumpă. Prin urmare, chiar și cei mai puternici generatori de MHD rămân în statutul instalațiilor pilot. Pe ei, inginerii și oamenii de știință lucrează la proiectări viitoare, testând noi materiale.

Când această lucrare se termină, este greu de spus. Abundența diferitelor modele de generatoare de MHD sugerează că soluția optimă este încă departe. Iar informațiile conform cărora plasma de fuziune termonucleară este un mediu de lucru ideal pentru generatoarele de MHD împinge utilizarea lor pe scară largă până la jumătatea secolului nostru.