Када генератори електричне енергије у плазми постану стварност

Готово сви који су били заинтересовани за енергију чули су за изгледе МХД-а. Али чињеница да су ови генератори у статусу перспективних више од 50 година зна се мало ко. Проблеми повезани са МХД генераторима у плазми су описани у чланку.

Прича са плазмом или магнетохидродинамички (МХД) генератори изненађујуће слична ситуацији са фузија. Чини се да требате направити само један корак или се мало потрудити, а директно претварање топлине у електричну енергију постаће позната стварност. Али још један проблем ову стварност гура у недоглед.

Пре свега, о терминологији. Генератори плазме једна су од сорти МХД генератора. А оне су добиле своје име по ефекту појаве електричне струје када се електропроводне течности (електролити) крећу у магнетном пољу. Ове појаве су описане и проучаване у једној од грана физике - магнетохидродинамика. Одавде су генератори добили своје име.

Историјски, први експерименти за стварање генератора су изведени са електролитима. Али резултати су показали да је веома тешко убрзати проток електролита до надзвучних брзина, а без тога је ефикасност (ефикасност) генератора изузетно ниска.

Даљње студије су спроведене са брзиним протоком јонизованог гаса или плазме. Стога, данас, говорећи о изгледима за употребу МХД генератори, морате имати на уму да говоримо искључиво о њиховој разноликости плазме.

Физички је ефекат појаве разлике потенцијала и електричне струје када се набоји крећу у магнетном пољу сличан Халл ефекат. Они који су радили са Халловим сензорима знају да када струја прође кроз полуводич смештен у магнетном пољу, на кристалним плочама окомитим на линије магнетног поља појављује се потенцијална разлика. Само у МХД генераторима проводи се струјна радна течност уместо струје.

Снага МХД генератора директно зависи од проводљивости материје која пролази кроз њен канал, квадрата његове брзине и квадрата магнетног поља. Из тих односа јасно је да што су већа проводљивост, температура и јачина поља, већа је и преузета снага.

Све теоријске студије о практичном претварању топлотне енергије у електричну енергију изведене су још 50-их година прошлог века. Десетљеће касније појавиле су се пилотске електране Марк-В у САД снаге 32 МВ и У-25 у СССР-у капацитета 25 МВ. Од тада су тестирани различити дизајни и ефикасни начини рада генератора, а тестиране су и разне врсте радних течности и грађевинских материјала. Али генератори плазме нису достигли широку индустријску употребу.

Шта данас имамо? С једне стране, комбиновани погонски агрегат са МХД генератором снаге 300 МВ у државној електрани у Рјазану већ ради. Ефикасност самог генератора прелази 45%, док ефикасност конвенционалних термалних станица ретко достиже 35%. Генератор користи плазму с температуром од 2800 степени, добијену сагоревањем природног гаса и моћан суперпреводни магнет.

Чини се да је плазма енергија постала стварност. Али слични МХД генератори у свету могу се рачунати на прсте, а настали су у другој половини прошлог века.

Први разлог је очигледан: за рад генератора потребни су структурни материјали отпорни на топлоту. Неки од материјала развијени су у оквиру имплементације програма термонуклеарне фузије. Други се користе у ракетној науци и класификују их.У сваком случају, ови материјали су изузетно скупи.

Други разлог су особитости рада МХД генератора: они производе искључиво једносмерну струју. Стога су потребни снажни и економични претварачи. Ни данас, упркос достигнућима технологије полуводича, такав проблем није потпуно решен. А без тога је немогуће пренети огромне капацитете на потрошаче.

Ни проблем стварања супер-јаких магнетних поља није у потпуности решен. Чак ни употреба суперпреводних магнета не решава проблем. Сви познати суправодљиви материјали имају критичну јакост магнетног поља изнад које суправодљивост једноставно нестаје.

Може се само нагађати шта се може догодити када нагли прелаз у нормално стање проводника у којима густина струје прелази 1000 А / мм2. Експлозија намотаја у непосредној близини плазме загрејане на скоро 3000 степени неће изазвати глобалну катастрофу, али скупи МХД генератор ће сигурно онеспособити.

Проблеми са загревањем плазме до виших температура остају: на 2500 степени и додацима алкалних метала (калијума), проводљивост плазме, међутим, остаје веома ниска, неспоредива са проводљивошћу бакра. Али пораст температуре опет ће требати нове материјале отпорне на топлоту. Круг се затвара.

Стога све погонске јединице са МХД генераторима креиране данас показују ниво достигнуте технологије, а не економску изводљивост. Престиж земље је важан фактор, али данас је градити масивно скупе и каприциозне МХД генераторе веома скупо. Стога, чак и најмоћнији МХД агрегати остају у статусу пилот постројења. На њима инжењери и научници раде на будућим дизајновима и тестирају нове материјале.

Када се овај посао заврши, тешко је рећи. Обиље различитих дизајна МХД генератора сугерише да је оптимално решење још далеко. А информација да је термонуклеарна фузијска плазма идеалан радни медиј за МХД генераторе гура њихову широку употребу до средине нашег века.