כשמחוללי חשמל בפלזמה הופכים למציאות

כמעט כל מי שהתעניין באנרגיה שמע על הסיכויים של גנרטורים MHD. אך העובדה שגנרטורים אלה נמצאים בסטטוס של הבטחות למעלה מ 50 שנה ידועה למעטים. הבעיות הקשורות במחוללי MHD בפלזמה מתוארות במאמר.

סיפור עם פלזמה, או גנרטורים מגנטו-הידרודינמיים (MHD) דומה באופן מפתיע למצב עם היתוך. נראה שאתה צריך לעשות צעד אחד בלבד או להתאמץ מעט, וההמרה הישירה של חום לאנרגיה חשמלית תהפוך למציאות מוכרת. אך בעיה נוספת דוחפת מציאות זו ללא הגבלת זמן.

קודם כל, על המינוח. מחוללי פלזמה הם אחד הזנים של גנרטורים MHD. ואלה, בתורם, קיבלו את שמם בהשפעת הופעתו של זרם חשמלי כאשר נוזלים מוליכים חשמליים (אלקטרוליטים) נעים בשדה מגנטי. תופעות אלה מתוארות ונחקרות באחד מענפי הפיזיקה - מגנטוהידרודינמיקה. מכאן הגנרטורים קיבלו את שמם.

מבחינה היסטורית, הניסויים הראשונים ליצירת גנרטורים בוצעו באמצעות אלקטרוליטים. אך התוצאות הראו שקשה מאוד להאיץ את זרימת האלקטרוליטים למהירויות קוליות, ובלי זה היעילות (היעילות) של הגנרטורים נמוכה ביותר.

מחקרים נוספים בוצעו עם זרימות גז מיוננות במהירות, או פלזמה. לכן, היום, מדברים על סיכויי השימוש גנרטורים MHDעליכם לזכור כי אנו מדברים אך ורק על מגוון הפלזמה שלהם.

מבחינה פיזית, ההשפעה של הופעת הפרש פוטנציאל וזרם חשמלי כאשר המטענים נעים בשדה מגנטי דומה אפקט הול. מי שעבד עם חיישני הול יודע שכאשר זרם עובר במוליך למחצה המונח בשדה מגנטי, מופיע הבדל פוטנציאלי על לוחיות הקריסטל הניצב לקווי השדה המגנטי. רק בגנרטורים MHD מועבר נוזל עבודה מוליך במקום זרם.

כוחם של גנרטורים MHD תלוי ישירות במוליכות של החומר העובר בתעלה שלו, בריבוע המהירות שלו ובריבוע השדה המגנטי. ממערכות יחסים אלה ברור שככל שהמוליכות, הטמפרטורה ועוצמת השדה גדולות יותר, כך כוח שנלקח גבוה יותר.

כל המחקרים התיאורטיים בנושא המרה מעשית של חום לחשמל בוצעו כבר בשנות החמישים של המאה הקודמת. ועשור לאחר מכן הופיעו מפעלי טייס "Mark-V" בארצות הברית עם הספק של 32 מגה וואט ו "U-25" בברית המועצות בהספק של 25 מגוואט. מאז, נבדקו עיצובים שונים ומצבי הפעלה יעילים של גנרטורים, ונבדקו סוגים שונים של נוזלי עבודה וחומרים מבניים. אולם מחוללי פלזמה לא הגיעו לשימוש תעשייתי נרחב.

מה יש לנו היום? מצד אחד, כבר פועלת יחידת כוח משולבת עם גנרטור MHD בהספק של 300 מגה וואט בתחנת הכוח המחוזית של מחוז רייזאן. יעילות הגנרטור עצמה עולה על 45% ואילו יעילותן של תחנות תרמיות קונבנציונאלי מגיעה לעיתים רחוקות ל -35%. הגנרטור משתמש בפלזמה עם טמפרטורה של 2800 מעלות, המתקבלת על ידי בעירה של גז טבעי, ו מגנט מוליך-עוצמה רב עוצמה.

נראה כי אנרגיית הפלזמה הפכה למציאות. אבל ניתן לסמוך על מחצבי גנרטור MHD דומים בעולם, והם נוצרו במחצית השנייה של המאה הקודמת.

הסיבה הראשונה ברורה: חומרים מבניים עמידים בחום נדרשים להפעלת גנרטורים. חלק מהחומרים פותחו כחלק מיישום תוכניות היתוך. אחרים משמשים במדע הטילים ומסווגים.בכל מקרה, חומרים אלה יקרים ביותר.

סיבה נוספת היא המוזרויות בפעילותם של גנרטורים MHD: הם מייצרים זרם ישר באופן בלעדי. לכן נדרשים ממירים חזקים וחסכוניים. גם כיום, למרות הישגי טכנולוגיית המוליכים למחצה, בעיה כזו לא נפתרה לחלוטין. ובלי זה אי אפשר להעביר כוח עצום לצרכנים.

גם הבעיה של יצירת שדות מגנטיים עליונים לא נפתרה לחלוטין. אפילו השימוש במגנטים מוליכים-על אינו פותר את הבעיה. לכל החומרים המוליכים-על הידועים יש חוזק שדה מגנטי קריטי שמעליו מוליכות העל פשוט נעלמת.

אפשר רק לנחש מה עלול לקרות כאשר המוליכים עוברים לפתע למצב הרגיל, בו צפיפות הזרם עולה על 1000 A / mm2. פיצוץ של פיתולים בסמיכות לפלזמה המחוממת לכמעט 3000 מעלות לא יגרום לאסון עולמי, אך גנרטור MHD יקר ייכשל בוודאות.

הבעיות של חימום פלזמה לטמפרטורות גבוהות יותר נותרו: על 2500 מעלות ותוספים של מתכות אלקליות (אשלגן), מוליכות הפלזמה, לעומת זאת, נשארת נמוכה מאוד, בלתי ניתנת לחשיבה עם המוליכות של הנחושת. אך עלייה בטמפרטורה תחייב שוב חומרים עמידים בחום. המעגל נסגר.

לכן, כל יחידות הכוח עם גנרטורים MHD שנוצרו כיום מדגימות את רמת הטכנולוגיה שהושגה ולא כדאיות כלכלית. יוקרתה של המדינה היא גורם חשוב, אולם בניית גנרטורים MHD יקרים וגחמניים כיום היא יקרה מאוד. לכן, אפילו גנרטורי MHD החזקים ביותר נשארים במעמד של מפעלי טייס. עליהם, מהנדסים ומדענים בודקים עיצובים עתידיים, בודקים חומרים חדשים.

כאשר העבודה הזו מסתיימת, קשה לומר. שפע העיצובים השונים של גנרטורים MHD מציע כי הפיתרון האופטימלי עדיין רחוק. והמידע כי פלזמת האיחוי התרמו-גרעינית היא אמצעי עבודה אידיאלי עבור גנרטורים MHD דוחפת את השימוש הנרחב שלהם עד אמצע המאה שלנו.

Comments

[#1]

שלום.
1. אודות מחוללי MHD שנכתבו וערכו מספיק ניסויים. לבעיה יש פיתרון כתופעה פיזיקלית במבנה מוגדר היטב עם אלגוריתם מוגדר היטב. זה ביחס לשימוש במה שמכונה דלקים כימיים טבעיים. אנרגיה אלקטרומגנטית (בדומה למטרה של המכשיר) בפלט היא זרם חילופין בכיוון. העברתו לצרכן - על פי תוכניות הדואר האלקטרוני הידועות והרגילות. אספקה. דגמי מחצלת יעילות שהושגו 90% ומעלה.
2. ניתן להשיג מכשיר בעל אותו עיצוב כמעט, עם אותו עיקרון פעולה, על ידי שימוש בגרעינים של אלמנטים קלים כדלק כחומר המוצא לסינתזה. זה מה שנקרא זה. בשקע לצרכן חשמל לצרכי משק הבית, אותו זרם חשמלי מתחלף. תיאום עם הצרכן על פי שרשרת האספקה ​​הקלאסית שלעיל.
3. באשר למסירה לצרכן החשמל המיוצר על פי עמ '1 ועמ' 2 לתנועה מכנית של כלי רכב, ישנן מספר אפשרויות ממכשיר הנעה של יונים (לדעתי מבטיח מאוד), דרך מנועים חשמליים קונבנציונליים, וכלה בהם באמצעות עיקרון כוח לורנץ. אני חושב שיש איפה לפרוס את דמיונו של מומחה טכני עם מספיק מימון לכך.
4. על פי טענה 1, 2, 3, ככל האפשר, ביצעתי מספר ניסויים: פיזי אחד - מוצלח. אפשרויות רבות עבור מחצלת שונות.מודלים על פי טענה 1, סעיף 2. מודלים מתמטיים תיאורטיים הציגו תוצאות מעודדות ביותר ביעילות להמיר את האנרגיה של "דלק" לאנרגיה אלקטרומגנטית בסדר גודל של 90% ומעלה. עם זאת, כידוע, קריטריון האמת הוא תרגול. למי אכפת - לכו על זה.
בברכה, בוריס.

[#2]

"מה יש לנו היום? מצד אחד, יחידת כוח משולבת עם גנרטור של 300 מגה-ואט MHD פועלת כבר בתחנת הכוח המחוזית של מחוז רייזאן. יעילות הגנרטור עצמה עולה על 45% ואילו יעילותן של תחנות תרמיות קונבנציונאליות מגיעה לעיתים רחוקות ל -35%. הגנרטור משתמש בפלזמה עם טמפרטורה 2800 מעלות המתקבלות בעירה של גז טבעי, ומגנט מוליך-עוצמה רב עוצמה. "

המחבר מטעה. MGDES באזור Ryazan כמחולל MHD לא עובד ומעולם לא עבד בדיוק מכיוון שמדענים מעולם לא הצליחו להציע טכנולוגיה עובדת להחזקת פלזמה בטמפרטורה גבוהה בקנה מידה תעשייתי. כרגע, ה- MGDES של אזור ריאזאן הוא רק עוד בלוק של תחנות כוח מחוזיות של המדינה עם שפיכה נפרדת.