Když se generátory plazmatické elektřiny stanou skutečností

Téměř každý, kdo se zajímal o energii, slyšel o vyhlídkách generátorů MHD. Skutečnost, že tito generátoři jsou již více než 50 let ve slibném stavu, je však známá jen málokterým. Problémy spojené s plazmovými generátory MHD jsou popsány v článku.

Příběh s plazmou, nebo magnetohydrodynamické (MHD) generátory překvapivě podobné situaci s fúze. Zdá se, že musíte udělat jen jeden krok nebo vynaložit trochu úsilí, a přímá přeměna tepla na elektrickou energii se stane známou realitou. Ale další problém tlačí tuto realitu donekonečna.

Za prvé, o terminologii. Plazmové generátory jsou jednou z variant generátorů MHD. A ty se zase dostaly do povědomí vlivem výskytu elektrického proudu, když se elektricky vodivé kapaliny (elektrolyty) pohybují v magnetickém poli. Tyto jevy jsou popsány a studovány v jedné z oborů fyziky - magnetohydrodynamika. Odtud dostali generátoři své jméno.

Historicky byly první experimenty k vytvoření generátorů prováděny s elektrolyty. Výsledky však ukázaly, že je velmi obtížné urychlit tok elektrolytů nadzvukovými rychlostmi, a bez toho je účinnost (účinnost) generátorů extrémně nízká.

Byly provedeny další studie s vysokorychlostními toky ionizovaného plynu nebo plazmy. Proto dnes mluvíme o vyhlídkách na použití Generátory MHD, musíte mít na paměti, že mluvíme výhradně o jejich plazmatické rozmanitosti.

Fyzicky je účinek výskytu potenciálního rozdílu a elektrického proudu, když se náboje pohybují v magnetickém poli, podobný Hallův efekt. Ti, kteří pracovali s Hallovými senzory, vědí, že když proud prochází polovodičem umístěným v magnetickém poli, na krystalových destičkách kolmo k čarám magnetického pole se objeví potenciální rozdíl. Pouze u generátorů MHD se místo proudu vede vodivá pracovní tekutina.

Výkon generátorů MHD přímo závisí na vodivosti látky procházející jejím kanálem, čtverci jeho rychlosti a čtverci magnetického pole. Z těchto vztahů je zřejmé, že čím větší je vodivost, teplota a intenzita pole, tím vyšší je odebraná energie.

Všechny teoretické studie o praktické přeměně tepla na elektřinu byly provedeny již v 50. letech minulého století. O deset let později se objevily pilotní závody Mark-V v USA s kapacitou 32 MW a U-25 v SSSR s kapacitou 25 MW. Od té doby byly testovány různé konstrukce a efektivní provozní režimy generátorů a byly testovány různé typy pracovních tekutin a konstrukčních materiálů. Plazmové generátory však nedosáhly rozšířeného průmyslového využití.

Co máme dnes? Na jedné straně je již v provozu státní elektrárna Ryazan kombinovaná energetická jednotka s generátorem MHD s kapacitou 300 MW. Účinnost samotného generátoru přesahuje 45%, zatímco účinnost konvenčních tepelných stanic zřídka dosahuje 35%. Generátor používá plazmu s teplotou 2800 stupňů, získanou spalováním zemního plynu, a výkonný supravodivý magnet.

Zdá se, že plazmová energie se stala skutečností. Ale podobné generátory MHD na světě lze spočítat na prstech a byly vytvořeny ve druhé polovině minulého století.

První důvod je zřejmý: pro provoz generátorů jsou vyžadovány tepelně odolné konstrukční materiály. Některé z těchto materiálů byly vyvinuty v rámci provádění programů termonukleární fúze. Jiné se používají ve vědě o raketách a jsou klasifikovány.V každém případě jsou tyto materiály extrémně drahé.

Dalším důvodem jsou zvláštnosti provozu generátorů MHD: produkují výhradně stejnosměrný proud. Proto jsou zapotřebí výkonné a hospodárné střídače. I dnes, přes úspěchy polovodičové technologie, nebyl takový problém úplně vyřešen. A bez toho není možné převést obrovské kapacity na spotřebitele.

Rovněž nebyl vyřešen problém vytváření superpevné magnetických polí. Ani použití supravodivých magnetů problém nevyřeší. Všechny známé supravodivé materiály mají kritickou sílu magnetického pole, nad kterou supravodivost jednoduše zmizí.

Dá se jen hádat, co se může stát, když náhlý přechod do normálního stavu vodičů, ve kterém proudová hustota překročí 1000 A / mm2. Výbuch vinutí v těsné blízkosti plazmy zahřáté na téměř 3 000 stupňů nezpůsobí globální katastrofu, ale drahý generátor MHD určitě deaktivuje.

Problémy s ohřevem plazmy na vyšší teploty přetrvávají: při 2500 stupních a přísadách alkalických kovů (draslík) zůstává plazmová vodivost velmi nízká, což je nepřekonatelné s vodivostí mědi. Ale zvýšení teploty bude opět vyžadovat nové žáruvzdorné materiály. Kruh se uzavře.

Proto všechny dnes vyráběné energetické jednotky s generátory MHD demonstrují dosaženou úroveň technologie, nikoli ekonomickou proveditelnost. Prestiž země je důležitým faktorem, ale budování masivně drahých a vrtošivých generátorů MHD je dnes velmi drahé. Proto i nejsilnější generátory MHD zůstávají ve stavu pilotních zařízení. Na nich inženýři a vědci připravují budoucí návrhy a testují nové materiály.

Když tato práce skončí, je těžké říct. Množství různých návrhů generátorů MHD naznačuje, že optimální řešení je stále daleko. A informace, že termonukleární fúzní plazma je ideálním pracovním prostředím pro generátory MHD, tlačí jejich široké použití až do poloviny našeho století.