Quand les générateurs d'électricité à plasma deviennent réalité

Presque tous ceux qui étaient intéressés par l'énergie ont entendu parler des perspectives des générateurs MHD. Mais le fait que ces générateurs soient prometteurs depuis plus de 50 ans est peu connu. Les problèmes associés aux générateurs de plasma MHD sont décrits dans l'article.

Histoire avec plasma, ou générateurs magnétohydrodynamiques (MHD) étonnamment similaire à la situation avec fusion. Il semble que vous ne deviez faire qu'un pas ou faire un petit effort, et la conversion directe de la chaleur en énergie électrique deviendra une réalité familière. Mais un autre problème pousse cette réalité indéfiniment.

Tout d'abord, sur la terminologie. Les générateurs de plasma sont l'une des variétés de générateurs MHD. Et ceux-ci, à leur tour, ont obtenu leur nom sous l'effet de l'apparition d'un courant électrique lorsque des liquides électriquement conducteurs (électrolytes) se déplacent dans un champ magnétique. Ces phénomènes sont décrits et étudiés dans l'une des branches de la physique - magnétohydrodynamique. De là, les générateurs ont obtenu leur nom.

Historiquement, les premières expériences pour créer des générateurs ont été réalisées avec des électrolytes. Mais les résultats ont montré qu'il est très difficile d'accélérer le flux d'électrolytes à des vitesses supersoniques, et sans cela, le rendement (efficacité) des générateurs est extrêmement faible.

D'autres études ont été menées avec des flux de gaz ionisés à grande vitesse ou plasma. Par conséquent, aujourd'hui, en parlant des perspectives d'utilisation Générateurs MHD, vous devez garder à l'esprit que nous parlons exclusivement de leur variété de plasma.

Physiquement, l'effet de l'apparition d'une différence de potentiel et d'un courant électrique lorsque les charges se déplacent dans un champ magnétique est similaire Effet Hall. Ceux qui ont travaillé avec des capteurs à effet Hall savent que lorsqu'un courant traverse un semi-conducteur placé dans un champ magnétique, une différence de potentiel apparaît sur les plaques de cristal perpendiculairement aux lignes du champ magnétique. Seulement dans les générateurs MHD, un fluide de travail conducteur passe au lieu du courant.

La puissance des générateurs MHD dépend directement de la conductivité de la substance traversant son canal, du carré de sa vitesse et du carré du champ magnétique. De ces relations, il est clair que plus la conductivité, la température et l'intensité du champ sont élevées, plus la puissance absorbée est élevée.

Toutes les études théoriques sur la conversion pratique de la chaleur en électricité remontent aux années 50 du siècle dernier. Et une décennie plus tard, des usines pilotes «Mark-V» sont apparues aux États-Unis avec une capacité de 32 MW et «U-25» en URSS avec une capacité de 25 MW. Depuis lors, divers modèles et modes de fonctionnement efficaces des générateurs ont été testés, et divers types de fluides de travail et de matériaux de structure ont été testés. Mais les générateurs de plasma n'ont pas atteint une large utilisation industrielle.

Qu'avons-nous aujourd'hui? D'une part, une centrale électrique combinée avec un générateur MHD d'une capacité de 300 MW à la centrale électrique du district d'État de Ryazan est déjà en service. L'efficacité du générateur lui-même dépasse 45%, tandis que l'efficacité des centrales thermiques conventionnelles atteint rarement 35%. Le générateur utilise un plasma d'une température de 2800 degrés, obtenu par la combustion de gaz naturel, et aimant supraconducteur puissant.

Il semblerait que l'énergie du plasma soit devenue une réalité. Mais les générateurs MHD similaires dans le monde peuvent être comptés sur les doigts, et ils ont été créés dans la seconde moitié du siècle dernier.

La première raison est évidente: des matériaux de construction résistants à la chaleur sont nécessaires au fonctionnement des générateurs. Certains matériaux ont été développés dans le cadre de la mise en œuvre de programmes de fusion. D'autres sont utilisés en science des fusées et sont classés.Dans tous les cas, ces matériaux sont extrêmement chers.

Une autre raison est les particularités du fonctionnement des générateurs MHD: ils produisent exclusivement du courant continu. Par conséquent, des onduleurs puissants et économiques sont nécessaires. Même aujourd'hui, malgré les réalisations de la technologie des semi-conducteurs, un tel problème n'a pas été complètement résolu. Et sans cela, il est impossible de transférer d'énormes capacités aux consommateurs.

Le problème de la création de champs magnétiques ultra-forts n'a pas non plus été complètement résolu. Même l'utilisation d'aimants supraconducteurs ne résout pas le problème. Tous les matériaux supraconducteurs connus ont une intensité de champ magnétique critique au-dessus de laquelle la supraconductivité disparaît simplement.

On ne peut que deviner ce qui pourrait arriver lorsque les conducteurs passent soudainement à l'état normal, dans lequel la densité de courant dépasse 1000 A / mm2. L'explosion d'enroulements à proximité immédiate d'un plasma chauffé à près de 3000 degrés ne provoquera pas de catastrophe mondiale, mais un générateur MHD coûteux échouera à coup sûr.

Les problèmes de chauffage par plasma à des températures plus élevées demeurent: à 2500 degrés et additifs de métaux alcalins (potassium), la conductivité du plasma reste cependant très faible, incommensurable avec la conductivité du cuivre. Mais une augmentation de la température nécessitera à nouveau de nouveaux matériaux résistants à la chaleur. Le cercle se ferme.

Par conséquent, toutes les unités de puissance avec des générateurs MHD créés aujourd'hui démontrent le niveau de technologie atteint plutôt que la faisabilité économique. Le prestige du pays est un facteur important, mais la construction de générateurs MHD massivement chers et capricieux coûte aujourd'hui très cher. Par conséquent, même les générateurs MHD les plus puissants restent dans le statut d'usines pilotes. Sur eux, des ingénieurs et des scientifiques élaborent de futures conceptions, testent de nouveaux matériaux.

Quand ce travail se termine, c'est difficile à dire. L'abondance de diverses conceptions de générateurs MHD suggère que la solution optimale est encore loin. Et l'information selon laquelle le plasma de fusion thermonucléaire est un milieu de travail idéal pour les générateurs MHD pousse leur utilisation généralisée jusqu'au milieu de notre siècle.