Когато плазмените генератори на електричество станат реалност

Почти всички, които се интересуваха от енергия, чуха за перспективите на MHD генераторите. Но фактът, че тези генератори са в състояние на обещаващи повече от 50 години, е известен на малцина. Проблемите, свързани с плазмените MHD генератори, са описани в статията.

История с плазма, или магнитохидродинамични (MHD) генератори изненадващо подобно на ситуацията с ядрен синтез, Изглежда, че трябва да направите само една стъпка или да положите малко усилия и директното преобразуване на топлината в електрическа енергия ще се превърне в позната реалност. Но друг проблем тласка тази реалност за неопределено време.

На първо място, за терминологията. Плазмените генератори са една от разновидностите на MHD генераторите. А тези, от своя страна, получиха името си по ефекта на появата на електрически ток, когато електропроводимите течности (електролити) се движат в магнитно поле. Тези явления са описани и изучени в един от отраслите на физиката - магнитохидродинамика, Оттук генераторите са получили името си.

Исторически първите експерименти за създаване на генератори са проведени с електролити. Но резултатите показаха, че е много трудно да се ускорят потоците на електролити до свръхзвукови скорости и без това ефективността (ефективността) на генераторите е изключително ниска.

Допълнителни проучвания бяха проведени с високоскоростни потоци на йонизирани газове или плазма. Затова днес, като говорим за перспективите за употреба MHD генератори, трябва да имате предвид, че говорим изключително за тяхното плазмено разнообразие.

Физически ефектът от появата на потенциална разлика и електрически ток, когато зарядите се движат в магнитно поле е подобен Ефект на Хол, Тези, които са работили със сензори на Хол, знаят, че когато ток преминава през полупроводник, поставен в магнитно поле, на кристалните плочи, перпендикулярни на линиите на магнитното поле, се появява разлика на потенциала. Само в MHD генераторите се пропуска проводима работна течност вместо ток.

Мощността на MHD генераторите директно зависи от проводимостта на веществото, преминаващо през неговия канал, квадрата на неговата скорост и квадрата на магнитното поле. От тези взаимоотношения става ясно, че колкото по-голяма е проводимостта, температурата и силата на полето, толкова по-голяма е поетата мощност.

Всички теоретични проучвания за практическото преобразуване на топлината в електричество са проведени още през 50-те години на миналия век. Десетилетие по-късно се появяват пилотните централи Mark-V в САЩ с мощност 32 MW и U-25 в СССР с мощност 25 MW. Оттогава са тествани различни проекти и ефективни режими на работа на генераторите и са тествани различни видове работни флуиди и конструктивни материали. Но плазмените генератори не са достигнали широко индустриално приложение.

Какво имаме днес? От една страна, комбиниран силов агрегат с MHD генератор с мощност 300 MW в държавната областна централа в Рязан вече работи. Ефективността на самия генератор надвишава 45%, докато ефективността на конвенционалните термични станции рядко достига 35%. Генераторът използва плазма с температура 2800 градуса, получена при изгарянето на природен газ, и мощен свръхпроводящ магнит.

Изглежда, че плазмената енергия се е превърнала в реалност. Но подобни MHD генератори в света могат да бъдат преброени на пръсти и те са създадени през втората половина на миналия век.

Първата причина е очевидна: за работа на генераторите са необходими термоустойчиви структурни материали. Някои от материалите са разработени като част от изпълнението на програми за термоядрен синтез. Други се използват в ракетната наука и са класифицирани.Във всеки случай тези материали са изключително скъпи.

Друга причина са особеностите на работата на MHD генераторите: те произвеждат изключително постоянен ток. Затова са необходими мощни и икономични инвертори. И до днес, въпреки постиженията на полупроводниковата технология, такъв проблем не е напълно решен. И без това е невъзможно да се прехвърлят огромни мощности на потребителите.

Проблемът със създаването на свръхсилни магнитни полета също не е напълно решен. Дори използването на свръхпроводящи магнити не решава проблема. Всички известни свръхпроводими материали имат критично магнитно поле, над което свръхпроводимостта просто изчезва.

Човек може само да гадае какво може да се случи, когато внезапен преход към нормално състояние на проводници, в който плътността на тока надвишава 1000 A / mm2. Експлозия на намотки в непосредствена близост до плазма, нагрята до почти 3000 градуса, няма да причини глобална катастрофа, но скъпият MHD генератор ще се провали със сигурност.

Проблемите с нагряването на плазмата до по-високи температури остават: при 2500 градуса и добавки на алкални метали (калий) плазмената проводимост обаче остава много ниска, несъизмерима с проводимостта на медта. Но повишаването на температурата отново ще изисква нови топлоустойчиви материали. Кръгът се затваря.

Следователно, всички захранващи блокове с MHD генератори, създадени днес, демонстрират постигнатото ниво на технология, а не икономическата осъществимост. Престижът на страната е важен фактор, но изграждането на масово скъпи и капризни MHD генератори днес е много скъпо. Следователно дори най-мощните MHD генератори остават в статуса на пилотни инсталации. Върху тях инженери и учени разработват бъдещи дизайни, тестват нови материали.

Когато тази работа приключи, е трудно да се каже. Изобилието от различни дизайни на MHD генератори подсказва, че оптималното решение е все още далеч. А информацията, че термоядрената термоядрена плазма е идеална работна среда за MHD генератори, тласка широкото им използване до средата на нашия век.