เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลาสมากลายเป็นความจริง

เกือบทุกคนที่สนใจเรื่องพลังงานได้ยินเกี่ยวกับโอกาสของเครื่องกำเนิด MHD แต่ความจริงที่ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้อยู่ในสถานะที่มีแนวโน้มมานานกว่า 50 ปีเป็นที่รู้กันน้อย ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับเครื่องกำเนิดพลาสมา MHD อธิบายไว้ในบทความ

เรื่องราวด้วยพลาสมาหรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า magnetohydrodynamic (MHD) คล้ายกับสถานการณ์ที่น่าประหลาดใจด้วย นิวเคลียร์ฟิวชัน. ดูเหมือนว่าคุณต้องใช้เพียงขั้นตอนเดียวหรือใช้ความพยายามเพียงเล็กน้อยและการแปลงความร้อนโดยตรงเป็นพลังงานไฟฟ้าจะกลายเป็นความจริงที่คุ้นเคย แต่ปัญหาอื่นผลักดันความเป็นจริงนี้ไปเรื่อย ๆ

ก่อนอื่นเกี่ยวกับคำศัพท์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลาสม่าเป็นหนึ่งในเครื่องกำเนิด MHD ที่หลากหลาย และในทางกลับกันพวกเขาได้รับผลกระทบจากการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าเมื่อของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้า (อิเล็กโทรไลต์) เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์เหล่านี้มีการอธิบายและศึกษาในสาขาใดสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ - magnetohydrodynamics. จากที่นี่กำเนิดได้ชื่อของพวกเขา

ในอดีตการทดลองแรกเพื่อสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกดำเนินการด้วยอิเล็กโทรไลต์ แต่ผลแสดงให้เห็นว่ามันเป็นเรื่องยากมากที่จะเร่งการไหลของอิเล็กโทรไลต์เป็นความเร็วเหนือเสียงและหากไม่มีประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะต่ำมาก

การศึกษาเพิ่มเติมได้ดำเนินการกับการไหลของก๊าซไอออนไนซ์ความเร็วสูงหรือพลาสม่า ดังนั้นวันนี้พูดถึงโอกาสในการใช้งาน เครื่องกำเนิด MHDคุณต้องจำไว้ว่าเรากำลังพูดถึงความหลากหลายในพลาสมาของพวกเขาโดยเฉพาะ

ผลกระทบของการปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นและกระแสไฟฟ้าเมื่อประจุเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคล้ายกัน ฮอลล์เอฟเฟค. บรรดาผู้ที่ทำงานกับเซ็นเซอร์ Hall รู้ว่าเมื่อกระแสผ่านเซมิคอนดักเตอร์ที่วางไว้ในสนามแม่เหล็กความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นปรากฏบนแผ่นคริสตัลตั้งฉากกับเส้นของสนามแม่เหล็ก เฉพาะในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ของเหลวทำงานเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านแทนกระแส

พลังของเครื่องกำเนิด MHD ขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้าของสารผ่านช่องทางกำลังสองของความเร็วและจตุรัสของสนามแม่เหล็ก จากความสัมพันธ์เหล่านี้เป็นที่ชัดเจนว่ายิ่งนำความร้อนอุณหภูมิและความแรงของสนามมากขึ้นพลังงานที่นำมา

การศึกษาเชิงทฤษฎีทั้งหมดเกี่ยวกับการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าได้ถูกนำไปใช้ในยุค 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา และอีกหนึ่งทศวรรษต่อมาโรงงานนำร่อง“ Mark-V” ปรากฏในสหรัฐอเมริกาด้วยกำลังการผลิต 32 เมกะวัตต์และ“ U-25” ในสหภาพโซเวียตด้วยกำลังการผลิต 25 เมกะวัตต์ ตั้งแต่นั้นมาการออกแบบที่หลากหลายและโหมดการทำงานที่มีประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับการทดสอบและมีการทดสอบของเหลวในการทำงานและวัสดุโครงสร้างประเภทต่างๆ แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลาสมายังไม่ถึงการใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง

วันนี้เรามีอะไร ในอีกด้านหนึ่งหน่วยพลังงานรวมกับเครื่องกำเนิด MHD กำลังการผลิต 300 เมกะวัตต์ที่โรงไฟฟ้าแห่งรัฐ Ryazan กำลังดำเนินการอยู่แล้ว ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นเกินกว่า 45% ในขณะที่ประสิทธิภาพของสถานีความร้อนแบบเดิมนั้นแทบจะไม่ถึง 35% เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้พลาสมาที่มีอุณหภูมิ 2,800 องศาซึ่งได้จากการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติและ แม่เหล็กยิ่งยวดที่มีประสิทธิภาพ.

ดูเหมือนว่าพลังงานพลาสมาได้กลายเป็นความจริง แต่กำเนิด MHD ที่คล้ายกันในโลกสามารถนับนิ้วและพวกเขาถูกสร้างขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ผ่านมา

เหตุผลแรกชัดเจน: วัสดุโครงสร้างทนความร้อนจำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า วัสดุบางอย่างได้รับการพัฒนาเป็นส่วนหนึ่งของการใช้งานโปรแกรมฟิวชั่น อื่น ๆ ที่ใช้ในวิทยาศาสตร์จรวดและจำแนกวัสดุเหล่านี้มีราคาแพงมาก

อีกเหตุผลหนึ่งคือลักษณะของการทำงานของเครื่องกำเนิด MHD: พวกเขาผลิตกระแสตรงโดยตรง ดังนั้นจำเป็นต้องใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีประสิทธิภาพและประหยัด แม้วันนี้แม้จะมีความสำเร็จของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ปัญหาดังกล่าวยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ และหากปราศจากสิ่งนี้มันเป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายโอนความสามารถมหาศาลให้กับผู้บริโภค

ปัญหาของการสร้างสนามแม่เหล็กที่ยิ่งใหญ่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ แม้แต่การใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดก็ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่เป็นที่รู้จักทั้งหมดมีความแรงของสนามแม่เหล็กที่สำคัญเหนือกว่าซึ่งยิ่งยวดตัวนำยิ่งยวดก็หายไป

เราสามารถเดาได้ว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อตัวนำเปลี่ยนไปสู่สถานะปกติซึ่งความหนาแน่นกระแสเกิน 1,000 A / mm2 การระเบิดของขดลวดในบริเวณใกล้เคียงกับพลาสมาที่ได้รับความร้อนถึงเกือบ 3,000 องศาจะไม่ก่อให้เกิดภัยพิบัติระดับโลก แต่เครื่องกำเนิด MHD ที่มีราคาแพงจะล้มเหลวอย่างแน่นอน

ปัญหาของความร้อนในพลาสมาถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นยังคงอยู่: ที่ 2,500 องศาและสารเติมแต่งของโลหะอัลคาไล (โพแทสเซียม) อย่างไรก็ตามค่าการนำไฟฟ้าในพลาสมายังคงอยู่ในระดับต่ำมากซึ่งไม่สามารถนำมาใช้ได้กับทองแดง แต่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะต้องใช้วัสดุที่ทนความร้อนใหม่อีกครั้ง วงกลมปิด

ดังนั้นหน่วยพลังงานทั้งหมดที่มีเครื่องกำเนิด MHD ที่สร้างขึ้นในวันนี้แสดงให้เห็นถึงระดับของเทคโนโลยีที่ทำได้มากกว่าความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ ศักดิ์ศรีของประเทศเป็นปัจจัยสำคัญ แต่การสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ที่มีราคาแพงและไม่แน่นอนในปัจจุบันมีราคาแพงมาก ดังนั้นแม้เครื่องกำเนิด MHD ที่ทรงพลังที่สุดก็ยังคงอยู่ในสถานะของโรงงานต้นแบบ ที่พวกเขาวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์กำลังออกแบบผลงานในอนาคตทดสอบวัสดุใหม่

เมื่องานนี้จบลงก็ยากที่จะพูด ความหลากหลายของการออกแบบเครื่องกำเนิด MHD แสดงให้เห็นว่าทางออกที่ดีที่สุดยังห่างไกล และข้อมูลที่พลาสมาความร้อนนิวเคลียร์เป็นสื่อกลางในการทำงานที่เหมาะสำหรับเครื่องกำเนิด MHD ผลักดันการใช้งานอย่างแพร่หลายจนถึงช่วงกลางศตวรรษของเรา