Όταν οι γεννήτριες ηλεκτρισμού στο πλάσμα γίνονται πραγματικότητα

Σχεδόν όλοι όσοι ενδιαφέρονται για την ενέργεια ακούστηκαν για τις προοπτικές των γεννητριών MHD. Το γεγονός όμως ότι οι γεννήτριες αυτές έχουν υποσχεθεί περισσότερο από 50 χρόνια είναι γνωστό σε λίγους. Τα προβλήματα που σχετίζονται με τις γεννήτριες MHD πλάσματος περιγράφονται στο άρθρο.

Ιστορία με πλάσμα, ή μαγνητοϋδροδυναμικές (MHD) γεννήτριες εκπληκτικά παρόμοια με την κατάσταση με σύντηξη. Φαίνεται ότι πρέπει να κάνετε μόνο ένα βήμα ή να κάνετε κάποια μικρή προσπάθεια και η άμεση μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια θα γίνει μια οικεία πραγματικότητα. Αλλά ένα άλλο πρόβλημα προωθεί αυτή την πραγματικότητα απεριόριστα.

Πρώτα απ 'όλα, για την ορολογία. Οι γεννήτριες πλάσματος είναι μία από τις ποικιλίες των γεννητριών MHD. Και αυτοί, με τη σειρά τους, πήραν το όνομά τους από την επίδραση της εμφάνισης ενός ηλεκτρικού ρεύματος όταν ηλεκτρικά αγώγιμα υγρά (ηλεκτρολύτες) κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτά τα φαινόμενα περιγράφονται και μελετώνται σε έναν από τους κλάδους της φυσικής - μαγνητοϋδροδυναμική. Από εδώ οι γεννήτριες πήραν το όνομά τους.

Ιστορικά, τα πρώτα πειράματα για τη δημιουργία γεννητριών πραγματοποιήθηκαν με ηλεκτρολύτες. Αλλά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι είναι πολύ δύσκολο να επιταχυνθούν οι ροές ηλεκτρολυτών σε υπερηχητικές ταχύτητες και χωρίς αυτό η απόδοση (απόδοση) των γεννητριών είναι εξαιρετικά χαμηλή.

Διεξήχθησαν περαιτέρω μελέτες με ροές ιονισμένου αερίου υψηλής ταχύτητας ή πλάσμα. Ως εκ τούτου, σήμερα, μιλώντας για τις προοπτικές χρήσης MHD γεννήτριες, πρέπει να έχετε κατά νου ότι μιλάμε αποκλειστικά για την ποικιλία πλάσματος τους.

Φυσικά, η επίδραση της εμφάνισης μιας διαφοράς δυναμικού και ενός ηλεκτρικού ρεύματος όταν τα φορτία κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι παρόμοια Hall effect. Όσοι δούλευαν με τους αισθητήρες Hall γνωρίζουν ότι όταν ένα ρεύμα διέρχεται μέσω ενός ημιαγωγού τοποθετημένου σε ένα μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται διαφορά δυναμικού στις πλάκες κρυστάλλου κάθετα στις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Μόνο σε γεννήτριες MHD διέρχεται ένα αγώγιμο υγρό εργασίας αντί του ρεύματος.

Η ισχύς των γεννητριών MHD εξαρτάται άμεσα από την αγωγιμότητα της ουσίας που διέρχεται από το κανάλι της, το τετράγωνο της ταχύτητας και το τετράγωνο του μαγνητικού πεδίου. Από αυτές τις σχέσεις είναι σαφές ότι όσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα, η θερμοκρασία και η ισχύς του πεδίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς που λαμβάνεται.

Όλες οι θεωρητικές μελέτες σχετικά με την πρακτική μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια πραγματοποιήθηκαν ήδη από τη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα. Και μια δεκαετία αργότερα, οι πιλοτικές εγκαταστάσεις "Mark-V" εμφανίστηκαν στις ΗΠΑ με χωρητικότητα 32 MW και "U-25" στην ΕΣΣΔ με χωρητικότητα 25 MW. Έκτοτε έχουν ελεγχθεί διάφορα σχέδια και αποτελεσματικοί τρόποι λειτουργίας των γεννητριών και δοκιμάστηκαν διάφοροι τύποι υγρών εργασίας και δομικών υλικών. Ωστόσο, οι γεννήτριες πλάσματος δεν έχουν φτάσει σε ευρεία βιομηχανική χρήση.

Τι έχουμε σήμερα; Από τη μία πλευρά, λειτουργεί ήδη μια συνδυασμένη μονάδα ισχύος με γεννήτρια MHD χωρητικότητας 300 MW στο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής της πολιτειακής πολιτείας Ryazan. Η αποδοτικότητα της ίδιας της γεννήτριας υπερβαίνει το 45%, ενώ η απόδοση των συμβατικών θερμικών σταθμών σπάνια φτάνει το 35%. Η γεννήτρια χρησιμοποιεί πλάσμα με θερμοκρασία 2800 μοίρες, που λαμβάνεται από την καύση φυσικού αερίου και ισχυρό υπεραγώγιμο μαγνήτη.

Φαίνεται ότι η ενέργεια πλάσματος έχει γίνει πραγματικότητα. Αλλά παρόμοιες γεννήτριες MHD στον κόσμο μπορούν να μετρηθούν στα δάχτυλα και δημιουργήθηκαν στο δεύτερο μισό του περασμένου αιώνα.

Ο πρώτος λόγος είναι προφανής: απαιτούνται θερμοανθεκτικά δομικά υλικά για τη λειτουργία των γεννητριών. Ορισμένα από τα υλικά έχουν αναπτυχθεί στο πλαίσιο της εφαρμογής προγραμμάτων σύντηξης. Άλλοι χρησιμοποιούνται στην επιστήμη των πυραύλων και ταξινομούνται.Σε κάθε περίπτωση, αυτά τα υλικά είναι εξαιρετικά ακριβά.

Ένας άλλος λόγος είναι οι ιδιαιτερότητες της λειτουργίας των γεννητριών MHD: παράγουν αποκλειστικά συνεχές ρεύμα. Συνεπώς, απαιτούνται ισχυροί και οικονομικοί μετατροπείς. Ακόμη και σήμερα, παρά τα επιτεύγματα της τεχνολογίας ημιαγωγών, ένα τέτοιο πρόβλημα δεν έχει λυθεί πλήρως. Και χωρίς αυτό, είναι αδύνατο να μεταφερθούν τεράστιες δυνατότητες στους καταναλωτές.

Το πρόβλημα της δημιουργίας υπερπληθών μαγνητικών πεδίων δεν έχει λυθεί πλήρως. Ακόμα και η χρήση υπεραγώγιμων μαγνητών δεν λύει το πρόβλημα. Όλα τα γνωστά υπεραγώγιμα υλικά έχουν κρίσιμη ισχύ μαγνητικού πεδίου πάνω από το οποίο εξαφανίζεται η υπεραγωγιμότητα.

Κάποιος μπορεί μόνο να μαντέψει τι μπορεί να συμβεί όταν οι αγωγοί ξαφνικά μεταβαίνουν στην κανονική κατάσταση, όπου η πυκνότητα ρεύματος υπερβαίνει τα 1000 A / mm2. Η έκρηξη των περιελίξεων σε κοντινή απόσταση από το πλάσμα που θερμαίνεται σε σχεδόν 3000 μοίρες δεν θα προκαλέσει παγκόσμια καταστροφή, αλλά μια ακριβή γεννήτρια MHD θα αποτύχει σίγουρα.

Τα προβλήματα της θέρμανσης του πλάσματος σε υψηλότερες θερμοκρασίες παραμένουν: στους 2500 μοίρες και τα πρόσθετα των μετάλλων αλκαλίων (κάλιο), η αγωγιμότητα του πλάσματος, ωστόσο, παραμένει πολύ χαμηλή, μη αντιστάσιμη με την αγωγιμότητα του χαλκού. Αλλά η αύξηση της θερμοκρασίας θα απαιτήσει και πάλι νέα ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά. Ο κύκλος κλείνει.

Επομένως, όλες οι μονάδες ισχύος με γεννήτριες MHD που δημιουργήθηκαν σήμερα καταδεικνύουν το επίπεδο της τεχνολογίας που επιτυγχάνεται αντί της οικονομικής σκοπιμότητας. Το κύρος της χώρας είναι ένας σημαντικός παράγοντας, αλλά σήμερα είναι πολύ δαπανηρή η κατασκευή μαζικά δαπανηρών και ιδιόρρυθμων γεννητριών MHD. Επομένως, ακόμη και οι πιο ισχυροί γεννήτορες MHD παραμένουν στην κατάσταση των πιλοτικών μονάδων. Σε αυτούς, οι μηχανικοί και οι επιστήμονες επεξεργάζονται μελλοντικά σχέδια, δοκιμάζοντας νέα υλικά.

Όταν τελειώσει αυτό το έργο, είναι δύσκολο να το πούμε. Η αφθονία διαφόρων σχεδίων γεννητριών MHD υποδηλώνει ότι η βέλτιστη λύση είναι ακόμα μακριά. Και η πληροφορία ότι το θερμοπυρηνικό πλάσμα σύντηξης είναι ένα ιδανικό μέσο εργασίας για γεννήτριες MHD ωθεί την ευρεία χρήση τους μέχρι τα μέσα του αιώνα μας.