Kun plasma-sähköntuottajat tulevat todellisuudeksi

Lähes kaikki energiasta kiinnostuneet kuulivat MHD-generaattoreiden näkymistä. Mutta se, että nämä generaattorit ovat olleet lupaavia yli 50 vuoden ajan, on harvoille tiedossa. Plasman MHD-generaattoreihin liittyvät ongelmat kuvataan artikkelissa.

Tarina plasmalla tai magnetohydrodynaamiset (MHD) generaattorit yllättävän samanlainen kuin tilanteessa ydinfuusioon. Näyttää siltä, ​​että sinun on otettava vain yksi askel tai ponnisteltava vähän, ja lämmön suorasta muuntamisesta sähköenergiaksi tulee tuttu todellisuus. Mutta toinen ongelma ajaa tämän todellisuuden loputtomiin.

Ensinnäkin terminologiasta. Plasmageneraattorit ovat yksi MHD-generaattoreiden lajikkeista. Ja nämä puolestaan ​​saivat nimensä sähkövirran ilmestymisen vaikutuksesta, kun sähköä johtavat nesteet (elektrolyytit) liikkuvat magneettikentässä. Nämä ilmiöt kuvataan ja tutkitaan yhdessä fysiikan aloista - magnetohydrodynamiikan. Sieltä generaattorit saivat nimensä.

Historiallisesti ensimmäiset kokeet generaattoreiden luomiseksi tehtiin elektrolyyteillä. Mutta tulokset osoittivat, että elektrolyyttien virtauksen kiihdyttäminen yliäänenopeuksille on erittäin vaikeaa, ja ilman tätä generaattorien hyötysuhde (hyötysuhde) on erittäin alhainen.

Lisätutkimuksia suoritettiin nopeilla ionisoiduilla kaasuvirroilla tai plasmalla. Siksi tänään puhutaan käyttömahdollisuuksista MHD-generaattorit, sinun on pidettävä mielessä, että puhumme yksinomaan heidän plasmavalikoimastaan.

Fyysisesti potentiaalierojen ja sähkövirran esiintymisen vaikutus, kun varaukset liikkuvat magneettikentässä, on samanlainen Hall-efekti. Ne, jotka työskentelivät Hall-antureiden kanssa, tietävät, että kun virta kulkee magneettikentään sijoitetun puolijohteen läpi, potentiaalierot ilmestyvät kristallilevyihin kohtisuorassa magneettikentän viivoihin nähden. Vain MHD-generaattoreissa johdetaan johtavaa käyttönestettä virran sijasta.

MHD-generaattorien teho riippuu suoraan sen kanavan läpi kulkevan aineen johtavuudesta, nopeuden neliöstä ja magneettikentän neliöstä. Näistä suhteista on selvää, että mitä suurempi johtokyky, lämpötila ja kentänvoimakkuus on, sitä suurempi otettu teho on.

Kaikki teoreettiset tutkimukset lämmön käytännöllisestä muuntamisesta sähköksi tehtiin jo viime vuosisadan 50-luvulla. Ja vuosikymmentä myöhemmin "Mark-V" -tehdaslaitokset ilmestyivät Yhdysvaltoihin, joiden kapasiteetti oli 32 MW ja "U-25", Neuvostoliittoon, joiden kapasiteetti oli 25 MW. Siitä lähtien generaattoreiden erilaisia ​​malleja ja tehokkaita toimintatapoja on testattu, ja erityyppisiä käyttönesteitä ja rakennemateriaaleja on testattu. Plasmageneraattorit eivät ole kuitenkaan olleet laajassa käytössä teollisessa käytössä.

Mitä meillä on tänään? Yhtäältä Ryazanin osavaltion piirikunnan voimalaitoksella toimiva yhdistelmävoimayksikkö, jonka MHD-generaattori on 300 MW, toimii jo. Itse generaattorin hyötysuhde ylittää 45%, kun taas tavanomaisten lämpöasemien hyötysuhde saavuttaa harvoin 35%. Generaattori käyttää plasmaa, jonka lämpötila on 2800 astetta, saatu polttamalla maakaasua, ja voimakas suprajohtava magneetti.

Vaikuttaa siltä, ​​että plasmaenergiasta on tullut todellisuutta. Mutta samanlaisia ​​MHD-generaattoreita maailmassa voidaan luottaa sormiin, ja ne on luotu viime vuosisadan jälkipuoliskolla.

Ensimmäinen syy on ilmeinen: generaattoreiden toimintaan tarvitaan lämmönkestäviä rakennemateriaaleja. Osa materiaaleista on kehitetty osana lämpöydinfuusio-ohjelmien toteuttamista. Muita käytetään rakettitieteessä ja ne luokitellaan.Joka tapauksessa nämä materiaalit ovat erittäin kalliita.

Toinen syy on MHD-generaattoreiden toiminnan erityispiirteet: ne tuottavat yksinomaan tasavirtaa. Siksi tarvitaan voimakkaita ja taloudellisia inverttereitä. Puolijohdeteknologian saavutuksista huolimatta tällaista ongelmaa ei ole vielä ratkaistu kokonaan. Ja ilman tätä on mahdotonta siirtää valtavia kapasiteetteja kuluttajille.

Ylivahvojen magneettikentien luomista koskevaa ongelmaa ei ole myöskään ratkaistu kokonaan. Jopa suprajohtavien magneettien käyttö ei ratkaise ongelmaa. Kaikilla tunnetuilla suprajohtavilla materiaaleilla on kriittinen magneettikentän voimakkuus, jonka yläpuolella suprajohtavuus yksinkertaisesti katoaa.

Voidaan vain arvata, mitä voi tapahtua, kun johtimet siirtyvät yhtäkkiä normaalitilaan, jossa virrantiheys ylittää 1000 A / mm2. Melkein 3000 asteeseen kuumennetun plasman välittömässä läheisyydessä sijaitsevien käämien räjähdys ei aiheuta maailmanlaajuista katastrofia, mutta kallis MHD-generaattori epäonnistuu varmasti.

Plasman kuumenemiseen korkeampiin lämpötiloihin liittyvät ongelmat säilyvät: lämpötilassa 2500 astetta ja alkalimetallien (kalium) lisäaineilla plasmajohtavuus on kuitenkin erittäin alhainen verrattuna kuparin johtavuuteen. Mutta lämpötilan nousu vaatii taas uusia lämmönkestäviä materiaaleja. Ympyrä sulkeutuu.

Siksi kaikki tänään luodut MHD-generaattoreilla varustetut voimayksiköt osoittavat saavutetun tekniikan tason eikä taloudellisen toteutettavuuden. Maan arvovalta on tärkeä tekijä, mutta massiivisesti kalliiden ja omituisten MHD-generaattoreiden rakentaminen on nykyään erittäin kallista. Siksi jopa tehokkaimmat MHD-generaattorit ovat pilottilaitosten tilassa. Niiden perusteella insinöörit ja tutkijat suunnittelevat tulevaisuuden suunnitelmia ja testaavat uusia materiaaleja.

Milloin tämä työ päättyy, on vaikea sanoa. MHD-generaattoreiden erilaisten mallien runsaus viittaa siihen, että optimaalinen ratkaisu on vielä kaukana. Ja tieto siitä, että lämpöydinfuusioplasma on ihanteellinen työväline MHD-generaattoreille, ajaa niiden laajan käytön vuosisadan puoliväliin saakka.