Kai plazmos elektros generatoriai taps realybe

Beveik visi, kurie domėjosi energija, girdėjo apie MHD generatorių perspektyvas. Tačiau tai, kad šie generatoriai perspektyvios jau daugiau nei 50 metų, žinoma nedaugeliui. Straipsnyje aprašytos problemos, susijusios su plazmos MHD generatoriais.

Pasakojimas su plazma, arba magnetohidrodinaminiai (MHD) generatoriai stebėtinai panaši į situaciją su susiliejimas. Atrodo, kad reikia žengti tik vieną žingsnį arba šiek tiek pasistengti, o tiesioginis šilumos pavertimas elektros energija taps pažįstama realybe. Tačiau kita problema stumia šią tikrovę neribotam laikui.

Pirmiausia apie terminologiją. Plazmos generatoriai yra viena iš MHD generatorių atmainų. Ir jie, savo ruožtu, gavo savo vardą dėl elektros srovės atsiradimo, kai elektriškai laidūs skysčiai (elektrolitai) juda magnetiniame lauke. Šie reiškiniai aprašomi ir tiriami vienoje iš fizikos šakų - magnetohidrodinamika. Iš čia generatoriai gavo savo vardą.

Istoriškai pirmieji generatorių kūrimo eksperimentai buvo atlikti su elektrolitais. Bet rezultatai parodė, kad labai sunku pagreitinti elektrolitų srautą viršgarsiniu greičiu, be to generatorių efektyvumas (efektyvumas) yra ypač žemas.

Tolesni tyrimai buvo atlikti su greitųjų jonizuotų dujų arba plazmos srautais. Todėl šiandien, kalbant apie naudojimo perspektyvas MHD generatoriai, turite atsiminti, kad mes kalbame tik apie jų plazmos įvairovę.

Fiziškai potencialo skirtumo ir elektros srovės atsiradimo poveikis, kai krūviai juda magnetiniame lauke, yra panašus Salės efektas. Tie, kurie dirbo su „Hall“ jutikliais, žino, kad kai srovė praeina per puslaidininkį, įdėtą į magnetinį lauką, kristalų plokštėse, statmenose magnetinio lauko linijoms, atsiranda potencialo skirtumas. Tik MHD generatoriuose vietoj srovės praleidžiamas laidus darbinis skystis.

MHD generatorių galia tiesiogiai priklauso nuo medžiagos, einančios per jos kanalą, laidumo, jo greičio kvadrato ir magnetinio lauko kvadrato. Iš šių ryšių aišku, kad kuo didesnis laidumas, temperatūra ir lauko stipris, tuo didesnė sunaudota galia.

Visi teoriniai praktinio šilumos pavertimo elektra tyrimai buvo atlikti dar praėjusio amžiaus penktajame dešimtmetyje. Po dešimtmečio pasirodė „Mark-V“ bandomosios jėgainės JAV, kurių galia 32 MW, ir U-25 SSRS, kurių galia - 25 MW. Nuo to laiko buvo išbandytos įvairios konstrukcijos ir veiksmingi generatorių darbo režimai, išbandytos įvairios darbinių skysčių ir konstrukcinių medžiagų rūšys. Tačiau plazmos generatoriai nebuvo plačiai naudojami pramonėje.

Ką mes turime šiandien? Viena vertus, Riazanės valstijos rajono elektrinėje jau veikia kombinuotas galios blokas su MHD generatoriumi, kurio galia yra 300 MW. Pats generatoriaus efektyvumas viršija 45%, tuo tarpu įprastų šiluminių stočių efektyvumas retai siekia 35%. Generatorius naudoja plazmą, kurios temperatūra yra 2800 laipsnių, gautą deginant gamtines dujas, ir galingas superlaidus magnetas.

Atrodytų, kad plazmos energija tapo realybe. Tačiau panašius MHD generatorius pasaulyje galima suskaičiuoti ant pirštų, jie buvo sukurti praėjusio amžiaus antroje pusėje.

Pirmoji priežastis yra akivaizdi: generatoriams eksploatuoti reikalingos karščiui atsparios konstrukcinės medžiagos. Kai kurios medžiagos buvo sukurtos įgyvendinant termobranduolinės sintezės programas. Kiti naudojami raketų moksle ir yra klasifikuojami.Bet kokiu atveju šios medžiagos yra ypač brangios.

Kita priežastis yra MHD generatorių veikimo ypatumai: jie gamina išskirtinai nuolatinę srovę. Todėl reikalingi galingi ir ekonomiški keitikliai. Net ir šiandien, nepaisant puslaidininkių technologijos laimėjimų, tokia problema nebuvo visiškai išspręsta. Be to neįmanoma perduoti milžiniškų galimybių vartotojams.

Aukščiausio lygio magnetinių laukų sukūrimo problema taip pat nebuvo visiškai išspręsta. Problema neišsprendžiama net naudojant superlaidžius magnetus. Visos žinomos superlaidžios medžiagos turi kritinį magnetinio lauko stiprį, virš kurio superlaidumas tiesiog išnyksta.

Galima tik spėlioti, kas gali nutikti, kai staigus perėjimas į normalią laidininkų būseną, kai srovės tankis viršija 1000 A / mm2. Apvijų sprogimas arti plazmos, įkaitintos beveik 3000 laipsnių kampu, nesukels pasaulinės katastrofos, tačiau brangus MHD generatorius tikrai išsijungs.

Plazmos kaitinimo iki aukštesnės temperatūros problemos išlieka: esant 2500 laipsnių ir šarminių metalų (kalio) priedams, plazmos laidumas išlieka labai mažas, nepalyginamas su vario laidumu. Bet pakilus temperatūrai vėl reikės naujų karščiui atsparių medžiagų. Apskritimas užsidaro.

Todėl visi šiandien sukurti galios blokai su MHD generatoriais rodo pasiektą technologijos lygį, o ne ekonominį pagrįstumą. Šalies prestižas yra svarbus veiksnys, tačiau pastatyti labai brangius ir kaprizingus MHD generatorius šiandien yra labai brangu. Todėl net patys galingiausi MHD generatoriai išlieka bandomųjų gamyklų statusu. Jų pagrindu inžinieriai ir mokslininkai kuria būsimus dizainus, išbando naujas medžiagas.

Kada šis darbas baigsis, sunku pasakyti. Įvairių MHD generatorių konstrukcijų gausa rodo, kad optimalaus sprendimo dar nėra. Informacija, kad termobranduolinė sintezės plazma yra ideali MHD generatorių darbinė terpė, verčia juos plačiai naudoti iki mūsų amžiaus vidurio.