Магнито-гидродинамический генератор (МГД-генератор)

Магнито-гидродинамический генератор (МГД-генератор)

(рекламно-аналитическая записка)

  Как известно, КПД тепловой машины увеличивается при увеличении максимальной и уменьшении минимальной температуры рабочего тела. Но минимальная температура ограничена снизу – это температура окружающей среды. Чем  ограничена сверху максимальная температура? Прочностью лопастей турбин, ибо прочность всех металлов падает с ростом температуры, а на быстродвижущиеся детали приходятся наибольшие нагрузки. Лопасти турбин ТЭС работают  »на пределе’’, и одна из основных забот турбостроителей – получение материалов, обладающих высокой прочностью при высоких температурах. В лучших ТЭЦ достигнут КПД 35-40%.

  Если мы хотим увеличить КПД за счет повышения температуры рабочего тела, надо искать способ преобразования энергии горячего газа в электрическую энергию, не требующий от материалов высокой прочности. Один из вариантов – это МГД-генератор.

  Представим себе трубу, сделанную из электроизолирующего материала и имеющую на 2-х противоположных стенках изнутри проводящие электроды. Труба помещена в магнитное поле. Внутри трубы движется струя горячего газа. Движение горячей струи газа во многих отношениях похоже на движение жидкости. Отсюда и название самого метода и генератора. В МГД-генераторе механическая энергия движущегося горячего газа преобразовывается в электрическую энергию. Механизм возникновения тока в МГД-генераторе такой же как и в любом электрическом генераторе – ток возникает в проводнике, движущемся в магнитном поле. Но только в электрическом генераторе эти проводники металлические, твердые, а в МГД-генераторе это горячий газ. При ширине канала d=3м, скорости газа v=1500м/с, ЭДС составит Е=22,5кВ. Это вполне значительная величина, достаточная для практических применений.

  МГД-генератор мощностью Р=2000МВт = 2ГВт будет иметь характеристики: d=а=3м (высота и ширина), L =15м, Е=22,5 кВ, R = 0.022 Ом, Т = 1500 – 2500 оК,

n(e) = 1020  электронов/м3 , v2 =1000 – 1500 м/с, КПД  ≥ 90%.

  МГД-генераторы повышают КПД тепловых ТЭС и атомных АЭС с 35 – 40% до 90 – 95%. В этих схемах МГД-генераторы могут использоваться как в открытых циклах, так и в замкнутых циклах.

 

                                               Перспективы применения

  1. МГД-генератор с открытым циклом на природном горючем как метод использования энергии с максимальным КПД ≥ 90% .

   Такой генератор будет работать на угле, нефти или газе (при двухступенчатой схеме:

МГД-генератор + турбины ТЭС на его выходе).  Для генерирования мощности Р=2000МВт генератор (МГД+ТЭС) должен иметь канал сечением S=9м2 (d=a=3м) и длиной L=15м.

Скорость газа в канале v=1500м/с , магнитное поле В=5Тл. Ежесекундно в камере сгорания 2т горючего будут превращаться в смесь газов (СО2 + Н2О), нагретую до Т=2500оК, а в начало канала за 1сек. будет вводиться 20кг присадки К2СО3 2SO4). Сопротивление газа в канале R=0,02 Ом.

  1. МГД-генератор с открытым циклом на природном горючем для покрытия “пиковых нагрузок” в электрической сети.

  Такие электростанции называют “пиковыми” или “полупиковыми” в отличие от “базовых”.  Потребление энергии в течение суток меняется – например, в городах “пик нагрузки” приходится на вечер. Изменение режима работы обычной ТЭС довольно сложно, и вечером энергии не хватает. Ситуация может быть облегчена при наличии МГД-генератора соответствующей мощности, так как его включение или изменение режима работы занимает несколько минут (или десятков секунд). Такой генератор включался бы только в период “пика нагрузки” и увеличивал бы в необходимой степени мощность в электросети.

  1. МГД-генератор как мощный местный источник электроэнергии для кратковременного потребления.

  Для питания экспериментальных физических установок (ускорителей и т.д.) часто требуются весьма большие мощности (более 104 МВт = 10 ГВт – более 10-ти атомных реакторов). При этом источник питания должен работать недолго и с большими перерывами, скажем, по 5 минут 1 раз в полчаса.  104 МВт – это крупнейшая ТЭС, строить долго и дорого. Тянуть линию электропередачи на 104 МВт тоже долго и дорого. А МГД-генератор мощностью Р=104 МВт – это установка, которую можно будет перевезти тягачом или трейлером. Стоить она будет в тысячи и более раз дешевле чем ТЭС, а запуск ее будет занимать менее минуты.

  Импульсные генераторы на меньшие мощности —  совсем скромные по размерам: при Р=50 МВт — длина L=1,2м, выход на режим около 1 сек.

  1. Использование МГД-генераторов как местных источников энергии в сочетании с ДВС, компрессорами, соплами, присадками.

  Создание таких генераторов возможно на мощности от единиц МВт до десятков МВт.

При этом, при использовании высокоэкономичных компрессоров возможно закольцовывание системы.

Источник: cultmoscow.com .