МГД-генератор: що він генерує і як працює
В даний час практично будь-яку людину постійно оточують самі різні електронні пристрої, і ми просто не можемо уявити своє життя без них. Тому одним з найцінніших ресурсів стає електрика, і її споживання в світі зростає великими темпами. За даними Міжнародного енергетичного агентства, в 2015 р світове енергоспоживання склало 20, 76 трлн, через 15 років прогнозується 33, 4 трлн (приріст на 60%), а до 2050 р споживання енергії може подвоїтися – до 41, 3 трлн. Але так як кількість викопних джерел обмежена, необхідно впроваджувати методи підвищення ефективності нинішніх джерел виробництва енергії, а також шукати нові або ж маловивчені джерела енергії.
Одним з таких способів є магнітогідродинамічний метод виробництва електроенергії. Принцип магнітодинамічного перетворення теплоти в електрику був придуманий ще в XVIII столітті. Використовує цю ідею магнітогідродинамічний генератор (МГД-генератор) який безпосередньо перетворює теплову енергію (кінетичну енергію заряджених частинок) в електричну енергію і тим самим дозволяє істотно підвищити ефективність використання паливних ресурсів.
Принцип роботи МГД-генератора
Магнітогідродинамічний генератор – це електроенергетичний пристрій, в якому під дією закономірностей магнітної динаміки відбувається перетворення теплової і (або) кінетичної енергії електропровідного середовища в електричну енергію постійного струму. У разі перетворення електричної енергії в теплову або кінетичну енергію, пристрій називають МГД-прискорювачем. До теперішнього часу найбільш повно досліджені МГД-генератори, рідкометалеві МГД-насоси і дроселі, технічна реалізація яких доведена до дослідно-промислового виробництва.
Принцип дії МГД-генератора заснований на законі електромагнітної індукції М. Фарадея. При русі електропровідного середовища з певною швидкістю вздовж каналу прямокутного перерізу в магнітному полі, в кожній її точці виникає локальна ЕРС. Між електродами виникне різниця потенціалів, а в плазмі – електричне поле, спрямоване проти індукованого.
Робочим тілом в МГД-генераторі можуть бути йонізовані гази (плазма), рідкі метали, електроліти. Однак, для створення генераторів енергетичного призначення найбільш підходящим робочим тілом виявилася плазма.
Для отримання ККД МГД-генератора на рівні 70-75% необхідно забезпечити мінімальні втрати на тертя і теплові втрати через стінки в процесі перетворення енергії. Генеруюча ЕРС залежить від швидкості руху в потоці, що в свою чергу призводить до вибору великих швидкостей руху потоку. Однак при надзвукових швидкостях руху потоку відбувається сильне тепловиділення. Через що для МГД-генераторів з базовим навантаженням при тиску на вході до 1 МПа оптимальним є дозвуковий режим течії. При тиску на вході в МГД-генератор 1-2 МПа вигідно приймати режим течії зі змінним числом по довжині каналу. Для пікових генераторів в 2-3 МПа застосовують надзвукові режими течії.
Як енергетичний пристрої МГД-генератор володіє дуже цікавими характеристиками, які роблять його придатним для різних спеціальних застосувань. У МГД-генераторі функції як турбіни, так і генератора електроенергії, об`єднані в єдине ціле з простою компактною геометрією. Тут немає обертових частин, які викликають вібрації і шум, а також обмежують ресурс. Турбіни високої потужності, що працюють при високих температурах і швидкостях, менш надійні, ніж МГД-системи через високі значення напруги. Вихідна потужність постійного струму і час запуску всього кілька мілісекунд роблять цю схему виробництва електроенергії дуже привабливою.
При дослідженні перспектив розвитку енергетичних установок становить інтерес об`єднання ГТУ і ПТУ з МГД-генератором. У комбінованих ГТУ з МГД-генератором можливе застосування термодинамічного циклу з високою максимальною температурою і отримання найбільшої економічності в порівнянні з іншими тепловими установками.
Основними перевагами МГД-генератора є: висока початкова температура циклу; простота конструкції; відсутність рухомих частин; висока одинична потужність (до декількох ГВт на одній установці); майже миттєвий запуск.
Недоліками МГД-генератора є: в МГД-генераторі генерується постійний струм, що вимагає застосування потужних і економічних інверторів; відсутність матеріалів здатних працювати при надвисоких температурах тривалий час; створення надсильних магнітних полів. Всі наявні надпровідники мають критичну величину напруженості магнітного поля. Коли зовнішнє магнітне поле стає досить сильним, вище «критичного» значення, то стан надпровідності «руйнується».