Cuando los generadores de electricidad por plasma se hacen realidad

Casi todos los que estaban interesados ​​en la energía escucharon sobre las perspectivas de los generadores MHD. Pero el hecho de que estos generadores hayan sido prometedores durante más de 50 años es poco conocido. Los problemas asociados con los generadores de plasma MHD se describen en el artículo.

Historia con plasma, o generadores magnetohidrodinámicos (MHD) sorprendentemente similar a la situación con fusión. Parece que solo necesita dar un paso o hacer un pequeño esfuerzo, y la conversión directa de calor en energía eléctrica se convertirá en una realidad familiar. Pero otro problema empuja esta realidad indefinidamente.

En primer lugar, sobre la terminología. Los generadores de plasma son una de las variedades de generadores MHD. Y esos, a su vez, obtuvieron su nombre por el efecto de la aparición de una corriente eléctrica cuando los líquidos eléctricamente conductores (electrolitos) se mueven en un campo magnético. Estos fenómenos se describen y estudian en una de las ramas de la física: magnetohidrodinámica. Desde aquí los generadores obtuvieron su nombre.

Históricamente, los primeros experimentos para crear generadores se llevaron a cabo con electrolitos. Pero los resultados mostraron que es muy difícil acelerar el flujo de electrolitos a velocidades supersónicas, y sin esto, la eficiencia (eficiencia) de los generadores es extremadamente baja.

Se llevaron a cabo más estudios con flujos de gas ionizado de alta velocidad o plasma. Por lo tanto, hoy, hablando sobre las perspectivas de uso Generadores MHD, debe tener en cuenta que estamos hablando exclusivamente de su variedad de plasma.

Físicamente, el efecto de la aparición de una diferencia de potencial y una corriente eléctrica cuando las cargas se mueven en un campo magnético es similar. Efecto Hall. Quienes trabajaron con sensores Hall saben que cuando una corriente pasa a través de un semiconductor colocado en un campo magnético, aparece una diferencia de potencial en las placas de cristal perpendiculares a las líneas del campo magnético. Solo en los generadores MHD se pasa un fluido de trabajo conductor en lugar de la corriente.

El poder de los generadores MHD depende directamente de la conductividad de la sustancia que pasa a través de su canal, el cuadrado de su velocidad y el cuadrado del campo magnético. A partir de estas relaciones, está claro que cuanto mayor sea la conductividad, la temperatura y la intensidad del campo, mayor será la potencia tomada.

Todos los estudios teóricos sobre la conversión práctica del calor en electricidad se llevaron a cabo ya en los años 50 del siglo pasado. Una década más tarde, aparecieron las plantas piloto Mark-V en los EE. UU. Con una capacidad de 32 MW y U-25 en la URSS con una capacidad de 25 MW. Desde entonces, se han probado varios diseños y modos de funcionamiento efectivos de generadores, y se han probado varios tipos de fluidos de trabajo y materiales estructurales. Pero los generadores de plasma no han alcanzado un uso industrial generalizado.

¿Qué tenemos hoy? Por un lado, ya funciona una unidad de energía combinada con un generador MHD con una capacidad de 300 MW en la central eléctrica del distrito estatal de Ryazan. La eficiencia del generador en sí supera el 45%, mientras que la eficiencia de las estaciones térmicas convencionales rara vez alcanza el 35%. El generador utiliza un plasma con una temperatura de 2800 grados, obtenido por la combustión de gas natural, y potente imán superconductor.

Parece que la energía del plasma se ha convertido en una realidad. Pero los generadores MHD similares en el mundo se pueden contar con los dedos, y se crearon en la segunda mitad del siglo pasado.

La primera razón es obvia: se requieren materiales estructurales resistentes al calor para el funcionamiento de los generadores. Algunos de los materiales se han desarrollado como parte de la implementación de programas de fusión termonuclear. Otros se utilizan en la ciencia de cohetes y se clasifican.En cualquier caso, estos materiales son extremadamente caros.

Otra razón son las peculiaridades del funcionamiento de los generadores MHD: producen exclusivamente corriente continua. Por lo tanto, se requieren inversores potentes y económicos. Incluso hoy, a pesar de los logros de la tecnología de semiconductores, este problema no se ha resuelto por completo. Y sin esto, es imposible transferir grandes capacidades a los consumidores.

El problema de crear campos magnéticos superfuertes tampoco se ha resuelto por completo. Incluso el uso de imanes superconductores no resuelve el problema. Todos los materiales superconductores conocidos tienen una intensidad crítica de campo magnético por encima de la cual la superconductividad simplemente desaparece.

Uno solo puede adivinar lo que puede suceder cuando una transición repentina a un estado normal de conductores en el que la densidad de corriente excede 1000 A / mm2. La explosión de devanados en proximidad cercana al plasma calentado a casi 3000 grados no causará una catástrofe global, pero un generador de MHD costoso fallará con seguridad.

Los problemas de calentamiento por plasma a temperaturas más altas permanecen: a 2500 grados y aditivos de metales alcalinos (potasio), la conductividad del plasma, sin embargo, sigue siendo muy baja, inconmensurable con la conductividad del cobre. Pero un aumento de la temperatura requerirá nuevamente nuevos materiales resistentes al calor. El círculo se cierra.

Por lo tanto, todas las unidades de potencia con generadores MHD creados hoy demuestran el nivel de tecnología alcanzado en lugar de la viabilidad económica. El prestigio del país es un factor importante, pero construir generadores MHD caros y caprichosos en la actualidad es muy costoso. Por lo tanto, incluso los generadores MHD más potentes permanecen en el estado de las plantas piloto. En ellos, ingenieros y científicos están trabajando en diseños futuros, probando nuevos materiales.

Cuando este trabajo termina, es difícil de decir. La abundancia de varios diseños de generadores MHD sugiere que la solución óptima aún está muy lejos. Y la información de que el plasma de fusión termonuclear es un medio de trabajo ideal para los generadores de MHD impulsa su uso generalizado hasta mediados de nuestro siglo.

Comments

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Hola
1. Acerca de los generadores MHD escritos y realizados suficientes experimentos. El problema tiene una solución como fenómeno físico en una estructura bien definida con un algoritmo bien definido. Esto es con respecto al uso de los llamados combustibles quimicos naturales. La energía electromagnética (similar al propósito del dispositivo) en la salida es una corriente alterna en la dirección. Su transferencia al consumidor, de acuerdo con los conocidos esquemas de correo electrónico habituales. suministro Modelos de alfombrilla de eficiencia obtenidos 90% y más.
2. Se puede obtener un dispositivo de casi el mismo diseño, con el mismo principio de funcionamiento, utilizando los núcleos de elementos ligeros como combustible como material de partida para la síntesis. Este es el llamado ESO En la toma de corriente para el consumidor de electricidad para las necesidades del hogar, la misma corriente eléctrica alterna. Coordinación con el consumidor según la cadena de suministro clásica anterior.
3. Con respecto a la entrega al consumidor de la electricidad generada de acuerdo con las páginas 1 y 2 para el movimiento mecánico de vehículos, hay una serie de opciones desde un motor de iones (en mi opinión muy prometedor), a través de motores eléctricos convencionales, hasta su uso según el principio de la fuerza de Lorentz. Creo que hay donde desplegar la imaginación de un especialista técnico con fondos suficientes para eso.
4. Según la reivindicación 1, 2, 3, en la medida de lo posible, he llevado a cabo una serie de experimentos: uno físico - exitoso. Muchas opciones para varios mat.modelos según la reivindicación 1, cláusula 2 Los modelos matemáticos teóricos tuvieron resultados muy alentadores con la eficiencia de convertir la energía del "combustible" en energía electromagnética del orden del 90% o más. Sin embargo, como saben, el criterio de la verdad es la práctica. A quién le importa, adelante.
Saludos, Boris.

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"¿Qué tenemos hoy? Por un lado, una unidad de energía combinada con un generador MHD de 300 MW ya está operando en la central eléctrica del distrito estatal de Ryazan. La eficiencia del generador supera el 45%, mientras que la eficiencia de las estaciones térmicas convencionales rara vez alcanza el 35%. El generador utiliza plasma con una temperatura 2800 grados obtenidos por la combustión de gas natural y un poderoso imán superconductor ".

El autor es engañoso. El MGDES en la región de Riazán como generador de MHD no funciona y nunca funcionó precisamente porque los científicos nunca pudieron ofrecer una tecnología de trabajo para mantener plasma a alta temperatura a escala industrial. Por el momento, el MGDES de la región de Riazán es solo otro bloque de plantas de energía del distrito estatal con un vertedero separado.