Wenn Plasma-Stromerzeuger Realität werden

Fast jeder, der sich für Energie interessierte, hörte von den Aussichten für MHD-Generatoren. Die Tatsache, dass diese Generatoren seit mehr als 50 Jahren vielversprechend sind, ist nur wenigen bekannt. Die mit Plasma-MHD-Generatoren verbundenen Probleme werden im Artikel beschrieben.

Geschichte mit Plasma oder magnetohydrodynamische (MHD) Generatoren überraschend ähnlich der Situation mit Fusion. Es scheint, dass Sie nur einen Schritt machen oder sich ein wenig anstrengen müssen, und die direkte Umwandlung von Wärme in elektrische Energie wird zu einer vertrauten Realität. Aber ein anderes Problem treibt diese Realität auf unbestimmte Zeit voran.

Zunächst zur Terminologie. Plasmageneratoren sind eine der Varianten von MHD-Generatoren. Und diese wiederum haben ihren Namen durch die Wirkung des Auftretens eines elektrischen Stroms erhalten, wenn sich elektrisch leitende Flüssigkeiten (Elektrolyte) in einem Magnetfeld bewegen. Diese Phänomene werden in einem der Bereiche der Physik beschrieben und untersucht - Magnetohydrodynamik. Von hier haben die Generatoren ihren Namen bekommen.

Historisch gesehen wurden die ersten Experimente zur Herstellung von Generatoren mit Elektrolyten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass es sehr schwierig ist, den Elektrolytfluss auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen, und ohne diese ist der Wirkungsgrad der Generatoren äußerst gering.

Weitere Studien wurden mit schnellen ionisierten Gasströmen oder Plasma durchgeführt. Daher sprechen wir heute über die Nutzungsaussichten MHD-Generatoren, müssen Sie bedenken, dass wir ausschließlich über ihre Plasmasorte sprechen.

Physikalisch ist der Effekt des Auftretens einer Potentialdifferenz und eines elektrischen Stroms, wenn sich die Ladungen in einem Magnetfeld bewegen, ähnlich Hall-Effekt. Diejenigen, die mit Hallsensoren gearbeitet haben, wissen, dass, wenn ein Strom durch einen in einem Magnetfeld angeordneten Halbleiter fließt, eine Potentialdifferenz auf den Kristallplatten senkrecht zu den Linien des Magnetfelds auftritt. Nur bei MHD-Generatoren wird anstelle von Strom ein leitfähiges Arbeitsmedium geleitet.

Die Leistung von MHD-Generatoren hängt direkt von der Leitfähigkeit der durch ihren Kanal fließenden Substanz, dem Quadrat ihrer Geschwindigkeit und dem Quadrat des Magnetfelds ab. Aus diesen Beziehungen geht hervor, dass die aufgenommene Leistung umso höher ist, je größer Leitfähigkeit, Temperatur und Feldstärke sind.

Alle theoretischen Studien zur praktischen Umwandlung von Wärme in Elektrizität wurden bereits in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts durchgeführt. Ein Jahrzehnt später erschienen in den USA die Pilotanlagen „Mark-V“ mit einer Leistung von 32 MW und in der UdSSR „U-25“ mit einer Leistung von 25 MW. Seitdem wurden verschiedene Konstruktionen und effektive Betriebsarten von Generatoren getestet und verschiedene Arten von Arbeitsflüssigkeiten und Strukturmaterialien getestet. Plasmageneratoren haben jedoch keine weit verbreitete industrielle Verwendung erreicht.

Was haben wir heute? Einerseits ist im Kraftwerk des Bundesstaates Ryazan bereits ein Kombikraftwerk mit einem MHD-Generator mit einer Leistung von 300 MW in Betrieb. Der Wirkungsgrad des Generators selbst übersteigt 45%, während der Wirkungsgrad herkömmlicher Wärmestationen selten 35% erreicht. Der Generator verwendet ein Plasma mit einer Temperatur von 2800 Grad, das durch Verbrennung von Erdgas erhalten wird, und starker supraleitender Magnet.

Es scheint, dass Plasmaenergie Realität geworden ist. Aber ähnliche MHD-Generatoren auf der Welt können an den Fingern gezählt werden, und sie wurden in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts hergestellt.

Der erste Grund liegt auf der Hand: Für den Betrieb von Generatoren werden hitzebeständige Baustoffe benötigt. Einige der Materialien wurden im Rahmen der Implementierung von Kernfusionsprogrammen entwickelt. Andere werden in der Raketenwissenschaft eingesetzt und klassifiziert.In jedem Fall sind diese Materialien extrem teuer.

Ein weiterer Grund sind die Besonderheiten des Betriebs von MHD-Generatoren: Sie erzeugen ausschließlich Gleichstrom. Daher sind leistungsstarke und wirtschaftliche Wechselrichter erforderlich. Trotz der Errungenschaften der Halbleitertechnologie ist ein solches Problem bis heute nicht vollständig gelöst. Und ohne dies ist es unmöglich, enorme Kapazitäten an die Verbraucher zu übertragen.

Das Problem der Erzeugung superstarker Magnetfelder wurde ebenfalls nicht vollständig gelöst. Selbst die Verwendung von supraleitenden Magneten löst das Problem nicht. Alle bekannten supraleitenden Materialien haben eine kritische Magnetfeldstärke, oberhalb derer die Supraleitung einfach verschwindet.

Man kann nur raten, was passieren könnte, wenn die Leiter plötzlich in den Normalzustand übergehen, in dem die Stromdichte 1000 A / mm2 überschreitet. Die Explosion von Wicklungen in unmittelbarer Nähe des auf fast 3000 Grad erhitzten Plasmas wird keine globale Katastrophe verursachen, aber ein teurer MHD-Generator wird mit Sicherheit ausfallen.

Die Probleme der Plasmaerwärmung auf höhere Temperaturen bleiben bestehen: Bei 2500 Grad und Additiven von Alkalimetallen (Kalium) bleibt die Plasma-Leitfähigkeit jedoch sehr gering, was mit der Leitfähigkeit von Kupfer nicht vergleichbar ist. Ein Temperaturanstieg erfordert jedoch wieder neue hitzebeständige Materialien. Der Kreis schließt sich.

Daher zeigen alle heute hergestellten Aggregate mit MHD-Generatoren eher das erreichte technologische Niveau als die wirtschaftliche Machbarkeit. Das Prestige des Landes ist ein wichtiger Faktor, aber der Bau massiv teurer und launischer MHD-Generatoren ist heute sehr teuer. Daher bleiben auch die leistungsstärksten MHD-Generatoren im Status von Pilotanlagen. Daran erarbeiten Ingenieure und Wissenschaftler zukünftige Entwürfe und testen neue Materialien.

Wann diese Arbeit endet, ist schwer zu sagen. Die Fülle verschiedener Designs von MHD-Generatoren legt nahe, dass die optimale Lösung noch weit entfernt ist. Und die Information, dass das thermonukleare Fusionsplasma ein ideales Arbeitsmedium für MHD-Generatoren ist, treibt ihre weit verbreitete Verwendung bis zur Mitte unseres Jahrhunderts voran.

Comments

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Guten Tag.
1. Über MHD-Generatoren wurden genügend Experimente geschrieben und durchgeführt. Das Problem hat eine Lösung als physikalisches Phänomen in einer genau definierten Struktur mit einem genau definierten Algorithmus. Dies gilt im Hinblick auf die Verwendung von sogenannten chemische natürliche Kraftstoffe. Elektromagnetische Energie (ähnlich dem Zweck des Geräts) am Ausgang ist ein Wechselstrom in der Richtung. Die Übertragung an den Verbraucher erfolgt nach den üblichen bekannten E-Mail-Schemata. Versorgung. Effizienzmattenmodelle erzielten 90% und mehr.
2. Eine Vorrichtung mit nahezu demselben Design und demselben Funktionsprinzip kann erhalten werden, indem die Kerne leichter Elemente als Brennstoff als Ausgangsmaterial für die Synthese verwendet werden. Dies ist das sogenannte DAS. An der Steckdose für den Stromverbraucher für den Haushaltsbedarf gilt der gleiche Wechselstrom. Koordination mit dem Verbraucher gemäß der oben genannten klassischen Lieferkette.
3. Für die Lieferung des gemäß S. ​​1 und S. 2 erzeugten Stroms an den Verbraucher für die mechanische Bewegung von Fahrzeugen gibt es eine Reihe von Optionen, die von einem Ionenantriebsgerät (meiner Meinung nach sehr vielversprechend) über herkömmliche Elektromotoren bis zu deren Verwendung nach dem Prinzip der Lorentzkraft reichen. Ich denke, es gibt einen Ort, an dem die Vorstellungskraft eines technischen Spezialisten mit ausreichender Finanzierung eingesetzt werden kann.
4. Nach Anspruch 1, 2, 3 habe ich, soweit möglich, eine Reihe von Experimenten durchgeführt: eines physikalisch - erfolgreich. Viele Optionen für verschiedene Matten.Modelle nach Anspruch 1, Abschnitt 2 Theoretische mathematische Modelle hatten sehr ermutigende Ergebnisse mit der Effizienz der Umwandlung der Energie von "Kraftstoff" in elektromagnetische Energie in der Größenordnung von 90% und höher. Wie Sie wissen, ist das Kriterium der Wahrheit jedoch die Praxis. Wen kümmert es - mach es.
Grüße, Boris.

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"Was haben wir heute? Einerseits ist im Kraftwerk des Bundesstaates Ryazan bereits ein Kombikraftwerk mit einem 300-MW-MHD-Generator in Betrieb. Der Wirkungsgrad des Generators selbst übersteigt 45%, während der Wirkungsgrad herkömmlicher Wärmestationen selten 35% erreicht. Der Generator verwendet Plasma mit Temperatur 2800 Grad durch Verbrennung von Erdgas und ein starker supraleitender Magnet. "

Der Autor ist irreführend. MGDES in der Region Rjasan als MHD-Generator funktioniert nicht und hat nie genau funktioniert, weil Wissenschaftler nie in der Lage waren, eine funktionierende Technologie zum Halten von Hochtemperaturplasma im industriellen Maßstab anzubieten. Derzeit ist das MGDES der Region Rjasan nur ein weiterer Block staatlicher Bezirkskraftwerke mit einem separaten Überlauf.