Магнитогидродинамическое преобразование энергии

Создание магнитогидродинамических генераторов (МГД-генераторов), непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую, является одной из главных задач современной энергетики. Возможности практической реализации такого рода преобразования энергии в широких промышленных масштабах появляются в связи с развитием атомной физики, физики плазмы, металлургии и ряда других областей.

Непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую позволяет существенно повысить эффективность использования топливных ресурсов.

Закон электромагнитной индукции, открытый Фарадеем, имеет важное значение для электроэнергетики. Согласно этому закону в проводнике, движущемся в магнитном поле, индуцируется ЭДС.

Еще Кельвин показал, что движение в устье реки соленой воды в магнитном поле Земли вызывает появление ЭДС. Схема такого МГД-генератора Кельвина показана на рис/ 9.1. В соответствии с законом электромагнитной индукции сила тока в проводниках 1, присоединенных к пластинам 2, опущенным в воду вдоль берегов реки, пропорциональна индукции магнитного поля Земли и скорости течения соленой морской воды в реке. При изменении направления течения воды в реке изменялось также и направление электрического тока в проводниках между пластинами.

Принципиальная схема действия современного МГД-генератора (рис. 9.1) мало отличается от приведенной на рис. 9.2. В рассматриваемой схеме между металлическими пластинами, расположенными в сильном магнитном поле, пропускается струя ионизированного газа, обладающего кинетической энергией направленного движения частиц. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции появляется ЭДС, вызывающая протекание электрического тока между электродами внутри канала генератора и во внешней цепи. Поток ионизированного газа – плазмы – тормозится под действием электродинамических сил, возникающих при взаимодействии протекающего в плазме тока и магнитного потока. Можно провести аналогию между возникающими силами и силами торможения, действующими со стороны рабочих лопаток паровых и газовых турбин на частички пара и газа.

Если какой-либо газ нагреть до температуры (» 300 °С), превратив его в электропроводное вещество, то при последующем расширении газа в рабочих каналах МГД-генератора произойдет прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.

Основные направления возможного промышленного применения МГД-генераторов:

1) ТЭС с МГД-генераторомна продуктах сгорания топлива (открытый цикл); эти установки наиболее просты по своему принципу и имеют ближайшую перспективу промышленного применения;

Рис. 9.1. Принципиальная схема МГД-генератора

Рис. 9.2. Схема работы МГД-генератора

2) атомные электростанции с МГД-генераторомна инертном газе, нагреваемом в ядерном реакторе (закрытый цикл); перспективность этого направления зависит от развития ядерных реакторов с температурой рабочего тела свыше 2000 К;

3) циклы с МГД-генераторомна жидком металле, которые весьма перспективны для атомной энергетики и для специальных энергетических установок сравнительно небольшой мощности, однако существующие на 1972 проработки этих циклов не позволяют судить определенно об их использовании в промышленной энергетике.