Магнитогидродинамические генераторы

• Сериесный генератор с диагональным соединением электродов

 

 

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.

 

Преимущества МГД–генераторов:

 

• Очень высокая мощность, до нескольких мегаватт на не очень большую установку;
• В нём не используются вращающиеся детали, следовательно, отсутствуют потери на трение;
• Рассматриваемые генераторы являются объемными машинами - в них протекают объемные процессы. С увеличением объема уменьшается роль нежелательных поверхностных процессов (загрязнения, токов утечки). В то же время увеличение объема, а с ним и мощности генератора практически ничем не ограничено (и 2 ГВт, и более), что соответствует тенденции роста мощности единичных агрегатов;
• При более высоком КПД МГД-генераторов существенно уменьшается выброс вредных веществ, которые обычно содержатся в отработанных газах;
• Большой успех в технической отработке использования МГД - генераторов для производства электрической энергии был достигнут благодаря комбинации магнитогидродинамической ступени с котельным агрегатом. В этом случае горячие газы, пройдя через генератор, не выбрасываются в трубу, а обогревают парогенераторы ТЭС, перед которыми помещена МГД - ступень. Общий КПД таких электростанций достигают небывалой величины - 65% Высокая маневренность.

 

 Недостатки МГД–генераторов:

 

• Необходимость применения сверх жаропрочных материалов. Угроза расплавления. Температура 2000 – 3000 К. Химически активный и горячий ветер имеет скорость 1000 – 2000 м/с;
• Генератор вырабатывает только постоянный ток. Создание эффективного электрического инвертора для преобразования постоянного тока в переменный;
• Среда в МГД-генераторе с открытым циклом – химически активные продукты сгорания топлива. В МГД-генераторе с замкнутым циклом – хотя и химически неактивные инертные газы, но зато очень химически активная примесь (цезий);

 

• Рабочее тело попадает в так называемый МГД-канал, где и происходит возникновение электродвижущей силы. Канал может быть трех видов. Надежность и продолжительность работы электродов - общая проблема всех каналов. При температуре среды в несколько тысяч градусов электроды весьма недолговечны;
• Несмотря на то, что генерируемая мощность пропорциональна квадрату индукции магнитного поля, для промышленных установок требуются очень мощные магнитные системы, гораздо более мощные, чем опытные;
• При температуре газа ниже 2000°С в нем остается так мало свободных электронов, что для использования в генераторе она уже не годится. Чтобы не расходовать зря тепло, поток газа пропускают через теплообменники. В них тепло передается воде, а образовавшийся пар подается в паровую турбину;
• На данный момент наиболее широко изучены и разработаны плазменные МГД-генераторы. Информации о МГД-генераторах, использующих в качестве рабочего тела морскую воду, не найдено.

 

Из этого списка видно, что имеется  целый ряд проблем, который еще  необходимо преодолеть. Эти трудности  решаются многими остроумными способами.

 

В целом этап концептуальных поисков  в области МГД–генераторов в  основном пройден. Еще в шестидесятых годах прошлого века были проведены  основные теоретические и экспериментальные  исследования, созданы лабораторные установки. Результаты исследований и  накопленный инженерный опыт позволили  российским ученым в 1965 г. ввести в действие комплексную модельную энергетическую установку "У–02", работавшую на природном  топливе. Несколько позднее было начато проектирование опытно–промышленной  МГД–установки "У–25", которое  проводилось одновременно с исследовательскими работами на "У–02". Успешный пуск этой первой опытно–промышленной энергетической установки, имевшей расчетную мощность 25 МВт, состоялся в 1971 г.

В настоящее время на Рязанской  ГРЭС используется головной МГД–энергоблок 500 МВт, включающий МГД–генератор мощностью  около 300 МВт и паротурбинную часть  мощностью 315 МВт с турбиной К–300–240. При установленной мощности свыше 610 МВт выдача мощности МГД–энергоблока  в систему составляет 500 МВт за счет значительного расхода энергии  на собственные нужды в МГД–части. Коэффициент полезного действия МГД–500 превышает 45 %, удельный расход условного топлива составит примерно 270 г/(кВт–ч). Головной МГД–энергоблок запроектирован на использование природного газа, в дальнейшем предполагается переход на твердое топливо. Исследования и разработки МГД–генераторов широко развёрнуты в США, Японии, Нидерландах, Индии и др. странах. В США эксплуатируется опытная МГД–установка на угле тепловой мощностью 50 МВт. Все перечисленные МГД–генераторы используют плазму в качестве рабочего тела. Хотя, на наш взгляд, можно использовать в качестве электролита и морскую воду. Для того, чтобы продемонстрировать энергетические возможности МГД–генератора изготовлена лодка на МГД приводе.

<Модель магнитогидродинамической установки У-25, Государственный Политехнический музей (г.Москва)>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

Магнитогидродинамический генератор  представляет собой устройство, преобразующее  кинетическую энергию электропроводящего потока, движущегося в поперечном магнитном поле, в электроэнергию.

Главное достоинство МГД-генераторов  состоит в том, что они, повышая  на 10-20% коэффициент полезного действия по сравнению с тепловыми электростанциями, могут в настоящее время вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. В МГД-генераторе, как описано  выше, электрический ток производится потоком ионизованного газа (плазмы), направленным поперек магнитного поля. Отрицательные и положительные  заряды в магнитном поле отклоняются  в разные стороны и направляются каждый на свой электрод. Между электродами  образуется разность потенциалов, и  при замыкании внешней цепи возникает  электрический ток. Для получения  ионов топливо сжигается при  ЗОООК в специальной камере, в  которой для облегчения возникновения  ионов к нему добавляются соли калия или цезия. Так как большая  доля энергии превращается при этом все же в тепло, то в случае МГД-генератора не вполне можно говорить о непосредственном превращении химической энергии  в электрическую. Температура газа, отработанного в МГД-генераторе, составляет 2000К. Используя его по обычной схеме, турбина вырабатывает еще примерно столько же электроэнергии, сколько производит МГД-генератор. Поэтому сравнительно высокий коэффициент  полезного действия всей установки (50-60%) достигается с помощью двухступенчатого процесса.

Для того чтобы использовать МГД-генераторы в большой энергетике, необходимо найти способ получения хорошей  электропроводности газа при значительно  более низких температурах.

Теоретически, существуют четыре направления  промышленного применения МГД-генераторов:

• Тепловые электростанции с МГД-генератором на продуктах сгорания топлива (открытый цикл);

такие установки наиболее просты и  имеют ближайшую перспективу  промышленного применения;

• Атомные электростанции с МГД-генератором на инертном газе, нагреваемом в ядерном реакторе (закрытый цикл);

перспективность этого направления  зависит от развития ядерных реакторов  с температурой рабочего тела свыше 2000 K;

• Термоядерные электростанции безнейтронного цикла (например, D + 3He → p + 4He + 18,353 МэВ) c МГД-генератором на высокотемпературной плазме;
• Циклы с МГД-генератором на жидком металле, которые перспективны для атомной энергетики и для специальных энергетических установок сравнительно небольшой мощности.

 

Энергетические установки с  МГД-генератором могут применяться  также как резервные или аварийные  источники энергии в энергосистемах, для бортовых систем питания космической  техники, в качестве источников питания  различных устройств, требующих  больших мощностей на короткие промежутки времени (например, для питания электроподогревателей  аэродинамических труб и т. п.).

Несмотря на заманчивые перспективы  и бурное развитие исследований в  области МГД-генераторов в 1970-е, устройства на их основе так и не нашли широкого промышленного применения вплоть до настоящего времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.

 

1. Ашкинази Л. МГД–генератор //Квант, 1980, № 11
2. Рыжкин В.Электростанции газотурбинные, парогазовые, атомные и с МГД-генераторами//Тепловые электрические станции,1975
3. Тамоян Г.С Учебное пособие по курсу "Специальные электрические машины" – МГД-машины и устройства.
4. Каулинг Т. Магнитная гидродинамика. М.: Изд–во МИР, 1964
5. Магнитогидродинамическое преобразование энергии. Физико-технические аспекты/И.И. Бейлис, В.А. Битюрин, И.А. Васильева, В.В. Кириллов, Г.М. Корягина, Г.А. Любимов, С.А. Медин, Г. Н. Морозов, А.Е. Шейндлин, Б.Я. Шумяцкий. М.: Наука, 1982
6. Магнитодинамический метод получения электроэнергии. Сборник статей. Под ред. В.А. Кириллина и А.Е. Шейндлина. Вып. З.М., "Энергия",1972
7. http://www.naukadv.ru/pribory/mgd-generator.html «Физика машин»
8. http://livescience.ru/article_69/ «Живая наука»