Далеко не всі альтернативні джерела енергії на планеті Земля досі були вивчені і успішно застосовані. Тим не менш людство активно розвивається в цьому напрямку і знаходить все нові варіанти. Одним з них стало отримання енергії з електроліту, що знаходиться в магнітному полі.
Закладений ефект і походження назви
Перші праці на цьому терені приписуються ще Фарадей, який працював у лабораторних умовах ще в 1832 році. Він досліджував так званий магнітогідродинамічний ефект, а точніше, шукав електромагнітну рушійну силу і намагався її успішно застосувати. В якості джерела енергії використовувалося протягом річки Темза. Разом з назвою ефекту своє найменування отримала і установка — магнітогідродинамічний генератор.
В даному МГД-пристрої відбувається пряме перетворення одного виду енергії в інший, а саме механічної в електричну. Особливості такого процесу і опис принципу його дії в цілому докладно описуються в магнітній гідродинаміці. На честь даної дисципліни і був названий сам генератор.
Опис дії ефекту
В першу чергу варто зрозуміти те, що відбувається під час функціонування пристрою. Тільки так можна усвідомити принцип роботи магнітогідродинамічних генератора в дії. Ефект побудований на виникненні електричного поля і, звичайно ж, електричного струму в електроліті. Останній видається різними середовищами, приміром, рідким металом, плазмою (газом) або водою. З цього можна укласти, що в основі принципу дії лежить електромагнітна індукція, використовує магнітне поле для вироблення електрики.
Виходить так, що провідник повинен перетинатися з силовими лініями поля. Це є, в свою чергу, обов’язковою умовою для того, щоб потоки іонів з протилежними щодо рухомих частинок зарядами почали виникати всередині пристрою. Також важливо відзначити поведінку силових ліній. Побудована з них магнітне поле рухається всередині самого провідника в протилежний бік від тієї, де знаходяться заряди іонів.
Визначення та історія МГД-генератора
Установка являє собою пристрій для перетворення теплової енергії в електричну. В ній повністю застосовується вищеописаний ефект. При цьому магнитогидродинамические генератори в свій час вважалися досить новаторською і проривний ідеєю, побудова перших зразків яких займало уми провідних вчених двадцятого століття. Незабаром фінансування таких проектів вичерпало себе за не зовсім зрозумілих причин. Вже були зведені перші експериментальні установки, однак на їх використанні був поставлений хрест.
Перші конструкції магнитодинамических генераторів описувалися ще в 1907-910 роках, проте вони не могли бути створені в силу ряду суперечать фізичних та архітектурних особливостей. В якості прикладу можна навести те, що ще не були створені матеріали, які могли б нормально функціонувати при робочих температурах до 2500-3000 градусів за Цельсієм в газовому середовищі. Російська модель повинна була з’явитися в спеціально побудованому МГДЭС в місті Новомичуринске, який розташований в Рязанській області в безпосередній близькості від ДРЕС. Проект був згорнутий на початку 1990-х років.
Як працює пристрій
Конструкція і принцип дії магнітогідродинамічних генераторів здебільшого повторюють такі у звичайних машинних варіантів. В основі знаходиться ефект електромагнітної індукції, а отже, виникає струм у провіднику. Це відбувається за рахунок того, що останній перетинає силові лінії магнітного поля всередині пристрою. Однак існує одна відмінність між машинними і МГД-генераторів. Воно полягає в тому, що для магнітогідродинамічних варіантів в якості провідника використовується безпосередньо саме робоче тіло.
В основі дії також заряджені частинки, на які діє сила Лоренца. Рух робочого тіла відбувається поперек магнітного поля. Завдяки цьому виникають потоки носіїв зарядів з рівного протилежними напрямками. На етапі становлення в МГД-генераторах застосовувалися переважно електропровідні рідини або електролітів. Саме вони і були тим самим робочим тілом. Сучасні варіації перейшли на плазму. Носії зарядів для нових машин стали позитивні іони і вільні електрони.
Конструкція МГД-генераторів
Перший вузол пристрою називається каналом, по якому рухається робоче тіло. В даний час в магнітогідродинамічних генераторах в якості основної середовища застосовується здебільшого плазма. Наступний вузол представляє з себе систему магнітів, які відповідають за створення магнітного поля і електродів для відведення тієї енергії, яка буде отримана в ході робочого процесу. При цьому джерела можуть бути різними. У системі можна застосовувати як електромагніти, так і постійні магніти.
Далі газ проводить електричний струм і нагрівається до температури термічної іонізації, яка складає приблизно 10 тисяч Кельвінів. Після даний показник неодмінно потрібно знизити. Планка температури падає до 2,2-2,7 тисячі Кельвінів за рахунок того, що в робочу середу додаються спеціальні присадки з лужними металами. В іншому випадку плазма не є достатньою мірою ефективною, тому як величина її електропровідності стає значно меншою, ніж у тієї ж води.
Типовий цикл роботи пристрою
Інші вузли, складові конструкцію магнітогідродинамічних генератора, краще всього перерахувати разом з описом функціональних процесів в тій послідовності, в якій вони відбуваються.
Основні класифікації
Існує безліч варіантів виконання готового пристрою, однак принцип роботи буде фактично однаковим у будь-якому з них. Наприклад, можливий запуск магнітогідродинамічних генератора на твердому паливі начебто продуктів згоряння копалин. Також в якості джерела енергії застосовуються пари лужних металів та їх двохфазні суміші з рідкими металами. По тривалості роботи МГД-генератори поділяються на тривалі і короткочасні, а останні — на імпульсні і вибухові. З джерел тепла можна назвати ядерні реактори, теплообмінні пристрої і реактивні двигуни.
Крім того, є також класифікація за типом робочого циклу. Тут підрозділ відбувається лише на два основних типи. Генератори з відкритим циклом мають робоче тіло, змішане з присадками. Продукти згоряння йдуть через робочу камеру, де вони в процесі очищаються від домішок і викидаються в атмосферу. У замкнутому циклі робоче тіло потрапляє в теплообмінник і лише після цього надходить у камеру генератора. Далі продукти згоряння чекає компресор, який і закінчує цикл. Після цього робоче тіло повертається на перший етап в теплообмінник.
Головні характеристики
Якщо питання про те, що виробляє магнітогідродинамічний генератор можна вважати повною мірою освітленим, то слід представити основні технічні параметри подібних пристроїв. Першим з них за значимістю, ймовірно, йде потужність. Вона пропорційна провідності робочого тіла, а також квадратах напруженості магнітного поля і його швидкості. Якщо робоче тіло представляє з себе плазму з температурою близько 2-3 тисяч Кельвінів, то провідність пропорційна їй в 11-13 ступеня і обернено пропорційна квадратному кореню з тиску.
Також слід навести дані про швидкості потоку і індукції магнітного поля. Перша з цих характеристик варіюється в досить великих межах, починаючи від дозвукових швидкостей і закінчуючи гиперзвуковыми аж до 1900 метрів в секунду. Що ж стосується індукції магнітного поля, то вона залежить від конструкції магнітів. Якщо вони зроблені із сталі, то верхня планка встановиться на позначці 2 Тл. Для системи, яка складається з надпровідних магнітів, це значення зростає до 6-8 Тл.
Застосування МГД-генераторів
Широкого використання таких пристроїв сьогодні спостерігати не доводиться. Тим не менш теоретично існує можливість будувати електростанції з магнитогидродинамическими генераторами. Всього є три допустимих варіації:
Перспективність пристроїв
Актуальність магнітогідродинамічних генераторів залежить від цілого ряду факторів і невирішених досі проблем. В якості прикладу можна навести здатність таких пристроїв до вироблення тільки постійного струму, а значить для їх обслуговування необхідно конструювати досить потужні і притому економічні інвертори.
Іншою помітною проблемою є відсутність необхідних матеріалів, які могли б пропрацювати досить тривалий час в умовах розігріву палива до надвисоких температур. Те ж саме стосується і електродів, що застосовуються у таких генераторах.
Інші варіанти застосування
Крім функціонування в основі електростанцій, дані пристрої здатні працювати в спеціальних енергетичних установках, що було б вельми корисно для атомної енергетики. Застосування магнітогідродинамічних генератора допускається і гіперзвукових авіаційних системах, проте жодних просувань у цій галузі поки що спостерігати не доводиться.