- 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.
- Ашкинази Л. МГД–генератор //Квант, 1980, № 11
- Рыжкин В.Электростанции газотурбинные, парогазовые, атомные и с МГД-генераторами//Тепловые электрические станции,1975
- Тамоян Г.С Учебное пособие по курсу "Специальные электрические машины" – МГД-машины и устройства.
- Каулинг Т. Магнитная гидродинамика. М.: Изд–во МИР, 1964
- 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
- Магнитодинамический метод получения электроэнергии. Сборник статей. Под ред. В.А. Кириллина и А.Е. Шейндлина. Вып. З.М., "Энергия",1972
- http://www.naukadv.ru/pribory/mgd-generator.html «Физика машин»
- http://livescience.ru/article_69/ «Живая наука»