ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водород из "Энергия " На протяженки последних 130 лет был создан целый ряд энергетических устройств, основанных на взаимодействии электрического и магнитного полей с движущимися электрическими зарядами. Метод прямого преобразования энергии, рабочим телом в котором является нагретый ионизированный газ, в принципе может обеспечить очень высокий КПД и потому вызывает большой интерес в качестве альтернативы паротурбинным теплоэнергетическим установкам для получения электрической энергии — это магнитогидродинамический генератор или сокращенно МГД-генератор. Его работа основана на взаимодействии рабочего тела с магнитным полем (рис. 5.21,6). ЭДС создается за счет движения в магнитном поле электронов и ионов нагретого газа. [c.103] Высокий КПД МГД-генератора объясняется тем, что нз входе в канал газ имеет очень высокую температуру. На практике промышленное внедрение этого метода потребует преодоления ряда трудностей. Чтобы оценить преимущества и недостатки МГД-генератора, кратко рассмотрим проис.ходящие в нем процессы. [c.103] Направления всех перечисленных векторных величин показаны на рис. 5.22. Индуцированный ток с плотностью /инд ортогонален внешнему магнитному полю, а также направлению потока заряженных частиц. С помощью ориентированных соответствующим образом электродных пластин, замкнув их на внешнюю цепь, можно получить ток в этой цепи (рис. 5.23). Если бы на практике все оказалось так просто, то МГД-генераторы бесспорно использовались бы во всем мире уже сегодня. [c.103] На электродных пластинах создается элек трическая разность потенциалов, равная раз ности внещнего поля и индуцированного поля с напряженностями Е и соответственно. [c.104] Зависимость удельной вырабатываемой мощности от параметров показана на рис. 5.24 видно, что зависимость выходной мощности МГД-генератора от плотности тока носит параболический характер. [c.104] Значения большинства из этих параметров в реальных условиях ограничены, а некоторые из перечисленных условий носят противоречивый характер и требуют компромиссного подхода. Во-первых, электропроводность нагретого газа крайне низка, за исключением электропроводности при очень высоких температурах (рис. 5.25). Используемые конструкционные материалы не позволяют рассчитывать на рабочие температуры выше 3000 К. Для увеличения электропроводности рабочего тела используется метод введения в него ионизирующейся присадки—щелочного металла в форме карбоната или хлорида. Выбрасывать присадку экономически очень невыгодно, это привело бы к существенному увеличению стоимости вырабатываемой электроэнергии. Поэтому присадку необходимо улавливать и снова использовать в цикле. [c.104] Возникает и ряд проблем, связанных с высокой температурой в МГД-канале. Изоляционные материалы должны сохранять свои свойства при очень высокой температуре, а проводники также должны сохранять проводимость в весьма агрессивной среде. Трудности в этом вопросе очевидны при очень высоких температурах проводники теряют проводимость, а изоляторы становятся проводниками. [c.104] Получение сильных магнитных полей с помощью обычного магнита связано с большими потерями энергш на теплоту, выделяемую в проводнике при прохождении тока. Более экономичным является использование сверхпроводящих магнитных систем они обеспечивают большую индукцию поля и имеют несравнимо меньшие потери. Естественно, необходимо учесть энергозатраты на криогенные установки. [c.105] При учете всех факторов эксплуатационные затраты на использование сверхпроводящих магнитов значительно меньше, чем для обычных. [c.105] Значения чисел Маха рабочего тела также должны быть ограничены. Слишком большие скорости связаны с нежелательным дросселированием и возникновением нежелательных скачков уплотнения. [c.105] МГД-установке позволяет добиться большей полноты сгорания, включая коксовый остаток для обеспечения чистоты дымовых газов потребуется очистка от SOjt, но ее можно провести на стадии подготовки топлива. Большие количества NOjt, образующиеся вследствие очень высоких температур процесса горения топливно-воздушной смеси, можно использовать для производства азотной кислоты, пригодной для промышленного применения. На рис. 5.26 показана структурная схема энергоблока с высокотемпературной МГД-надстрой-кой и паротурбинной частью. [c.105] Длина МГД-канала составляет 3 м используется сверхпроводящий магнит, обеспечивающий индукцию магнитного поля 6 Тл. Средняя по длине канала плотность тока должна составлять 4000 А/м при средней разности потенциалов 5400 В (постоянный ток). Мощность, вырабатываемая МГД-генерато-ром, 800 МВт. Расход продуктов сгорания составит 583 кг/с, с 0,7 %-ным обогащением присадкой в виде S2 O3. Температура на входе в канал 2650 К, а на выходе — 2300 К. КПД энергоблока должен составлять 52 %. [c.105] Более высокий КПД энергоблока, работа ющего по бинарному циклу, по сравнению с традиционной энергетической установкой той же мощности имеет два существенных преимущества экономия топлив1гых ресурсов и снижение выбросов теплоты в биосферу. [c.105] В настоящее время исследования в области МГД-преобразования энергии ведутся как в США, так и в других странах, в первую очередь в Советском Союзе. Построено несколько экспериментальных установок (мощностью 50—200 МВт), которые успешно работают. [c.105] Ресурс этих установок, однако, ограничен . На рис. 5.27 показана часть МГД-генератора 200 МВт, впервые запущенного в 1978 г. и проработавшего 500 ч. Сегодня ясно, что для обеспечения надежной работы систе мы многое еще предстоит сделать в области разработки материалов. Высокие температуры в сочетании с коррозионным воздействием продуктов сгорания и присадки существенно снижают ресурс МГД-каиала. Для перехода к промышленному использованию необходимо добиться существенного улучн1ения конструкции воздухоподогревателей и камер сгорания. [c.106] Рассматриваются и иные типы. НГД-сис-тем, включая системы замкнутого цикла и жидкометаллические МГД-генераторы. Они обладают тем преимуществом, что не загрязняют воздух продуктами сгорания, но рабочие температуры у них ниже, что снижает суммарный КПД. Итак, можно сказать, что МГД-преобразование в принципе может не только стать в один ряд с традиционными системами производства электроэнергии, но и превзойти их в отношении уменьшения загрязнения окружающей среды н экономии органического топлива. МГД-энергетика еще не достигла уровня промышленного развития, но если в ближайшие годы исследования и финансирование будут достаточными, этот уровень будет достигнут. [c.106] Ниже рассматриваются физические основы использования потенциальной энергии ветра и некоторые из существующих ВЭУ, а также вопрос, повлияет ли широкое использование ВЭУ неблагоприятно на окружающую среду и, производится оценка перспектив развития ветроэнергетики США. [c.106] Легко показать, что КПД имеет максимум при условии у = /з , а его максимальное значение равно /27. [c.107] При конструировании ветродвигателя ставится задача получить агрегат, который может работать при больших скоростях ветра и одновременно обеспечивать высокий КПД преобразования, т. е. срабатывать около /з скоростного напора ветра. Выполнение последнего условия зависит от двух факторов формы лопастей и быстроходности. [c.107] У ветроколес с горизонтальной осью, параллельной потоку, в зависимости от рабочих параметров и условий работы обычно имеется либо две, либо три лопасти. [c.107] Вернуться к основной статье