Физика

Радиоактивность
ДОЗЫ РАДИАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ
Естественные источники радиации
Земная радиация
Внутреннее облучение
Другие источники радиации
Источники, созданные человеком
Ядерные взрывы
Атомная энергетика
Профессиональное облучение
Действие радиации на человека
Острое поражение
Рак
Генетические последствия облучения
Понятие приемлемого риска
 

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ

В 1970-ые и 1980-ые годы в мире (наиболее интенсивно в США и в Советском Союзе) исследовались и испытывались возможности непосредственного преобразования энергии, возникающей при сгорании топлива, в электрическую энергию при помощи магнитогидродинамических (МГД-) генераторов, основанных на возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в ионизированном газовом потоке, когда этот поток проходит через сильное постоянное магнитное поле. Принцип устройства и работы такой преобразовательной установки представлен на рис. 3.7.1.

Давление (например, 0,3 MPa) и высокая температура (например, 3000 oC) на выходе камеры сгорания создают поток высокотемпературного газа, протекающего с большой скоростью (до 1000 m/s) в сильном магнитном поле, создаваемом ферромагнитной системой (до 2 T) или сверхпроводящими катушками (до 8 T). В таких условиях в газовом потоке может индуцироваться ЭДС, приблизительно до 20 kV. Так как скорость и температура газа на выходе газового канала еще весьма высоки, то кпд магнитогидродинамического генератора, изображенного на рис. 3.7.1, относительно мал (10…15 %). Чтобы использовать энергию отходящего газа, можно отапливать им парогенератор и направлять получаемый пар в паровую турбину (рис. 3.7.2). Кпд такой комбинированной системы, в которой доля МГД-генератора в генерировании электроэнергии составляет 40…50 %, а доля блока турбина-генератор – 60…50 %, может достигать приблизительно 60 %. Еще более высокий кпд может достигаться при комбинированной выработке электроэнергии и тепла.

Рис. 3.7.1. Принцип устройства и работы магнитогидродинамического генератора. 1 компрессор воздуха или кислорода, 2 электрическое или другое устройство предварительного подогрева, 3 насос для впрыскивания топлива (в случае газового топлива – компрессор), 4 устройство для ввода ионизатора (например, калия), 5  камера сгорания, 6 газовый канал, находящийся между полюсами электромагнита, 7  электроды. Магнитное поле перпендикулярно плоскости рисунка, над рисунком находится северный полюс. Стрелками между электродами показано направление ЭДС

Рис. 3.7.2. Принципиальная схема энергоблока, состоящего из магнитогидродинамического генератора, парового котла и паровой турбины. 
1 магнитогидродинамический генератор, 2 инвертор, 3 паровой котел, 
4 паровая турбина, 5 электромашинный генератор, 6 конденсатор, 
7 водяной бак, 8 питательный насос парового котла, 9 фильтр для улавливания ионизатора

Основными преимуществами МГД-генераторов следует считать их компактность и быстрый запуск (2…5 s), благодаря чему их предполагалось использовать, в основном, в качестве резервных агрегатов электростанций. Они строились в свое время до мощности 25 MW, но срок службы их конструктивных элементов, соприкасающихся с горячими газами, (внутренней обкладки газового канала, электродов и др.) оказался слишком коротким (не более 1000 h). Их недостатками являются также

дороговизна сверхтеплостойких материалов, необходимых, в частности, для покрытия внутренней поверхности газового канала, (окисей иттрия или циркония),

дороговизна магнитных систем со сверхпроводящими обмотками,

слишком малые показатели надежности МГД-генератора в целом.

По всем этим причинам от работ по дальнейшему развитию МГД-генераторов, основанных на сжигании топлива, отказались. Изготовлялись и генераторы, основанные на применении жидких металлов (например, натрия; соответствующие исследовательские и конструкторские работы проводились и в институте теплотехники Таллиннского технического университета), но и они не создали конкуренции другим генераторам электроэнергии.

Идею магнитогидродинамического генератора впервые высказал Майкл Фарадей (Michael Faraday), который в 1832 году утверждал даже, что между берегами реки Темзы (Thames), протекающей в магнитном поле Земли, должна возникать эдс. Измерить этот эффект ему, однако, не удалось, что вполне объясняется слишком малой чувствительностью электроизмерительных приборов того времени, так как вышеназванная эдс составляет всего около 30 mV. В 1959 году в США был изготовлен первый опытный МГД-генератор мощностью 10 kW, способный работать в течение 10 секунд. Первый такой генератор, установленный на электростанции (30 kW), был создан в 1967 в Москве, и в 1976 году начались совместные исследования СССР и США по разработке мощных МГД-генераторов. В результате этих работ предполагалось установить на Рязанской теплоэлектростанции энергоблок, состоящий из четырех МГД-генераторов общей мощностью 270 MW и из паротурбинного блока с генератором мощностью в 310 MW. Паротурбинная часть этого блока была построена, но МГД-часть из-за прекращения исследований осталась нереализованной.

Атомная энергетика, радиация. Решение задач по физике