Про перспективність МГД генераторів чув майже кожен, хто цікавився енергетикою. А ось те, що ці генератори перебувають у статусі перспективних вже більше 50 років, відомо небагатьом. Про проблеми, пов'язані з плазмовими МГД генераторами, розповідається в статті.
Історія з плазмовими, або магнітогідродинамічними (МГД) генераторами дивно схожа на ситуацію з термоядерним синтезом. Здається, що потрібно зробити тільки одні крок або прикласти невелике зусилля, і пряме перетворення тепла в електричну енергію стане звичною реальністю. Але чергова проблема відсуває цю реальність на невизначений час.
Насамперед, про термінологію. Плазмові генератори є одним з різновидів МГД генераторів. А ті, в свою чергу, отримали свою назву по ефекту появи електричного струму при русі електропровідних рідин (електролітів) в магнітному полі. Ці явища описуються і вивчаються в одному з розділів фізики - магнітогідродинаміка. Звідси і отримали свою назву генератори.
Історично перші експерименти по створенню генераторів проводилися з електролітами. Але результати показали, що розігнати потоки електролітів до надзвукових швидкостей дуже важко, а без цього ККД (коефіцієнт корисної дії) генераторів надзвичайно низький.
Подальші дослідження проводилися з високошвидкісними іонізованими потоками газу, або плазмою. Тому сьогодні, кажучи про перспективи використання МГД генераторів, потрібно мати на увазі, що мова йде виключно про плазмової їх різновиди.
Фізично ефект появи різниці потенціалів і електричного струму при русі зарядів в магнітному полі аналогічний ефекту Холла. Ті, хто працював з датчиками Холла, знають, що при проходженні струму через напівпровідник, поміщений в магнітне поле, на обкладках кристала, перпендикулярних лініях магнітного поля, з'являється різниця потенціалів. Тільки в МГД генераторах замість струму пропускають проводить робоче тіло.
Потужність МГД генераторів безпосередньо залежить від провідності проходить через його канал речовини, квадрата його швидкості і квадрата напруженості магнітного поля. З цих співвідношень зрозуміло, що чим більше провідність, температура і напруженість поля, тим вище відбирається потужність.
Всі теоретичні дослідження щодо практичного перетворення тепла на електрику були виконані ще в 50-х роках минулого століття. А через десятиліття з'явилися дослідно-промислові установки «Марк-V» в США потужністю 32 МВт і «У - 25» в СРСР потужністю 25 МВт. З тих пір ведеться відпрацювання різних конструкцій і ефективних режимів роботи генераторів, випробування різноманітних типів робочих тіл і конструкційних матеріалів. Але до широкого промислового використання плазмові генератори так і не дійшли.
Що ми маємо на сьогоднішній день? З одного боку, вже працює комбінований енергоблок з МГД генератором потужністю 300 МВт на Рязанської ГРЕС. ККД власне генератора перевищує 45%, тоді як ККД звичайних теплових станцій рідко досягає 35%. У генераторі використовується плазма з температурою 2800 градусів, отримана при згорянні природного газу, і потужний надпровідний магніт.
Здавалося б, плазмова енергетика стала реальністю. Але подібні МГД генератори в світі можна порахувати на пальцях, і створені вони ще в другій половині минулого століття.
Перша причина очевидна: для роботи генераторів потрібні жароміцні конструкційні матеріали. Частина матеріалів розроблено в рамках виконання програм з термоядерного синт...
