Магнитогидродинамические устройства. МГД генератор

• КПД

Теоретически КПД могут достигать50-60 %!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электростанции с магнитогидродинамическими генераторами.

 

 

Принцип работы электростанции с МГД генераторами

Топливо и легкоионизируемую присадку, в качестве которой используют К2СО3, вводят в камеру сгорания, куда одновременно подается воздух

посредством компрессора. Для подогрева воздуха используют специальный воздухонагреватель. Продукты сгорания, представляющие собой ионизированный газ, попадают в МГД-канал. Магнитная система создает поле значительной напряженности, линии которого пронизывают МГД-канал. Ионы осаждаются на токосъемниках, которые создают напряжение постоянного тока. Для его преобразования в переменное напряжение используют инвертор. Выхлоп МГД-канала, температурой 2000˚С попадает в котел, где происходит нагревание воды. Вращение генератора осуществляется посредством пароводяного контура, состоящего из турбин и конденсатного насоса. По сравнению с тепловой станцией, КПД которой равен 40%, коэффициент полезного действия вышеуказанного цикла может составлять 50-60%, что достигается за счет более полного использования и срабатывания тепловой энергии продуктов сгорания.

 

Достоинства

• 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 к.п.д. 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

• 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.

 

 

 

Использованная литература

1. Ашкинази Л. МГД–генератор //Квант, 1980, № 11, С. 2–8
2. Рыжкин В.Электростанции газотурбинные, парогазовые, атомные и с МГД-генераторами//Тепловые электрические станции,1975,гл 25
3. Тамоян Г.С Учебное пособие по курсу "Специальные электрические машины" – МГД-машины и устройства.
4. Каулинг Т. Магнитная гидродинамика. М.: Изд–во МИР, 1964. 80 с.
5. http://www.naukadv.ru/pribory/mgd-generator.html «Физика машин»
6. http://livescience.ru/article_69/ «Живая наука»

 

 

 

 

 

 

1 Журнал «Квант» №11. 1980 г.