Энергия плазмы потока плазмы энергия

В чем же преимущества МГД-генератора?

Как известно, для увеличения КПД теплового двигателя необходимо повышать начальную температуру рабочего тела Т. Но в тепловых двигателях ТЭС - паровых турбинах начальную температуру водяного пара не поднимают выше 540 °С. Это объясняется тем, что

наиболее ответственные элементы турбины, прежде всего рабочие лопатки, испытывают одновременно воздействие высокой температуры и большой механической нагрузки. В канале

МГД-генсратора вообще отсутствуют движущиеся части, поэтому материал, из которогосделаны элементы его конструкции, не испытывает сколько-нибудь значительных механических усилий. В этом состоит одно из важных преимуществ МГД-генератора. И хотя не существует материала, способного выдерживать температуру 2600 °С, высокотемпературные элементы конструкции МГД-генератора охлаждают обычно водой. Статические условия работы позволяют использовать материалы, на поверхности которых температура может достигать 2700-3000 °С. Это открывает широкие перспективы повышения

КПД преобразования энергии. Теоретически КПД может достигать 90%. реально он составляет 50—60%.

Итак, в классическом паросиловом цикле имеют место следующие преобразования

энергии: тепловая энергия, полученная при сжигании топлива, превращается во внутреннюю энергию пара в котле (550 °С), затем в механическую энергию турбины и в электрическую энергию генератора. В магнитогидродинамическом цикле: тепловая энергия, по-

лученная при сжигании топлива (2600 °С), превращается в канале МГД-генератора в механическую энергию низкотемпературной плазмы и затем за счет работы против сил внешнего магнитного поля – в электрическую энергию генератора. Таким образом, цепочка пре-

образований энергии в МГД-методе значительно короче. Меньшее количество преобразований приводит к меньшим потерям и повышению эффективности всего цикла в целом.

Экономия топлива составляет 20-25% по сравнению с традиционным циклом. КПД идеального теплового цикла Карно зависит от значений максимальной и минимальной темпера-

тур рабочего тела. Максимальная температура рабочего тела в МГД-методе несравнимо

выше.На выходе из канала МГД-генератора продукты сгорания все еще

Имеют высокую температуру – около 2000 °С. При этой температуре Плазма

уже недостаточно электропроводка, поэтому продолжение провеса в МГД-генераторе невыгодно. В то же время продукты сгорания на выходе из канала обладают температурой более высокой,

чем в топке котла паросилового цикла. Их тепловую энергию целесообразно

использовать. Эта идея реализуется в двухступенчатой установке - комбинации МГД-генератора с паросиловым циклом (рис. 2.13). В камеру сгорания 1 подается топливо, легкоионизирующаяся присадка и нагретый окислитель (воздух). Продукты сгорания с температурой около 2600

°С поступают через сопло в канал МГД-генератора 3, а из канала при температуре около

2000 °С - в парогенератор 5. Здесь за счет тепла, отдаваемого уходящими газами, происходит нагревание воды, образование и перегрев водяного пара. В парогенераторе или в от-

дельном воздухоподогревателе 2 производится подогрев направляемого в камеру сгорания

1 окислителя. Из парогенератора отводится, а затем используется вновь легкоионизирующаяся присадка.

Паросиловая часть МГД-электростанции принципиально не отличается от схемы ТЭС.

Главное преимущество МГД-электростанции – возможность получения высокого КПД - до

50-60% против 40% для лучших ТЭС. Большинство существующих и строящихся опытных

и опытно-промышленных МГД-установок рассчитано для работы на газовом топливе.

Другим важным преимуществом МГД-электростанций является их высокая маневренность,

создаваемая возможностью полного отключения МГД-ступени.

Существует ряд технических проблем реализации эффективных МГД-

электростанций:__ – создание материалов для стенок и электродов МГД-каналов, которые могли бы длительно и надежно работать при высоких температурах,

– создание сверхпроводящей магнитной системы, охлаждаемой жидким гелием,

– создание эффективного электрического инвертора для преобразования получаемого

от МГД-установки постоянного тока в переменный.

В перспективе рассматривается возможность использования мощных МГД-установок на

АЭС. В этом случае место камеры сгорания займет атомный реактор, а рабочим телом МГД-

генератора будут служить не продукты сгорания, а более легко ионизирующийся газ, напри-

мер, гелий.

Представляет интерес МГД-генератор с пульсирующей плазмой, позволяющий получать электрическую энергию при переменном токе.

Вопросам создания достаточно эффективных промышленных МГД-установок уделяется большое внимание во многих индустриально развитых странах мира.

Термоэлектрический генератор ТЭГ. Работа ТЭГ основана на известном в физике

эффекте Зеебека (1821 г.). Его сущность заключается в том, что в замкнутой электрической

цепи, состоящей из разнородных материалов, протекает ток при разных температурах контактов материалов (термопар).

Из всех устройств, непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую, ТЭГ в настоящее время находит наиболее широкое практическое применение. Основные достоинству ТЭГ: отсутствие движущихся частей, необходимости высоких давлений, возможность использования любых источников тепла, значительный ресурс работы.

Однако ТЭГ пока еще дороги, их КПД невелик – до 10%. Они находят применение в качестве небольших, как правило, автономных источников энергии, например, на космических

объектах, ракетах, подводных лодках, маяках и т. п.

В зависимости от назначения ТЭГ могут преобразовывать в электрическую энергию тепловую, полученную в атомных реакторах, энергию солнечной радиации, энергию органического топлива и т.д. Тепло распада радиоактивных изотопов и тепло, получаемое при делении ядер тяжелых элементов в реакторах, стало применяться в ТЭГ с конца 50-х годов. Широкие исследования и конструктивные работы по совершенствованию ТЭГ ведутся в СНГ, США, Англии, Франции, Японии. Почти все современные ТЭГ содержат полупроводниковые материалы и изготавливаются мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт.

Исход промышленного применения ТЭГ во многом зависит от успехов поиска материалов, которые обладали бы свойствами полупроводников в условиях высоких температур (до

1100°С) и интенсивного радиоактивного облучения.

Вопрос о целесообразности применения тех или иных источников энергии решается в

пользу ТЭГ, когда главное значение имеет не КПД, а компактность, надежность, портативность и удобство.

Термоэмиссионный преобразователь (ТЭП). Работа ТЭП основана на открытом Т.

Эдисоном в 1883 г. явлении термоэлектронной эмиссии: если какое-либо твердое тело (металл, полупроводник) поместить в вакуум, то известное количество электронов этого тела

перейдет в вакуум. Твердое тело называется эмиттером. Эмиссия электронов тем больше,

чем выше температура эмиттера. Если поместить в вакуум два тела – два электрода, причем

к одному из них (электроду-эмиттеру) подводить тепло и поддерживать его при более высокой температуре, а от второго (электрода-коллектора) тепло отводить, чтобы его температура

оставалась более низкой (рис. 2.16), при подключении эмиттера и коллектора к внешней

электрической цепи по ней потечет ток. Таким образом, получим источник тока, называемый

термоэмиссионным преобразователем (ТЭП). Он, как и ТЭГ, преобразует тепловую энергию

в электрическую, минуя ступень механической энергии, и, следовательно, подчиняется ограничениям, установленным II законом термодинамики. При использовании термоэмиссионных преобразователей в энергетических целях для нагрева катода можно воспользоваться теплом, получаемым в результате ядерной реакции. КПД первых ядерных ТЭП равен примерно 15%,

по прогнозам, его можно будет довести до 40%. Принципиально возможна установка прямого преобразования ядерной энергии в электрическую, когда при радиоактивном распаде электроны испускаются вследствие естественного свойства элементов. Возможно применение термоэлектрических элементов в так называемых тепловых насосах, осуществляющих в одной части выделение, а в другой – поглощение тепла одновременно за счет электрической энергии. При изменении направления тока насос работает в противоположном режиме, т. е. части, в которых происходит выделение и поглощение тепла, меняются местами. Такие тепловые насосы могут успешно применяться для терморегуляции жилых и прочих помещений. Зимой

насосы надевают воздух в помещении и охлаждают его на улице, а летом наоборот - охлаждают воздух в помещении и нагревают на улице.

Дата добавления: 2015-06-27