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磁流体发电

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  • 发布时间:2016/2/21 15:26:56
  • 作者:ly_yinhe
定义
磁流体发电就是导电流体(气、液体)以一定的速度垂直通过磁场,从而感应电动势产生电功率,把内能直接转换成电能的一种发电方式。
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磁流体发电简介

  磁流体发电是通过流动的导电流体与磁场相互作用而产生电能。磁流体发电技术就是用燃料(石油、天然气、燃煤、核能等)直接加热成易于电离的气体,使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流,然后让其在磁场中高速流动时,切割磁力线,产生感应电动势,即由热能直接转换成电流,由于无需经过机械转换环节,所以称之为"直接发电",其燃料利用率得到显著提高,这种技术也称为"等离子体发电技术"。

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磁流体发电原理

磁流体发电原理示意图

图示:磁流体发电原理示意图

  磁流体发电是将热能直接转变为电能的一种发电方式,与普通发电相比,减少了转换成机械能这一阶段,但其工作原理与普通发电是基本相同的,都是利用电磁感应现象获得电能。

  100多年前法拉第发现了电磁感应现象:导体在磁场中做横向切割磁力线的运动时,沿着导体并与磁场相垂直的方向会产生感应电动势。只要存在自由电子的物质,不论以哪种形态,只要在磁场中运动时存在电磁感应现象的都是我们所说的导体。目前所用的各种发电机都是利用导电的金属固体在磁场中高速运动而产生感应电动势的,磁流体发电则是利用高温导电流体高速通过磁场,在电磁感应的作用下,将热能转换成电能。磁流体发电中所用的导电流体可以是导电的气体,也可以是液态金属。导电流体的高温可以从矿物性燃料燃烧时的化学能或核燃料在核反应堆中的核能转换而来。

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磁流体发电特点

01效率高

  磁流体发电机本身的热效率不很高,只能达到20~30%左右,但是因为其排气温度很高,达2000K左右,其所含的热量还可以充分利用。如果组成磁流体-蒸汽联合循环,就可使一次燃烧所产生的热量被两次利用。通常认为联合循环的总效率可达50%。

02没有转动部分

  磁流体发电机没有高速旋转部件,它本身是一个结构简单的静止机械。由于供高温导电气体流过的发电通道是静止的,完全可以采用冷却结构,使部件的工作温度比气体低很多。从而发电通道仍可用现有的材料制造。

03机组容量越大越好

  磁流体发电过程是导电流体高速流过磁场时与磁场相互作用的过程。因此产生的电功率与流体的体积有关。另外磁流体发电机的热损主要取决于发电通道的壁面积。当体积与表面积之比值增加使,即磁流体发电机组的容量增大时性能得到改善。

04起动快

  由于磁流体发电是将热能直接转化成电能,所以起动很快。理论上讲,起动时间基本上是由导电流体在所要求的速度下充满发电通道所需的时间。实际起动时间还受到热源、材料和控制系统等的限制。目前磁流体发电机一般在几秒内达到额定负荷,这是其它发电方式无法比拟的。

05环境污染少

  磁流体-蒸汽联合循环时基本上不存在水的热污染问题。在磁流体发电中为了提高气体的导电性能,通常在气体中加入一些电离电位较低的钾、铯等碱金属化合物作为种子。它们极易与气体中的硫结合生成硫化物。为提高运行的经济性,必须对种子进行回收。因此回收种子的过程也具有自动脱硫的作用。所以磁流体发电中即使使用含硫高的燃料其尾气中也几乎没有氧化硫。另一方面,由于磁流体发电机中燃烧温度比普通发电方式高很多,生成的氮氧化合物也多。这时必须对尾气加以控制。

06结构简单,发电成本低

  磁流体发电机的主要组成部件是静止的,因而结构简单,制造方便,相应的发电成本也比较低廉。

07涉及科学技术面很广

  磁流体发电的原理是高温高速的导电流体与强磁场的相互作用,因此它除以电磁流体力学为基础外还涉及很多学科,如等离子体物理、燃烧理论、超导技术、低温物理、热物理、电工学等,这给磁流体发电的发展带来了一定的不利,但对其他学科也起到了促进作用。

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磁流体发电发展

  我国于本世纪60年代初期开始研究磁流体发电,先后在北京、上海、南京等地建成了试验基地。根据我国煤炭资源丰富的特点,我国将重点研究燃煤磁流体发电,争取在短时间内赶上世界先进水平。作为一种高技术,磁流体发电推动着工程电磁流体力学这门新兴学科和高温燃烧、氧化剂预热、高温材料、超导磁体、大功率变流技术、高温诊断和降低工业动力装置有害排放物的先进方法等一系列新技术的发展。这些科学成果和技术成就可以得到其他方面的应用,并有着美好的发展前景。

  综上所述,从高效率、低污染、高技术的考虑,使得磁流体发电从其原理性实验成功开始,就迅速得到了全世界的重视,许多国家都给予了持续稳定的支持。


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