Magnetohydrodynamischer Generator – Wikipedia

EIN magnetohydrodynamischer Generator ((MHD-Generator) ist ein magnetohydrodynamischer Wandler, der einen Brayton-Zyklus verwendet, um Wärmeenergie und kinetische Energie direkt in Elektrizität umzuwandeln. MHD-Generatoren unterscheiden sich von herkömmlichen elektrischen Generatoren darin, dass sie ohne bewegliche Teile (z. B. ohne Turbine) arbeiten, um die obere Temperatur zu begrenzen. Sie haben daher den höchsten bekannten theoretischen thermodynamischen Wirkungsgrad aller Stromerzeugungsverfahren. MHD wurde umfassend als Richtzyklus entwickelt, um die Effizienz der Stromerzeugung zu steigern, insbesondere beim Verbrennen von Kohle oder Erdgas. Das heiße Abgas eines MHD-Generators kann die Kessel eines Dampfkraftwerks heizen und so den Gesamtwirkungsgrad erhöhen.

Ein MHD-Generator ist wie ein herkömmlicher Generator darauf angewiesen, einen Leiter durch ein Magnetfeld zu bewegen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Der MHD-Generator verwendet heißes leitendes ionisiertes Gas (ein Plasma) als beweglichen Leiter. Der mechanische Dynamo nutzt dagegen die Bewegung mechanischer Geräte, um dies zu erreichen.

Für fossile Brennstoffe wurden praktische MHD-Generatoren entwickelt, die jedoch von kostengünstigeren kombinierten Zyklen überholt wurden, in denen das Abgas einer Gasturbine oder einer Brennstoffzelle aus geschmolzenem Carbonat Dampf erwärmt, um eine Dampfturbine anzutreiben.

MHD-Dynamos sind die Ergänzung zu MHD-Beschleunigern, die zum Pumpen von flüssigen Metallen, Meerwasser und Plasmen eingesetzt wurden.

Natürliche MHD-Dynamos sind ein aktives Forschungsgebiet in der Plasmaphysik und für die Geophysik und Astrophysik von großem Interesse, da die Magnetfelder der Erde und der Sonne von diesen natürlichen Dynamos erzeugt werden.

Prinzip[edit]

Das Lorentz-Kraftgesetz beschreibt die Auswirkungen eines geladenen Teilchens, das sich in einem konstanten Magnetfeld bewegt. Die einfachste Form dieses Gesetzes ist die Vektorgleichung.

${ displaystyle mathbf {F} = Q ( mathbf {v} times mathbf {B})}$

wo

• F. ist die auf das Teilchen wirkende Kraft.
• Q ist die Ladung des Teilchens,
• v ist die Geschwindigkeit des Teilchens und
• B. ist das Magnetfeld.

Der Vektor F. ist senkrecht zu beiden v und B. nach der rechten Regel.

Energieerzeugung[edit]

Damit sich ein großes Kraftwerk der Betriebseffizienz von Computermodellen annähert, müssen normalerweise Schritte unternommen werden, um die elektrische Leitfähigkeit der leitenden Substanz zu erhöhen. Das Erhitzen eines Gases in seinen Plasmazustand oder die Zugabe anderer leicht ionisierbarer Substanzen wie der Salze von Alkalimetallen kann diesen Anstieg erreichen. In der Praxis müssen bei der Umsetzung eines MHD-Generator: Generatorwirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit und toxische Nebenprodukte. Diese Probleme werden durch die Wahl eines der drei MHD-Generatordesigns beeinflusst: des Faraday-Generators, des Hall-Generators und des Scheibengenerators.

Faraday-Generator[edit]

Der Faraday-Generator ist nach dem Mann benannt, der zuerst nach der Wirkung in der Themse gesucht hat (siehe Geschichte). Ein einfacher Faraday-Generator würde aus einem keilförmigen Rohr oder Rohr aus einem nicht leitenden Material bestehen. Wenn ein elektrisch leitendes Fluid in Gegenwart eines signifikanten senkrechten Magnetfelds durch die Röhre fließt, wird im Feld eine Spannung induziert, die als elektrische Energie abgezogen werden kann, indem die Elektroden an den Seiten in einem Winkel von 90 Grad zum Magneten angeordnet werden Feld.

Die Dichte und Art des verwendeten Feldes ist begrenzt. Die Menge an Leistung, die entnommen werden kann, ist proportional zur Querschnittsfläche des Rohrs und zur Geschwindigkeit des leitenden Flusses. Durch diesen Vorgang wird auch die leitfähige Substanz gekühlt und verlangsamt. MHD-Generatoren senken typischerweise die Temperatur der leitenden Substanz von Plasmatemperaturen auf etwas mehr als 1000 ° C.

Das praktische Hauptproblem eines Faraday-Generators besteht darin, dass Differenzspannungen und -ströme in der Flüssigkeit durch die Elektroden an den Seiten des Kanals kurzgeschlossen werden. Der stärkste Abfall stammt aus dem Hall-Effekt-Strom. Dies macht den Faraday-Kanal sehr ineffizient. Die meisten weiteren Verbesserungen von MHD-Generatoren haben versucht, dieses Problem zu lösen. Das optimale Magnetfeld bei kanalförmigen MHD-Generatoren ist eine Art Sattelform. Um dieses Feld zu erhalten, benötigt ein großer Generator einen extrem starken Magneten. Viele Forschungsgruppen haben mit unterschiedlichem Erfolg versucht, supraleitende Magnete an diesen Zweck anzupassen. (Referenzen finden Sie unten in der Diskussion zum Generatorwirkungsgrad.)

Hallgenerator[edit]

Historisch gesehen bestand die typische Lösung darin, den Hall-Effekt zu verwenden, um einen Strom zu erzeugen, der mit der Flüssigkeit fließt. (Siehe Abbildung.) Diese Konstruktion weist Anordnungen von kurzen, segmentierten Elektroden an den Seiten des Kanals auf. Die erste und die letzte Elektrode im Kanal versorgen die Last mit Strom. Jede andere Elektrode ist mit einer Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite des Kanals kurzgeschlossen. Diese Kurzschlüsse des Faradayschen Stroms induzieren ein starkes Magnetfeld innerhalb der Flüssigkeit, jedoch in einem Kreisakkord im rechten Winkel zum Faradayschen Strom. Dieses sekundäre induzierte Feld lässt den Strom in Regenbogenform zwischen der ersten und der letzten Elektrode fließen.

Die Verluste sind geringer als bei einem Faraday-Generator, und die Spannungen sind höher, da der endgültige induzierte Strom weniger kurzgeschlossen wird.

Diese Konstruktion weist jedoch Probleme auf, da die Geschwindigkeit des Materialflusses erfordert, dass die mittleren Elektroden versetzt sind, um die Faradayschen Ströme zu “fangen”. Wenn sich die Last ändert, ändert sich die Fluidströmungsgeschwindigkeit, wodurch der Faraday-Strom falsch mit den vorgesehenen Elektroden ausgerichtet wird und der Wirkungsgrad des Generators sehr empfindlich auf seine Last reagiert.

Scheibengenerator[edit]

Das dritte und derzeit effizienteste Design ist der Hall-Effekt-Disc-Generator. Dieses Design enthält derzeit die Aufzeichnungen zu Effizienz und Energiedichte für die MHD-Erzeugung. Bei einem Scheibengenerator fließt Flüssigkeit zwischen der Mitte einer Scheibe und einem um die Kante gewickelten Kanal. (Die Kanäle sind nicht gezeigt.) Das magnetische Anregungsfeld wird durch ein Paar kreisförmiger Helmholtz-Spulen über und unter der Scheibe erzeugt. (Die Spulen sind nicht gezeigt.)

Die Faradayschen Ströme fließen in einem perfekten Kurzschluss um den Umfang der Scheibe.

Die Hall-Effekt-Ströme fließen zwischen Ringelektroden in der Nähe des Mittelkanals und Ringelektroden in der Nähe des Peripheriekanals.

Der breite flache Gasstrom verringerte den Abstand und damit den Widerstand des sich bewegenden Fluids. Dies erhöht die Effizienz.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass die Magnete effizienter sind. Erstens verursachen sie einfache parallele Feldlinien. Zweitens kann der Magnet, da das Fluid in einer Scheibe verarbeitet wird, näher am Fluid sein, und in dieser magnetischen Geometrie nehmen die Magnetfeldstärken mit der 7. Potenz der Entfernung zu. Schließlich ist der Generator für seine Leistung kompakt, so dass der Magnet auch kleiner ist. Der resultierende Magnet verbraucht einen viel geringeren Prozentsatz der erzeugten Leistung.

Generatorwirkungsgrad[edit]

Die Effizienz der direkten Energieumwandlung bei der MHD-Stromerzeugung steigt mit der Magnetfeldstärke und der Plasma-Leitfähigkeit, die direkt von der Plasmatemperatur und genauer von der Elektronentemperatur abhängt. Da sehr heiße Plasmen aufgrund der schnellen Erosion des thermischen Materials nur in gepulsten MHD-Generatoren (z. B. unter Verwendung von Stoßrohren) verwendet werden können, war vorgesehen, nichtthermische Plasmen als Arbeitsflüssigkeiten in stationären MHD-Generatoren zu verwenden, in denen nur freie Elektronen stark erhitzt werden (10.000–20.000 Kelvin), während das Hauptgas (neutrale Atome und Ionen) eine viel niedrigere Temperatur aufweist, typischerweise 2500 Kelvin. Ziel war es, die Materialien des Generators (Wände und Elektroden) zu erhalten und gleichzeitig die begrenzte Leitfähigkeit derart schlechter Leiter auf das gleiche Niveau wie ein Plasma im thermodynamischen Gleichgewicht zu verbessern. dh vollständig auf mehr als 10.000 Kelvin erhitzt, eine Temperatur, die kein Material aushalten konnte.^[1][2][3][4]

Evgeny Velikhov entdeckte jedoch erstmals 1962 und experimentell 1963, dass eine Ionisationsinstabilität, die später als Velikhov-Instabilität oder elektrothermische Instabilität bezeichnet wird, bei jedem MHD-Wandler mit magnetisierten nichtthermischen Plasmen mit heißen Elektronen schnell auftritt, wenn ein kritischer Hall-Parameter erreicht wird, daher abhängig auf den Ionisationsgrad und das Magnetfeld.^[5][6][7] Eine solche Instabilität verschlechtert die Leistung von Nichtgleichgewichts-MHD-Generatoren erheblich. Die Aussichten für diese Technologie, die anfänglich beeindruckende Effizienzvorhersagen vorhersagten, haben MHD-Programme auf der ganzen Welt lahmgelegt, da zu diesem Zeitpunkt keine Lösung zur Minderung der Instabilität gefunden wurde.^{[8][9][10][11]}

Folglich mussten praktische MHD-Generatoren, ohne Lösungen zur Beherrschung der elektrothermischen Instabilität zu implementieren, den Hall-Parameter begrenzen oder mäßig erhitzte thermische Plasmen anstelle von kalten Plasmen mit heißen Elektronen verwenden, was die Effizienz erheblich senkt.

Ab 1994 hielt der Tokyo Technical Institute den 22% igen Wirkungsgradrekord für MHD-Generatoren mit geschlossenem Kreislauf. Die maximale Enthalpieextraktion in diesen Experimenten erreichte 30,2%. Typische MHD-Generatoren für Hall- und Rohrkohle mit offenem Kreislauf sind niedriger und liegen nahe 17%. Diese Wirkungsgrade machen MHD für die Stromerzeugung allein unattraktiv, da herkömmliche Rankine-Kraftwerke leicht 40% erreichen.

Der Auspuff eines MHD-Generators, der fossile Brennstoffe verbrennt, ist jedoch fast so heiß wie eine Flamme. Durch die Weiterleitung seiner Abgase in einen Wärmetauscher für einen Turbinen-Brayton-Kreislauf oder einen Dampferzeuger-Rankine-Kreislauf kann MHD fossile Brennstoffe mit einem geschätzten Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent in Elektrizität umwandeln, verglichen mit den 40 Prozent eines typischen Kohlekraftwerks.

Ein magnetohydrodynamischer Generator könnte auch die erste Stufe eines gasgekühlten Kernreaktors sein.^[12]

Material- und Designprobleme[edit]

MHD-Generatoren haben schwierige Materialprobleme sowohl für die Wände als auch für die Elektroden. Materialien dürfen bei sehr hohen Temperaturen nicht schmelzen oder korrodieren. Zu diesem Zweck wurden exotische Keramiken entwickelt, die so ausgewählt werden müssen, dass sie mit dem Brennstoff und dem Ionisationskeim kompatibel sind. Die exotischen Materialien und die schwierigen Herstellungsverfahren tragen zu den hohen Kosten von MHD-Generatoren bei.

MHDs arbeiten auch besser mit stärkeren Magnetfeldern. Die erfolgreichsten Magnete waren supraleitend und sehr nahe am Kanal. Eine große Schwierigkeit bestand darin, diese Magnete zu kühlen, während sie vom Kanal isoliert wurden. Das Problem ist schlimmer, weil die Magnete besser funktionieren, wenn sie näher am Kanal sind. Es besteht auch ein ernstes Risiko einer Beschädigung der heißen, spröden Keramik durch unterschiedliche thermische Risse. Die Magnete sind normalerweise nahe dem absoluten Nullpunkt, während der Kanal mehrere tausend Grad beträgt.

Für MHDs sind beide Aluminiumoxid (Al₂Ö₃) und Magnesiumperoxid (MgO₂) sollen für die Dämmwände arbeiten. Magnesiumperoxid wird in der Nähe von Feuchtigkeit abgebaut. Aluminiumoxid ist wasserbeständig und kann ziemlich stark hergestellt werden. In der Praxis haben die meisten MHDs Aluminiumoxid für die Isolierwände verwendet.

Ein gutes Material für die Elektroden sauberer MHDs (dh brennendes Erdgas) war eine Mischung aus 80% CeO₂18% ZrO₂und 2% Ta₂Ö₅.^[13]

Kohleverbrennende MHDs haben stark korrosive Umgebungen mit Schlacke. Die Schlacke schützt und korrodiert MHD-Materialien. Insbesondere die Migration von Sauerstoff durch die Schlacke beschleunigt die Korrosion von Metallanoden. Trotzdem wurden mit Edelstahlelektroden bei 900 sehr gute Ergebnisse erzielt K. K.^[14] Eine andere, vielleicht überlegene Option ist eine Spinellkeramik, FeAl₂Ö₄ – Fe₃Ö₄. Es wurde berichtet, dass der Spinell eine elektronische Leitfähigkeit aufweist, keine resistive Reaktionsschicht, jedoch mit einer gewissen Diffusion von Eisen in das Aluminiumoxid. Die Diffusion von Eisen konnte mit einer dünnen Schicht aus sehr dichtem Aluminiumoxid und Wasserkühlung sowohl in den Elektroden als auch in den Aluminiumoxidisolatoren gesteuert werden.^[15]

Das Anbringen der Hochtemperaturelektroden an herkömmlichen Kupferschienen ist ebenfalls eine Herausforderung. Die üblichen Methoden bilden eine chemische Passivierungsschicht und kühlen die Sammelschiene mit Wasser ab.^[13]

Wirtschaft[edit]

MHD-Generatoren wurden nicht für die Massenenergieumwandlung in großem Maßstab eingesetzt, da andere Techniken mit vergleichbarer Effizienz niedrigere Investitionskosten für den Lebenszyklus haben. Fortschritte bei Erdgasturbinen erzielten ähnliche thermische Wirkungsgrade bei geringeren Kosten, indem die Abgase der Turbine eine Rankine-Kreislaufdampfanlage antrieben. Um mehr Strom aus Kohle zu gewinnen, ist es billiger, einfach mehr Niedertemperatur-Dampferzeugungskapazität hinzuzufügen.

Ein mit Kohle betriebener MHD-Generator ist eine Art Brayton-Leistungszyklus, ähnlich dem Leistungszyklus einer Verbrennungsturbine. Im Gegensatz zur Verbrennungsturbine gibt es jedoch keine beweglichen mechanischen Teile; Das elektrisch leitende Plasma liefert den sich bewegenden elektrischen Leiter. Die Seitenwände und Elektroden halten lediglich dem Druck im Inneren stand, während die Anoden- und Kathodenleiter die erzeugte Elektrizität sammeln. Alle Brayton-Zyklen sind Wärmekraftmaschinen. Ideale Brayton-Zyklen haben auch einen idealen Wirkungsgrad, der dem idealen Carnot-Zykluswirkungsgrad entspricht. Somit ist das Potenzial für eine hohe Energieeffizienz von einem MHD-Generator. Alle Brayton-Zyklen haben ein höheres Effizienzpotential, je höher die Brenntemperatur ist. Während eine Verbrennungsturbine in ihrer Maximaltemperatur durch die Stärke ihrer Luft / Wasser- oder dampfgekühlten rotierenden Tragflächen begrenzt ist; In einem MHD-Generator mit offenem Zyklus befinden sich keine rotierenden Teile. Diese Temperaturobergrenze begrenzt die Energieeffizienz in Verbrennungsturbinen. Die Obergrenze der Brayton-Zyklustemperatur für einen MHD-Generator ist nicht begrenzt, so dass ein MHD-Generator von Natur aus ein höheres Potenzial für Energieeffizienz aufweist.

Die Temperaturen, bei denen MHD-Generatoren mit linearer Kohle betrieben werden können, werden durch Faktoren begrenzt, die Folgendes umfassen: (a) die Vorheiztemperatur für Verbrennungsbrennstoff, Oxidationsmittel und Oxidationsmittel, die die maximale Temperatur des Zyklus begrenzen; (b) die Fähigkeit, die Seitenwände und Elektroden vor dem Schmelzen zu schützen; (c) die Fähigkeit, die Elektroden vor einem elektrochemischen Angriff durch die heiße Schlacke zu schützen, die die Wände bedeckt, kombiniert mit dem hohen Strom oder den Lichtbögen, die auf die Elektroden treffen, wenn sie den Gleichstrom vom Plasma ableiten; und (d) durch die Fähigkeit der elektrischen Isolatoren zwischen jeder Elektrode. Kohlebefeuerte MHD-Anlagen mit Sauerstoff / Luft und stark oxidierenden Vorwärmen würden wahrscheinlich mit Kalium besiedelte Plasmen von etwa 4200 liefern ° F, 10 Atmosphären Druck und beginnen die Expansion bei Mach 1.2. Diese Anlagen würden MHD-Abwärme zur Vorwärmung von Oxidationsmitteln und zur kombinierten Dampferzeugung zurückgewinnen. Mit aggressiven Annahmen zeigte eine von DOE finanzierte Machbarkeitsstudie, wohin die Technologie gehen könnte, das im Juni 1989 veröffentlichte Konzeptdesign eines 1000-MWe-Kohlekraftwerks (MHD / Steam Binary Cycle Power Plant), das im Juni 1989 veröffentlicht wurde, dass ein großes kohlebefeuertes MHD-Kombikraftwerk dies könnte Erreichen Sie eine HHV-Energieeffizienz von nahezu 60 Prozent – weit mehr als andere kohlebetriebene Technologien, sodass das Potenzial für niedrige Betriebskosten besteht.

Es wurden jedoch noch keine Tests unter diesen aggressiven Bedingungen oder Größen durchgeführt, und es werden derzeit keine großen MHD-Generatoren getestet. Es gibt einfach eine unzureichende Zuverlässigkeitsbilanz, um Vertrauen in ein kommerzielles MHD-Design mit Kohlekraftstoff zu schaffen.

U25B-MHD-Tests in Russland unter Verwendung von Erdgas als Brennstoff verwendeten einen supraleitenden Magneten und hatten eine Leistung von 1,4 Megawatt. Eine kohlebefeuerte MHD-Generator-Testreihe, die 1992 vom US-Energieministerium (DOE) finanziert wurde, erzeugte MHD-Strom aus einem größeren supraleitenden Magneten in der Component Development and Integration Facility (CDIF) in Butte, Montana. Keiner dieser Tests wurde für eine ausreichend lange Dauer durchgeführt, um die kommerzielle Haltbarkeit der Technologie zu überprüfen. Keine der Testeinrichtungen war groß genug für eine kommerzielle Einheit.

Supraleitende Magnete werden in den größeren MHD-Generatoren verwendet, um einen der großen parasitären Verluste zu beseitigen: die Leistung, die zum Erregen des Elektromagneten benötigt wird. Supraleitende Magnete verbrauchen nach dem Laden keine Energie mehr und können intensive Magnetfelder ab 4 Tesla entwickeln. Die einzige parasitäre Belastung für die Magnete besteht darin, die Kühlung aufrechtzuerhalten und die geringen Verluste für die nicht überkritischen Verbindungen auszugleichen.

Aufgrund der hohen Temperaturen müssen die nichtleitenden Wände des Kanals aus einer äußerst hitzebeständigen Substanz wie Yttriumoxid oder Zirkoniumdioxid bestehen, um die Oxidation zu verzögern. Ebenso müssen die Elektroden bei hohen Temperaturen sowohl leitend als auch hitzebeständig sein. Der mit Kohle betriebene AVHD-MHD-Generator am CDIF wurde mit wassergekühlten Kupferelektroden getestet, die mit Platin, Wolfram, Edelstahl und elektrisch leitender Keramik bedeckt waren.

Giftige Nebenprodukte[edit]

MHD reduziert die Gesamtproduktion gefährlicher Abfälle fossiler Brennstoffe, da es die Anlageneffizienz erhöht. In MHD-Kohlekraftwerken recycelt das von den USA entwickelte patentierte kommerzielle “Econoseed” -Verfahren (siehe unten) Kaliumionisationssaatgut aus der Flugasche, die vom Stapelgaswäscher aufgefangen wird. Diese Ausrüstung ist jedoch ein zusätzlicher Aufwand. Wenn geschmolzenes Metall die Ankerflüssigkeit eines MHD-Generators ist, muss mit dem Kühlmittel der Elektromagnete und des Kanals vorsichtig umgegangen werden. Die üblicherweise als MHD-Flüssigkeiten verwendeten Alkalimetalle reagieren heftig mit Wasser. Auch die chemischen Nebenprodukte von erhitzten, elektrifizierten Alkalimetallen und Kanalkeramiken können giftig und umweltbeständig sein.

Geschichte[edit]

Die erste praktische MHD-Energieforschung wurde 1938 in den USA von Westinghouse in seinen Labors in Pittsburgh, Pennsylvania, unter der Leitung des Ungars Bela Karlovitz finanziert. Das ursprüngliche Patent für MHD ist von B. Karlovitz, US-Patent Nr. 2,210,918, “Process for the Conversion of Energy”, 13. August 1940.

Der Zweite Weltkrieg unterbrach die Entwicklung. 1962 fand in Newcastle upon Tyne, Großbritannien, die erste internationale Konferenz über MHD-Leistung von Dr. Brian C. Lindley von der International Research and Development Company Ltd. statt. Die Gruppe richtete einen Lenkungsausschuss ein, um weitere Konferenzen einzurichten und Ideen zu verbreiten. 1964 veranstaltete die Gruppe in Absprache mit der Europäischen Agentur für Kernenergie eine zweite Konferenz in Paris, Frankreich.

Da die Mitgliedschaft in der ENEA begrenzt war, überredete die Gruppe die Internationale Atomenergiebehörde, im Juli 1966 eine dritte Konferenz in Salzburg (Österreich) zu sponsern. Die Verhandlungen auf dieser Sitzung wandelten den Lenkungsausschuss in eine regelmäßige Berichtsgruppe um, die ILG-MHD (international) Verbindungsgruppe (MHD) unter der ENEA und später im Jahr 1967 auch unter der Internationalen Atomenergiebehörde. Weitere Forschungen von R. Rosa in den 1960er Jahren haben die Praktikabilität von MHD für fossile Systeme nachgewiesen.

In den 1960er Jahren begann AVCO Everett Aeronautical Research eine Reihe von Experimenten, die mit dem Mk endeten. V-Generator von 1965. Dies erzeugte 35 MW, verwendete aber ungefähr 8 MW, um seinen Magneten anzutreiben. 1966 hatte die ILG-MHD ihr erstes offizielles Treffen in Paris, Frankreich. Die Veröffentlichung eines regelmäßigen Statusberichts begann 1967. Dieses Muster hielt in dieser institutionellen Form bis 1976 an. Gegen Ende der 1960er Jahre nahm das Interesse an MHD ab, da die Kernenergie immer breiter verfügbar wurde.

In den späten 1970er Jahren, als das Interesse an Atomkraft zurückging, stieg das Interesse an MHD. 1975 wurde die UNESCO davon überzeugt, dass die MHD der effizienteste Weg zur Nutzung der weltweiten Kohlenreserven sein könnte, und 1976 sponserte sie die ILG-MHD. 1976 wurde klar, dass in den nächsten 25 Jahren kein Kernreaktor MHD verwenden würde, weshalb die Internationale Atomenergiebehörde und die ENEA (beide Nuklearagenturen) die Unterstützung der ILG-MHD zurückzogen und die UNESCO als Hauptsponsor der ILG- MHD.

Ehemalige Entwicklung Jugoslawiens[edit]

Über einen Zeitraum von mehr als zehn Jahren hatten Ingenieure des ehemaligen jugoslawischen Instituts für thermische und nukleare Technologie (ITEN), Energoinvest Co., Sarajevo, 1989 den ersten experimentellen Stromgenerator für magnetohydrodynamische Anlagen gebaut. Hier wurde er erstmals patentiert .^[16][17]

US-Entwicklung[edit]

In den 1980er Jahren startete das US-Energieministerium ein intensives Mehrjahresprogramm, das 1992 in einem 50-MW-Demonstrationskohlebrenner in der Komponentenentwicklungs- und Integrationsanlage (CDIF) in Butte, Montana, gipfelte. Dieses Programm hatte auch bedeutende Arbeit an der Coal-Fired-In-Flow-Facility (CFIFF) am University of Tennessee Space Institute.

Dieses Programm bestand aus vier Teilen:

1. Ein integrierter MHD-Topping-Zyklus mit Kanälen, Elektroden und Stromsteuereinheiten, entwickelt von AVCO, später bekannt als Textron Defense of Boston. Dieses System war ein durch Kohlenstaub beheizter Hall-Effekt-Kanalgenerator mit einem Kaliumionisationskeim. AVCO hatte den berühmten Mk entwickelt. V-Generator und hatte bedeutende Erfahrung.
2. Ein integrierter Bodenzyklus, der am CDIF entwickelt wurde.
3. Eine Anlage zur Regeneration des Ionisationskeims wurde von TRW entwickelt. Kaliumcarbonat wird vom Sulfat in der Flugasche von den Gaswäschern getrennt. Das Carbonat wird entfernt, um das Kalium wiederzugewinnen.
4. Eine Methode zur Integration von MHD in bereits bestehende Kohlekraftwerke. Das Energieministerium gab zwei Studien in Auftrag. Westinghouse Electric führte eine Studie auf der Grundlage des Scholtz-Werks von Gulf Power in Sneads, Florida, durch. Die MHD Development Corporation erstellte auch eine Studie, die auf dem JE Corrette-Werk der Montana Power Company in Billings, Montana, basiert.

Erste Prototypen am CDIF wurden für kurze Zeit mit verschiedenen Kohlen betrieben: Montana Rosebud und eine schwefelreiche korrosive Kohle, Illinois Nr. 6. Ein Großteil der Ingenieur-, Chemie- und Materialwissenschaften wurde abgeschlossen. Nach der Entwicklung der endgültigen Komponenten wurden die Betriebstests mit 4.000 Stunden Dauerbetrieb abgeschlossen, 2.000 auf Montana Rosebud und 2.000 auf Illinois Nr. 6. Die Tests endeten 1993.^{[citation needed]}

Japanische Entwicklung[edit]

Das japanische Programm Ende der 1980er Jahre konzentrierte sich auf MHD mit geschlossenem Kreislauf. Der Glaube war, dass es höhere Wirkungsgrade und kleinere Geräte haben würde, insbesondere in den sauberen, kleinen, wirtschaftlichen Anlagenkapazitäten nahe 100 Megawatt (elektrisch), die für japanische Bedingungen geeignet sind. Es wird allgemein angenommen, dass Kohlekraftwerke mit offenem Kreislauf über 200 Megawatt wirtschaftlich werden.

Die erste große Versuchsreihe war FUJI-1, ein Abblassystem, das am Tokyo Institute of Technology aus einem Stoßrohr gespeist wurde. Diese Experimente extrahierten bis zu 30,2% der Enthalpie und erreichten Leistungsdichten nahe 100 Megawatt pro Kubikmeter. Diese Einrichtung wurde von Tokyo Electric Power, anderen japanischen Versorgungsunternehmen und dem Bildungsministerium finanziert. Einige Behörden glauben, dass dieses System ein Scheibengenerator mit einem Helium- und Argon-Trägergas und einem Kaliumionisationskeim war.

1994 gab es detaillierte Pläne für FUJI-2, eine kontinuierliche 5-MWe-Anlage mit geschlossenem Kreislauf, die mit Erdgas betrieben wird und nach den Erfahrungen von FUJI-1 gebaut werden soll. Das grundlegende MHD-Design sollte ein System mit Inertgasen unter Verwendung eines Scheibengenerators sein. Ziel war eine Enthalpieextraktion von 30% und ein thermischer MHD-Wirkungsgrad von 60%. Auf FUJI-2 sollte eine Nachrüstung auf eine 300 folgen MWe Erdgasanlage.

Australische Entwicklung[edit]

1986 erforschte Professor Hugo Karl Messerle von der University of Sydney die mit Kohle betriebene MHD. Dies führte zu einem 28 MWe Richtanlage, die außerhalb von Sydney betrieben wurde. Messerle schrieb im Rahmen eines UNESCO-Bildungsprogramms auch eines der neuesten Nachschlagewerke (siehe unten).

Ein ausführlicher Nachruf auf Hugo befindet sich auf der Website der australischen Akademie der Technologischen Wissenschaften und Ingenieurwissenschaften (ATSE).^[18]

Italienische Entwicklung[edit]

Das italienische Programm begann 1989 mit einem Budget von etwa 20 Millionen US-Dollar und hatte drei Hauptentwicklungsbereiche:

1. MHD-Modellierung.
2. Entwicklung supraleitender Magnete. Das Ziel im Jahr 1994 war ein Prototyp 2 Ich bin lang und speichere 66 MJ, für eine MHD-Demonstration 8 Ich bin lang. Das Feld sollte 5 sein Teslas mit einer Verjüngung von 0,15 T / m. Die Geometrie sollte einer Sattelform mit zylindrischen und rechteckigen Wicklungen aus Niob-Titan-Kupfer ähneln.
3. Nachrüstung von Erdgaskraftwerken. Einer war der Enichem-Anic-Faktor in Ravenna. In dieser Anlage würden die Verbrennungsgase aus dem MHD zum Kessel gelangen. Der andere war ein 230 MW (thermische) Anlage für ein Kraftwerk in Brindisi, das Dampf zum Hauptkraftwerk leiten würde.

Chinesische Entwicklung[edit]

Ein gemeinsames nationales Programm zwischen den USA und China endete 1992 mit der Nachrüstung des Kohlekraftwerks Nr. 3 in Asbach.^{[citation needed]} Ein weiteres elfjähriges Programm wurde im März 1994 genehmigt. Damit wurden Forschungszentren eingerichtet in:

1. Das Institut für Elektrotechnik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking befasste sich mit dem Entwurf von MHD-Generatoren.
2. Das Shanghai Power Research Institute befasst sich mit der Forschung zu Gesamtsystemen und supraleitenden Magneten.
3. Das Thermoenergy Research Engineering Institute an der Southeast University in Nanjing befasste sich mit späteren Entwicklungen.

In der Studie von 1994 wurde eine 10 vorgeschlagen W (elektrisch, 108 MW-Wärmeerzeuger mit MHD- und Bodenkreislaufanlagen, die durch Dampfleitungen verbunden sind, sodass beide unabhängig voneinander betrieben werden können.

Russische Entwicklungen[edit]

1971 wurde die mit Erdgas befeuerte U-25-Anlage in der Nähe von Moskau mit einer geplanten Leistung von 25 Megawatt fertiggestellt. Bis 1974 lieferte es 6 Megawatt Leistung.^[19] Bis 1994 hatte Russland die kohlebetriebene Anlage U-25 am Hochtemperaturinstitut der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau entwickelt und betrieben. Die Bodenanlage von U-25 wurde tatsächlich im Auftrag des Moskauer Energieversorgers betrieben und in das Moskauer Netz eingespeist. In Russland bestand großes Interesse an der Entwicklung eines kohlebetriebenen Scheibengenerators. 1986 wurde das erste Industriekraftwerk mit MHD-Generator gebaut. 1989 wurde das Projekt vor dem Start von MHD abgebrochen und dieses Kraftwerk später als 7. Einheit mit normalem Bau an das Ryazan-Kraftwerk angeschlossen.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Weiterführende Literatur[edit]

• Sutton, George W.; Sherman, Arthur (Juli 2006). Technische Magnetohydrodynamik. Dover Bau- und Maschinenbau. Dover-Veröffentlichungen. ISBN 978-0486450322.
• Hugo K. Messerle, Magnetohydrodynamische Energieerzeugung, 1994, John Wiley, Chichester, Teil der UNESCO Energy Engineering Series (Dies ist die Quelle der historischen Informationen und Informationen zum Generatorentwurf).
• Shioda, S. “Ergebnisse von Machbarkeitsstudien an MHD-Kraftwerken mit geschlossenem Kreislauf”, Proc. Plasma Tech. Conf., 1991, Sydney, Australien, S. 189–200.
• RJ Rosa, Magnetohydrodynamische Energieumwandlung1987, Hemisphere Publishing, Washington, DC
• GJ Womac, MHD-Stromerzeugung1969, Chapman and Hall, London.

Externe Links[edit]