基本介紹
- 中文名：磁流體電站
- 套用：磁流體發電技術
- 燃料：石油、天然氣、燃煤、核能
- 原理：電磁感應
磁流體發電,磁流體發電的歷史,
磁流體發電
根據電磁感應原理，用導電流體（氣體或液體）與磁場相對運動而發電。
磁流體發電按工質的循環方式分為開式循環系統、閉式循環系統和液態金屬循環系統。最簡單的開式磁流發電機由燃燒室、發電通道和磁體組成。工作過程是：在燃料燃燒後產生的高溫燃氣中，加入易電離的鉀鹽或鈉鹽，使其部分電離，經噴管加速，產生溫度達3000℃、速度達1000米/秒的高溫高速導電氣體（部分電漿），導電氣體穿越置於強磁場中的發電通道，作切割磁力線的運動，感生出電流。磁流體發電機沒有運動部件，結構緊湊，起動迅速，環境污染小，有很多優點。特別是它的排氣溫度高達2000℃，可通入鍋爐產生蒸汽，推動汽輪發電機組發電。這種磁流體－蒸汽動力聯合循環電站，一次燃燒兩級發電，比現有火力發電站的熱效率高10－20%，節省燃料30%，是火力發電技術改造的重要方向。磁流體發電的研究始於20世紀50年代末，被認為是最現實可行、最有競爭力的直接發電方式。它涉及到磁流體動力學、等離子物理、高溫技術及材料、低溫超導技術和熱物理等領域，是一項大型工程性課題。許多先進國家都把它列為國家重點科研項目，有的建立國際間協作關係，以期早日突破。
從發電的機理上看，磁流體發電與普通發電一樣，都是根據法拉第電磁感應定律獲得電能。所不同的是，磁流體發電是以高溫的導電流體（在工程技術上常用電漿）高速通過磁場，以導電的流體切割磁感線產生電動勢。這時，導電的流體起到了金屬導線的作用。
磁流體發電中所採用的導電流體一般是導電的氣體，也可以是液態金屬。我們知道，常溫下的氣體是絕緣體，只有在很高的溫度下，例如6000K以上，才能電離，才有較大的導電率。而磁流體發電一般是採用煤、石油或天然氣作燃料，燃料在空氣中燃燒時，即使把空氣預熱到1400K，也只能使空氣達到3000K的溫度，這時氣體的導電率還不能達到所需的值，而且即使再提高溫度，導電率也提高不了多少，卻給工程帶來很大困難。那么如何使氣體在較低的溫度下就能導電，並有較高的導電率?實際中採用的辦法是在高溫燃燒的氣體中添加一定比例的、容易電離的低電離電位的物質，如鉀、銫等鹼金屬化合物。這種鹼金屬化合物被稱為“種子”。在氣體中加入這種低電離電位物質的量一般以氣體重量的1%為佳。這樣氣體溫度在3000K左右時，就能達到所要求的導電率。當這種氣體以約1000m/S的速度通過磁場時，就可以實現具有工業套用價值的磁流體發電。
磁流體發電是一種新型的發電方法。它把燃料的熱能直接轉化為電能，省略了由熱能轉化為機械能的過程，因此，這種發電方法效率較高，可達到60%以上。同樣燒一噸煤，它能發電4500千瓦時，而汽輪發電機只能發出3000千瓦時電。對環境的污染也小
磁流體發電中，導電流體單位體積的輸出功率We為
We=σv2B2k(1-k)式中σ為導電流體的電導率，v為流體的運動速度，B為磁場的磁通密度，k為電負載係數。典型的數據是σ=10～20西/米，B=5～6特，v=600～1000米/秒，k=0.7～0.8,We在25～150兆瓦/米3。80年代後期，世界上技術最先進的磁流體發電裝置是莫斯科北郊U-25裝置。它是以天然氣作燃料的開環裝置，額定功率為20.5兆瓦。
磁流體發電的歷史
1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。他根據海水切割地球磁場產生電動勢的想法，測量泰晤士河兩岸間的電位差，希望測出流速，但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術差，未達到目的。1937年哈特曼根據法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進行了定量實驗，並成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學流動(即哈特曼流動)的理論計算方法。
1940～1948年阿爾文提出帶電單粒子在磁場中運動軌道的“引導中心”理論、磁凍結定理、磁流體動力學波(即阿爾文波)和太陽黑子理論，1949年他在《宇宙動力學》一書中集中討論了他的主要工作，推動了磁流體力學的發展。1950年倫德奎斯特首次探討了利用磁場來保存電漿的所謂磁約束問題，即磁流體靜力學問題。受控熱核反應中的磁約束，就是利用這個原理來約束溫度高達一億度量級的電漿。
然而，磁約束不易穩定，所以研究磁流體力學穩定性成為極重要的問題。1951年，倫德奎斯特給出一個穩定性判據，這個課題的研究至今仍很活躍。
美國是世界上研究磁流體發電最早的國家，1959年，美國就研製成功了11.5千瓦磁流體發電的試驗裝置。60年代中期以後，美國將它套用在軍事上，建成了作為雷射武器脈衝電源和風洞試驗電源用的磁流體發電裝置。
日本和前蘇聯都把磁流體發電列入國家重點能源攻關項目，並取得了引人注目的成果。前蘇聯已將磁流體發電用在地震預報和地質勘探等方面。前蘇聯在1971年建造了一座磁流體——蒸汽聯合循環試驗電站，裝機容量為7.5萬千瓦，其中磁流體電機容量為2.5萬千瓦。1986年，前蘇聯開始興建世界上第一座50萬千瓦的磁流體和蒸汽聯合電站，這座電站使用的燃料是天然氣，它既可供電，又能供熱，與一般的火力發電站相比，它可節省燃料20%。
磁流體發電為高效率利用煤炭資源提供了一條新途徑，所以世界各國都在積極研究燃煤磁流體發電。當前，世界上有17個國家在研究磁流體發電，而其中有13個國家研究的是燃煤磁流體發電，包括中國、印度、美國、波蘭、法國、澳大利亞、前蘇聯等。
我國於本世紀60年代初期開始研究磁流體發電，先後在北京、上海、南京等地建成了試驗基地。根據我國煤炭資源豐富的特點，我國將重點研究燃煤磁流體發電，並將它作為“863”計畫中能源領域的兩個研究主題之一，爭取在短時間內趕上世界先進水平。
作為一種高技術，磁流體發電推動著工程電磁流體力學這門新興學科和高溫燃燒、氧化劑預熱、高溫材料、超導磁體、大功率變流技術、高溫診斷和降低工業動力裝置有害排放物的先進方法等一系列新技術的發展。這些科學成果和技術成就可以得到其他方面的套用，並有著美好的發展前景。
綜上所述，從高效率、低污染、高技術的考慮，使得磁流體發電從其原理性實驗成功開始，就迅速得到了全世界的重視，許多國家都給予了持續穩定的支持。
