磁流体发电技术

关于磁流体发电技术的几个问题

摘要：磁流体发电技术经过30多年的研究，已经取得相当大的进步。但其本身技术的发展很大程度上取决于其他科学技术的发展和进步。本文首先介绍了磁流体发电的原理，然后简述了磁流体发电技术。尤其对开式磁流体发电技术及其装置进行了详细的阐述。最后，分析了通过提高发电机的效率、超导技术和解决耐高温材料等方面来改善发电技术的可行性。 关键词：磁流体磁流体发电及其优点发电机超导技术高温材料。

能源问题是21世纪世界面临的重大问题之一。我国的能源处于短缺中，又因能源储备有限，随着我国经济的飞速发展，随之面临着能源危机。而化石燃料的使用对大气造成的污染不可估量。寻找绿色无污染的能源替代品成为了当务之急，而磁流体发电技术可以解决上述的问题。

磁流体发电的研究开始于20世纪50年代末，其具有综合效率高、污染低、结构简单、启动快等优点。作为一种新型发电技术被认为是最可行、最具有竞争力的直接发电方式。迄今，中国、美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等都致力于这方面的研究和探索。随着科学技术的进步，磁流体发电具有广阔的发展空间和应用前景。

1.磁流体发电及其分类

磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有等离子状态，是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。是导体流体以一定的速度垂直通过磁场进而以感生电动势产生电功率，能量从内能直接转化为电能。磁流体发电按其工作物质的循环方式可分为开式循环方式、闭式循环方式和液态金属循环方式。通常在高温和高速下，通过把钾、铯等碱金属加入到惰性的工作物质中来使其具有足够的电导率。和普通的风力、水利和核能发电，优点表现的很突出，其一是利用磁流体发电机发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万，这就满足了一些需要大功率电力的场合。其二是节约燃料，甚至更多，这是个巨大的数字，具有重要的经济意义。其三是污染少也是与普通火力发电比较而言。磁流体发电有“种子”回收装置，起自动脱硫作用，大气污染大为减少；联合循环热效率高，热污染比火力发电减少三分之一，比原子能发电减少一半，大大减少冷却水的用量。此外，还有单机容量大，可达千万千瓦1台；起动快，可在几秒钟内达到满负载；比功率很大，发电机体积和重量相对比较小等。本文将对最简单的开式磁流体发电系统进行研究和探讨。

2.磁流体发电的基本原理

在本质上与其他发电机工作原理是一致的。导体的等离子体通过磁场运动等同于导体切割磁力线运动，所以，磁流体发电装置是用高温高速的导电流体替代了普通发电机的电枢纽和转动部件，但工作过程和能量转换却不尽相同。其发电机的基本原理是“霍尔效应”和“磁流体电动力学”。高温导体流体以高速形式进入发电通道，通道上下两面有磁极，在洛伦兹力的作用下，通道两侧的电极上产生电势差。是等离子体的供应不断，从而在电极上连续输出电能。等离子体气体在高温下电离，高速通过磁场时，同样在洛伦兹力的作用下，正负离子会向左右两面的电极偏转，进而在两极间产生电势差，向外界提供可利用的电动势。

3.磁流体发电技术中需要解决的几个问题

3.1磁流体发电机的效率

结构原理：磁流体发电机由燃烧系统，通道和磁体三大部分组成。燃烧系统包括燃烧室、喷管和空气预热系统等。燃烧室是将燃料、气化蹊剂、碱金属（种子）燃烧而获得导电气体——低温离子体。提高现有发电效率是磁流体发电中重视的部分。对于磁流体发电机的效率即

热电转换效率应至少在以上才有意义。对于目前的装置，其瓶颈在于机组的容量和燃料的电导率。而提高电导率是当前可以改善磁流体发电机效率具有研究价值的方向。其方法也是广泛的，如提高空气预热温度和富氧度；在燃气中添加铝粉和铯种子，同时增加燃料室内种子停留的时间来达到全部电离的目的。发电通道是磁流体发电机的核心部分。它的性能的好坏在很大程度上也决定了磁流体发电机能否实用，通道的主要要求是在具有一定的热电转效率的基础上，保证可靠的长时间运行。

空气预热方式，也是影响磁流体发电效率的一个重要方面，利用通道排气加热的内燃式空气预热器的技术十分复杂，但比外燃方式效率高，所以应从技术上进行考虑，权衡磁流体的发电效率。

3.2燃气中的种子回收

目前种子的回收效率仅达20%，如果用钯盐作种子，其比用钾盐种子效率提高1倍，若提高种子回收再生效率，并达99．99%以上，那么，使用钯盐种子也是有经济效益的。同时，应该尽可能控制其燃烧所需要的温度，又要考虑燃烧的充分情况。所以添加物质的选择有待于进一步的研究。从而会产生一系列的连环效应。进而增加了磁流体发电技术的推广和应用。同样也可以增加种子回收装置。

3.3低温超导技术的有待提高

低温与超导技术的发展除了在某些基础理论方面正在突破，如超导材料机理、新型超导材料的搜索、新型制冷机理的探索、超流氦传输特征和物性的研究等等之外，低温与超导技术本身在国外已经成为一种基础工业技术，成为现代科学技术的一个重要组成部分。超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。超导发电机 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。

4.小结

磁流体发电必须应用其它尖端科学技术领域的新成就，才能体现出它本身优越性的一项综合性技术，是国际上重大科技课题之一。磁流体发电技术只有突破技术的困难，才能显示其经济上的优越性，从而才能实现商品化并走向应用，其发展前途宽广，有待于更深入的研究和开发。

参考文献

[1] 郑敏，梁文英.磁流体发电技术.《青海师范大学学报》2010.04

[2] 张西子.浅议磁流体发电.高教论述.2012.24

[3] Specialists Meeting on Coal Fired MHD Power Generation.1981.Australia

[4]倪秋芽.高性能磁流体发电机发电通道的工程问题[J].电工电能新技术.1998.03