¿Qué es la tecnología de generación de energía mediante fluidos magnéticos de alta eficiencia?
El principio básico de la generación de energía del fluido magnético es hacer que el fluido conductor de alta temperatura pase a través del campo magnético a alta velocidad y corte las líneas de fuerza magnéticas, generando así inducción electromagnética y fuerza electromotriz inducida en el conductor. . Cuando la carga esté conectada al circuito cerrado, habrá salida de corriente. La característica de la generación de energía por fluido magnético es que convierte directamente la energía térmica en energía eléctrica, en lugar de convertir primero la energía térmica en energía mecánica y luego convertir la energía mecánica en energía eléctrica como la generación de energía térmica tradicional. En resumen, la generación de energía por fluido magnético es un método de generación de energía que utiliza energía térmica para generar electricidad directamente. No se encuentran piezas mecánicas giratorias de alta velocidad en los dispositivos de generación de energía con fluidos magnéticos. Cuando un fluido conductor pasa a través de un campo magnético a alta velocidad, las partículas cargadas en el fluido se verán afectadas por la fuerza electromagnética y las cargas positivas y negativas se desviarán hacia ambos lados perpendiculares a la dirección del movimiento del fluido y a la dirección de las líneas del campo magnético respectivamente. Se colocan electrodos a ambos lados y se conectan a la carga. En este momento, el movimiento direccional de los electrones libres en el fluido conductor forma una corriente eléctrica.
El fluido conductor que atraviesa el campo magnético a alta velocidad puede ser un líquido de alta temperatura (como mercurio u otros metales líquidos de alta temperatura) o un gas de alta temperatura (como un gas o un gas inerte). Los gases a temperatura ambiente generalmente no son conductores y la temperatura del gas debe elevarse por encima de 6000 °C para ionizar el gas y formar un plasma conductor. El llamado plasma es un gas ionizado producido por ionización térmica.
A altas temperaturas, los electrones más externos de las moléculas o átomos de gas se separan de las moléculas o átomos debido a la excitación térmica y se separan en electrones libres e iones positivos. Cuanto mayor sea el número de electrones libres, mejor será la conductividad del gas. Por tanto, la conductividad de un gas está directamente relacionada con el número de electrones libres producidos por la ionización del gas.
Es difícil para los métodos de combustión generales hacer que el gas alcance una temperatura tan alta, y los materiales de electrodos y aislamientos existentes no pueden soportar temperaturas tan altas. Por ello, se suele incorporar una pequeña cantidad de elementos de metales alcalinos (como cesio, rubidio, galio, potasio, sodio, etc.) como aditivos a gases combustibles o gases inertes como argón y helio cuya temperatura no supere los 3000°C. Los átomos de estos elementos pueden ionizarse a temperaturas más altas, de no más de 3.000 °C, lo que permite que el gas alcance la conductividad necesaria para la generación de energía del fluido magnético.
El generador MHD consta de tres partes principales: una es el generador de fluido de transferencia de calor de alta temperatura, que es la cámara de combustión del generador MHD, que utiliza gas como fluido de transferencia de calor de alta temperatura; es la parte de generación de energía y salida de energía eléctrica, es decir, el canal de generación de energía, el tercero es el imán que genera el campo magnético;
El generador de fluido magnético tiene una estructura compacta, tamaño pequeño, arranque y parada rápidos de la generación de energía y poca contaminación ambiental. Puede utilizarse como fuente de alimentación dedicada de alta potencia a corto plazo para la defensa nacional, la investigación de alta tecnología, la exploración geológica y la predicción de terremotos. En la actualidad, la eficiencia térmica de las unidades de prueba de generación de energía MHD desarrolladas con éxito en el mundo es sólo del 6% al 15%. Sin embargo, se puede utilizar como etapa inicial para formar una central eléctrica de ciclo combinado de vapor MHD junto con las centrales eléctricas de vapor existentes, aumentando así teóricamente la eficiencia térmica a más del 50%. Con el desarrollo de la energía nuclear, la energía térmica generada por los reactores nucleares también se puede utilizar para generar energía atómica mediante fluidos magnéticos, mejorando así la eficiencia de generación de energía de las centrales nucleares.
Como nueva tecnología de utilización de energía, la generación de energía mediante fluidos magnéticos ha atraído una amplia atención de países de todo el mundo. Utilizando gas natural como combustible, la antigua Unión Soviética construyó en los años 1970 la primera central eléctrica industrial de prueba de vapor MHD con una potencia máxima de 20 MW. En la década de 1980 se construyó una central eléctrica comercial de demostración con una potencia total de 58,2 MW. Desde 1959, Estados Unidos ha invertido mucha mano de obra, recursos materiales y financieros en la investigación de la generación de energía mediante fluidos magnéticos. Japón, Australia y la India también han logrado algunos resultados importantes en la investigación sobre la generación de energía mediante fluidos magnéticos.
Esta investigación comenzó temprano en China, y la investigación sobre la generación de energía MHD a partir de carbón comenzó a principios de la década de 1960. Desde 1987, MHD Power Generation está incluida oficialmente en el plan nacional de investigación y desarrollo de alta tecnología "863".
El Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Industria Electrónica de Shanghai, el Instituto de Energía Térmica de la Universidad del Sureste y otras unidades relevantes han trabajado juntos para realizar investigaciones sobre cámaras de combustión alimentadas con carbón, canales de generación de energía, imanes superconductores, Se han realizado inversores, calderas especiales, recuperación y regeneración de aditivos, centrales piloto y electrodos, así como análisis de sistemas e investigaciones de diseño conceptual sobre materiales aislantes, etc., y se han logrado avances significativos. La generación de energía de la unidad de prueba 2 MHD del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia de Ciencias de China ha alcanzado niveles internacionales.
La generación de energía por fluido magnético es una tecnología integral basada en alta tecnología. La investigación e implementación de esta nueva tecnología debe basarse en una fuerte producción industrial y tecnología avanzada. Por ejemplo, la alta eficiencia de la generación de energía mediante fluidos magnéticos depende del desarrollo y la aplicación de imanes superconductores; el funcionamiento seguro de los grupos electrógenos MHD depende de materiales de alta temperatura con un rendimiento superior; el desarrollo del modo de generación de energía MHD depende de aditivos y materiales baratos; dispositivos de recuperación de aditivos de alta eficiencia de recuperación La aplicación de la tecnología de generación de energía MHD en la generación de energía civil se basa en centrales eléctricas de ciclo combinado de vapor y MHD alimentadas con carbón con capacidad y escala considerables. Para el desarrollo de generación de energía MHD a carbón de gran capacidad e imanes superconductores a gran escala, las dificultades técnicas siguen siendo muy altas y todavía existe una brecha considerable entre la realización de aplicaciones prácticas.