第15章 新穎的發電技術(1)(2 / 3)

所謂“磁流體發電技術”,就是用燃料(石油、天然氣、燃煤、核能等)直接加熱成易於電離的氣體,使之在2000℃的高溫下電離成導電的離子流,然後讓其在磁場中高速流動時,切割磁力線,產生感應電動勢,即由熱能直接轉換成電能。由於不經過機械能轉換環節,所以稱之為“直接發電”,燃料利用率也就得到提高。這種技術也稱為“等離子體發電技術”。

為什麼叫“磁流體”呢?這要追溯到160年前,即1831年,英國的著名物理學家法拉第發現的電磁感應現象。人們就是根據這一現象,利用導電固體(金屬)在磁場裏高速運動產生的電動勢,製成了發電機,這就是常規的發電方式。如果通過磁場的導體是氣體或液體(叫導電流體),利用這種導電流體和磁場相互作用而發電,就叫做“磁流體發電”了。

經物理化學實驗表明,要使普通氣體導電,就需要大約7000℃以上的高溫才能實現必要的導電率,這樣的高溫是一般燃燒方式難以達到的。但若在氣體中播撒一定數量的“低電離電位物質”,如鉀、鈉、銫等,在2000℃~3000℃高溫下,即可達到磁流體發電所需的導電率。

流體發電裝置主要由燃燒室、發電通道和磁體組成。它所應用的導電流體,目前有液態金屬和等離子體。“液態金屬”是指用導電率比較高的,且在稍高於常溫就易於變為液態的金屬,如鈉(977℃)、鉀(636℃)等,這叫“液態金屬磁流體發電”。但它們難以高速流動,因此,使用較少。利用高溫氣化的等離子體發電的,叫“等離子體發電”,是目前使用最多的一種方法。還有一種是利用核反應堆產生的熱進行聯合循環發電的,叫“核能磁流體發電”目前這種方法尚未進入成熟階段,但很受重視。

磁流體發電並不是開辟新能源,而是一種新的能源轉換方式。

它的優點在於:一是熱效率高;二是結構緊湊、體積小;三是單機容量大:四是發電啟停動作快;五是節省資源且可用高硫煤發電;六是對環境汙染較小;七是可以副產氮肥等。由於它發電啟停快,很適於滿足“尖峰負荷”和軍事武器裝備方麵特殊電源使用。如船舶動力、航空、航天器上用電,特別是用於火箭發動機燃燒室和磁流體發電聯合裝置,則可獲得千瓦級的功率。近年,超導技術飛速發展,有的國家又在研究“超導磁流體發電機”,因其輸出功率幾乎不受磁場強度的製約,足以提供強大的輸出功率,可適於需要小型化、大容量電源係統的武器裝備使用。美國海軍己研製成功3千瓦超導磁流體發電機樣機。

自從1959年美國阿英柯公司試驗燃煤磁流體發電技術成功後,世界上磁流體發電的研究,以美、日、前蘇聯為代表,進展較快。

目前已有17個國家在從事這項發電技術的研究開發工作。其中13個國家重點研究燃煤磁流機發電技術。大部分正進入工業性實驗電站研究階段。

日本早在1966年就把磁流體發電技術作為通產省的第1號國家項目,經連續進行10多年的開發研究後,終於在1981年由三菱機電公司完成了“馬克-7”型實驗裝置,用鋼鐵係磁鐵,形成了高達25千高斯的磁場,將煤油變為2900℃的燃氣,以每秒1000米的高速流過發電通道,輸出功率為100千瓦,連續運行了200小時,但真正達到實用化,需要6萬高斯以上的強磁場,最低輸出功率為數萬千瓦,且要連續工作5000~6000小時。因此,還要進行長期努力才能實現。目前正在研究100萬千瓦級燃煤磁流體發電站。

前蘇聯主要是研究以天然氣為燃料的磁流體發電技術,已於1991年首先建成了世界上第一座50萬千瓦級的Y-500型磁流體——蒸汽動力聯合循環實驗電站。1973年前蘇聯和美國開始聯合研究磁流體發電技術,美國製造的磁流體發電通道和46噸重的6萬高斯超導磁鐵安裝在前蘇聯的裝置上進行試驗。前蘇聯自己還計劃在新建的梁讚州火電站中,建造一座100萬千瓦級燃煤大型磁流體發電——蒸汽渦輪發電機組合電站。這種電站效率可達50%,節約燃料25%~30%,可連續工作1萬小時以上。

美國則以燃煤為燃料,正在建造一座30萬千瓦級實驗型磁流體發電裝置。在1990年曾撥出4040萬美元作為磁流體發電技術的科研費。美國防部還計劃在1992~1997年間研究軍用型磁流體發電裝置用於空間航行器上,功率10萬千瓦,一次運行時間500秒。

中國已把這項技術作為“863計劃”重點項目,在1989年還與美國、前蘇聯兩國科技界分別確定聯合研究萬千瓦級中試電站的技術概念。千千瓦級磁流體發電機組已完成試驗任務,最高輸出功率2200千瓦。燃煤磁流體發電通道電級試驗裝置,也已完成試驗任務,到1990年已運行540小時。到2000年的目標是建造一座萬千瓦級燃煤磁流體——蒸汽聯合循環中試電站。