新穎高效的磁流體發電技術
火力發電何以造成能量使用效率低呢?最重要的原因是能量轉換過程中環節太多,這就必然要消耗許多能量。如能革除這些由熱能轉換成機械能的中間環節,則至少可以使燃料能量的利用率提高到60%。這對能源使用的意義是何等巨大啊!而磁流體發電方式正是朝著這個方向努力的一種十分有效的嚐試。
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。