第十章
電氣體發電
電氣體發電的原理與靜電發電機的工作原理相似。靜電發電機的高壓電極是一個支撐在絕緣支柱上的空心金屬圓球。圓球下邊開孔,用夾膠的棉織品或絲綢做成的環狀絕緣輸電帶從孔中穿入球體。連接在直流高壓電源上的金屬針排的針夾,在氣體的電暈放電中使輸電帶帶上電荷。這個過程稱為“噴電”。輸電帶帶著電荷進入高壓電極,高壓電極也有一套金屬針排,電荷通過氣體放電而轉移到高壓電極上去。這個過程稱為“吸電”。
電轉動輪帶動的輸電帶不斷循環往複,把電荷源源不斷地輸送到高壓電極上去,於是電壓便逐漸升高。假如將一個接地的高阻抗外負載接到高壓電極上,那麼負載上就會有電流通過。
電氣體發電實際上是由絕緣的氣流來代替絕緣輸電帶,通過氣體的溫度和壓力的變化來使氣流獲得一定的動能,氣流的動能又進而直接轉換成電能。
電氣體發電裝置分為氣體電離區、能量轉換區和電荷收集區三個部分:一、氣體電離區(電荷發生區)。由一對可以形成不均勻電場的金屬電極(即作為發射極的金屬夾針和作為吸引極的金屬圓環)組成,並接有可以切換的高壓電源,在啟動時使極間的氣體產生電離而形成電荷。二、能量轉換區。就是一根細長的絕緣管。三、電荷收集區。設置了收集極(即金屬針),通過高阻值的外負載而接地,在高阻值負載上沒有能反饋到發射極的可變動的抽頭,在運動中以它來代替啟動電源。
當具有一定壓力和溫度並含有微小塵粒的氣體流過發射極時,由於電暈放電而使微小塵粒成了帶單極性電荷的粒子,並在氣流的推動下通過能量轉換區而到達電荷收集區並被收集接收,形成高電位,當電荷流經外負載時,就輸出電能。
在這一過程中,外負載以及存在於氣流中的空間電荷,都形成了與氣流流動方向相反的軸向電場。因此,氣流在推動帶電粒子從低電位的發射極流向高電位的收集極時,由於必須消耗能量而使得氣體的壓力和溫度降低,從而也使得氣體的熱能直接轉變成電能。
在將來的電氣體電站中,可根據加熱氣體的一次能源來分別選用不同的設備。以煤、石油、天然氣等燃料作為一次能源的電氣體發電,其主要設備是電氣體壓氣機、燃燒器、電氣體發電機、集塵器和回熱器,這些設備形成一個開式循環係統。
當以核能、地熱能或太陽能來作為電氣體發電的一次能源時,則采用閉式循環係統。在這種情況下,氣冷反應堆、蒸汽發生器或熱交換器取代了燃燒器。
在電氣體發電的過程中,其能量轉換率比較小,也就是說每一通道的發電功率都比較小。若要進行大功率的電氣體發電,則必須將許多個通道沿著氣流的方向串連起來。在電氣體發電站中,一般可以用燃氣輪機來帶動壓氣機。
電氣體發電是將熱能直接轉換成電能,這種新穎的能量轉換技術目前還處於試驗探索階段。任何一種能夠提高氣體溫度的能源,都可以用於電流體發電。電氣體發電可以達到很高的熱效率和很寬的功率輸出範圍,能夠直接獲得500千伏以上的超高壓直流電,因此具有廣闊的發展前景。
海底核電站
海底核電站是在陸地上核電站的基礎上擔出來的。
早在20世紀70年代初,科學家們就提出這樣的大膽設想,並將它的藍圖繪製出來了。最近二三十年來,許多國家通過研究試驗,已提出許多種獨特的設計方案。
從發電原理來說,海底核電站與陸地上的核電站基本上是相同的,它們都是利用核燃料在裂變過程中產生的熱量來將冷卻水(或其他液體)加熱,使其變成高壓蒸汽,以推動汽輪發電機組發電。當然,海底核電站的建造比陸地上的核電站要困難得多:一、海底核電站的所有零部件都必須能承受住幾百米深的海水所施加的巨大壓力;二、海底核電站要求其一切設備的密封性能都非常好,能夠達到滴水不漏的程度;三、海底核電站的各種設備和零部件都必須具有耐海水腐蝕的能力。
因此,海底核電站的反應堆都要安置在耐壓的堆艙裏,汽輪發電機則要密封在耐壓艙內。而且堆艙和耐壓艙都在固定在一個大平台上。
海底核電站為了能夠更好地安裝,可以事先在海麵上進行安裝,等安裝好以後再將整個核電站和固定平台一起沉入海底,使其正好坐落在預先鋪好的海底基地上。當核電站在海底連續運行多年以後,可以像潛艇一樣地讓它浮出水麵,進行檢修和更換堆料。