انواع اصلی سیستم های MHD

انواع اصلی سیستم های MHD:
در این بخش، انواع اصلی سیستم های MHD را معرفی می کنیم.

سیستم MHD با زغال سنگ:
انتخاب نوع ژنراتور MHD به سوخت مورد استفاده و کاربرد بستگی دارد. ذخایر فراوان زغال سنگ در جهان به توسعه سیستم های MHD با زغال سنگ برای تولید برق کمک کرده است.

زغال سنگ را می توان در دمایی که بتواند یونیزاسیون گرمایی ایجاد کند سوزاند. با این حال، با گسترش گاز در امتداد مجرا یا کانال، رسانایی الکتریکی آن همراه با درجه حرارت کاهش می یابد.

بنابراین، تولید توان با یونیزاسیون حرارتی اساساً هنگامی که دما به حدود 2500 کلوین (حدود 2200 درجه سانتی گراد یا 4000 درجه فارنهایت) برسد، پایان می یابد.

برای اینکه استفاده از زغال سنگ از نظر اقتصادی رقابت پذیر باشد، یک نیروگاه با سوخت زغال سنگ باید ترکیبی از یک ژنراتور MHD با یک نیروگاه بخار معمولی باشد، در آنچه که چرخه باینری نامیده می شود.

گاز داغ ابتدا از ژنراتور MHD (فرایندی معروف به «روکشی» (Topping)) و سپس از توربوژنراتور یک نیروگاه بخار معمولی (مرحله «نشاندن» (Bottoming)) عبور می کند.

یک نیروگاه MHD با استفاده از چنین آرایشی به عنوان یک سیستم چرخه باز شناخته می شود.

احتراق زغال سنگ به عنوان منبع گرما چندین مزیت دارد. به عنوان مثال، منجر به سرباره زغال سنگ می شود، که در شرایط مغناهیدرودینامیکی ذوب شده و لایه ای را فراهم می کند که تمام دیواره های عایق و الکترود را پوشش می دهد.

رسانایی الکتریکی این لایه برای برقراری هدایت بین گاز و ساختار الکترود کافی است، اما آن قدر زیاد نیست که باعث نشت قابل توجهی از جریان های الکتریکی و در نتیجه تلفات توان شود.

کاهش تلفات حرارتی دیواره ها به دلیل لایه سرباره، تلفات الکتریکی ناشی از وجود آن را جبران کند.

همچنین، استفاده از یک ماده دانه ای همراه با زغال سنگ مزایای زیست محیطی را به همراه دارد. به طور خاص، شیمی نوترکیبی که در مجرای یک ژنراتور MHD اتفاق می افتد باعث ایجاد سولفات پتاسیم در احتراق زغال سنگ های پرگوگرد می شود، در نتیجه منجر به کاهش انتشار دی اکسید گوگرد به جو خواهد شد.

همچنین نیاز به بازیابی مواد دانه ای تضمین می کند که سطح بالایی از حذف ذرات در یک نیروگاه با سوخت زغال سنگ تعبیه شده است.

در نهایت، با طراحی دقیق دیگ بخار و کنترل های احتراق، می توان به میزان کم انتشار نیتروژن اکسید دست یافت.

سایر سیستم های MHD:
علاوه بر گاز طبیعی به عنوان منبع سوخت، سیستم های تولید برق MHD با سوخت های دیگر نیز ارائه شده است.

راکتورهای هسته ای متداول می توانند از هیدروژن یا یک گاز نجیب مانند آرگون یا هلیوم به عنوان سیال عامل استفاده کنند، اما آن ها در دماهایی کار می کنند که برای تولید یونیزاسیون حرارتی مورد استفاده در مولدهای MHD بسیار کم است.

بنابراین، نوعی یونیزاسیون غیرتعادلی با استفاده از مواد دانه ای لازم است.

از نظر تئوری، متمرکزکننده های خورشیدی می توانند انرژی گرمایی را در دمایی که به اندازه کافی یونیزاسیون حرارتی فراهم می کند، تأمین کنند.

بنابراین، سیستم های MHD مبتنی بر انرژی خورشیدی پتانسیل مناسبی برای استفاده دارند، به شرطی که بتوان جمع کننده های خورشیدی تولید کرد که برای مدت طولانی در دمای بالا با قابلیت اعتماد مناسب کار کنند.

نیاز به تولید پالس های قوی برق در مکان های از راه دور باعث اقبال به تولید ژنراتورهای MHD پالسی شده است.

برای این کاربرد، سیستم MHD اساساً از یک موتور راکت، کانال، آهنربا و اتصالات به یک بار الکتریکی تشکیل شده است.

این ژنراتورها به عنوان منابعی برای دستگاه های شنیداری الکترومغناطیسی با توان پالسی مورد استفاده در تحقیقات ژئوفیزیکی به کار می روند. سطح توان این ژنراتورها تا 100 مگاوات در چند ثانیه رسیده است.

یک نوع دیگر مولد رایج MHD، یک فلز مایع را به عنوان محیط رسانای الکتریکی استفاده می کند. فلز مایع به دلیل هدایت الکتریکی بالا گزینه جذابی است، اما نمی تواند مستقیماً به عنوان یک مایع عامل ترمودینامیکی عمل کند.

مایع باید با یک گاز محرک یا بخار ترکیب شود تا جریان دوفازی در مجرای ژنراتور ایجاد شود، یا باید توسط پمپ ترمودینامیکی (که غالباً به عنوان «اجکتور» (Ejector) توصیف می شود) تسریع و در ادامه، قبل از اینکه از مجرا عبور کند از گاز محرک یا بخار جدا شود.

در حالی که چنین سیستم های MHD فلز مایع از نظر عملکرد ماشین الکتریکی ویژگی های جذابی را ارائه می دهند، اما دما به واسطه خواص فلزات مایع به حدود 1250 کلوین (حدود 975 درجه سانتی گراد یا 1800 درجه فارنهایت) محدود می شود.

بنابراین، این سیستم ها با سیستم های مختلف تبدیل انرژی موجود که قادر به کار در محدوده دما هستند، رقابت می کنند.

استفاده از ژنراتورهای MHD برای تأمین توان فضاپیماها نیز مورد توجه قرار گرفته است.

در حالی که هر دو منبع حرارتی شیمیایی و هسته ای برای فضاپیماها مورد بررسی قرار گرفته است، ژنراتور MHD برای کاربردهایی مانند تأمین نیروی پیشرانه الکتریکی برای کاوشگرهای دیپ اسپیس (Deep Space) انتخاب ارجح بوده است.