磁流体发电(磁流体发电机)

1831年,法拉第还根据电磁感应原理提出过磁流体发电机的设想,但由于当时工业技术水平的限制,他不可能制造出这种发电机。磁流体发电机的原理是把燃料和氧化剂混合后在燃烧室内燃烧,产生3000K高温的燃气流,以每妙800米的速度进入垂直置于磁场中的通道,这种燃气流因高温而电离成能导电的等离子气流,在通道中切割磁场,因此在垂直于磁场和气流的方向上产生感应电动势,这时只要用电极与外面的负荷(比如电灯)相连,就能构成回路,从而将热能直接转变成电能，而不必像一般电机那样,由热能驱动涡轮转动(变成机械能),再由涡轮带动电枢发电(由机械能变成电能),由于热能直接转变成电能,不经过机械能转换环节,称之为“直接发电”，因此燃料的发电效率可提高到50%以上。

但是,由于技术上的原因,比如燃烧室的材料耐高温性能达不到要求,这一理想一直没有实现。直到1959年,随着材料科学的进步和技术的发展,才由美国首先制成了世界上第一台磁流体发电机:阿夫柯一号,发出了114千瓦的电力。阿夫柯一号是用煤作燃料的磁流体发电机。此后,1971年,苏联、日本和中国也分别制成了功率不等的磁流体发电机。现在世界上至少有17个国家在从事磁流体发电的研究,其中有13个国家重点研究燃煤磁流体发电技术。

磁流体发电装置主要由燃烧室、发电通道和磁体组成。它应用的导电流体,可以是液体金属,也可以是等离子体。液体金属通常用导电率比较高、熔点稍高于常温的金属,如钠(熔点97.7℃)、钾(熔点63.2℃)等,但液体金属难以高速流动,因此只有个别国家使用。目前使用最多的是用燃料(包括石油、天然气、煤炭、核能等)直接加热到2000℃以上成为易于电离的等离子流。

日本在1981年研制出一种称为“马克-7”型的磁流体发电实验装置,用铜铁合金制作磁铁,形成高达2.5高斯的磁场,将煤油变成2900℃的燃气,以每秒1000米高的速度流经发电通道,输出功率为100千瓦,连续运行了200小时。

我国也将磁流体发电技术列为“863计划”的重点项目,并于1989年完成了千千瓦级的磁流体发电机的试验工作。同时计划到2000年建造一座万千瓦级的燃煤磁流体-蒸汽联合循环中试电站。

不过,目前的磁流体发电机所用的燃料质量要求比较高。因此它的使用有时受到限制。以色列本古里安大学的科学家赫尔曼·布兰诺弗博士为了寻找一种合适各种能源(如石油、天然气、流化床燃烧器、核反应堆、太阳能塔、地热等)的磁流体发电机,从80年代开始探索,于1987年终于设计出一种不用涡轮和电枢的新型磁流体发电机,并于当年在以色列索多姆附近的死海化学工厂试制。但这种磁流体发电机中的“流体不再是过去的高温等离子气体,而是液态金属。它的原理是把一种能导电的钠或钾加热到变成液态,然后让液体金属在磁场内循环运转,从而在液体金属中产生感应电动势再通过两个电极把电流从发电机中引出来,输送到需要的地方。

液体金属的循环是依靠向装有液体金属的导管底部注入加热的气体,把其中的金属加热,同时气体在液体金属中形成气泡,使金属密度降低,于是上层金属下沉,再利用下沉的金属迫使含气金属上升。在导管顶端有一个称为重力分离器的罐子,气体在罐内同金属分开,然后金属又下沉,又开始新的循环,使金属不断在磁场内运动,切割磁场产生感应电动势。

这种液体金属磁流体发电机有许多优点:它适合各种能源(烧石油天然气都可以,也能用流化床燃烧器烧煤和太阳能塔熔化液体金属)，发电效率高、因活动部件少没有摩擦,所以能量损失也少,维修和管理也方便得多。其管理费用比常规发电机低得多(约三分之一)。

当然,液体金属磁流体发电机也不是尽善尽美,液体金属本身有很强的腐蚀作用,容易引起危险。另外，这种发电机发出的电压低,电流大,需要用一个特殊变压器把所发的电力转变成有用的电能。

磁流体发电是一种直接将热能转换成电能的崭新的能量转换方式。它除了发电机没有活动的零部件。结构简单,没有涡轮机轴和其他机械零件的摩擦,热损失少,效率高等其他能量转换方式所没有的优点外,还有结构紧凑、体积小;启动停止动作快;对环境污染小;单机容量大等优点。

由于它发电启动快,很适于用作军事武器装备和快速调节电负荷高峰时的特殊应急能源,如船舶、航空航天器的用电。