Энергетика завтрашнего дня - Магнитогидродинамические генераторы

Более ста лет назад был открыт закон электромагнитной индукции, суть которою состоит в том, что при пересечении проводником магнитного поля в проводнике возникает электродвижущая сила.
При демонстрации опытов, иллюстрирующих этот закон, обычно имеют дело с металлическим проводником. А если взять проводник жидкий или газообразный?
В 1838 году Фарадей произвел интересный опыт. Он сделал попытку измерить напряжение, созданное движением потока воды в магнитном поле Земли. Для этого в Лондоне, около моста Ватерлоо, на противоположных берегах реки Темзы были установлены два электрода, напряжение между которыми и стал замерять английский ученый. И надо сказать, что его опыт удался. Даже при весьма несовершенной измерительной технике того времени и не очень хорошем проводнике, каким была вода Темзы, он получил на приборах вполне ощутимые, хотя и неустойчивые, показания.
Так впервые была осуществлена идея магнитогидродинамического генератора, или сокращенно МГД-генератора.
На рис. 4 доказана схема такого генератора. Поток проводящей электричество жидкости или газа направлен перпендикулярно к плоскости чертежа, от читателя. Поток омывает расположенные по его сторонам электроды, которые соединяются внешней цепью через полезную нагрузку. При взаимодействии потока с магнитным полем в потоке наводится электродвижущая сила, под действием которой через замкнутую внешнюю цепь пойдет электрический ток. Электроды в данном случае играют роль щеток, которые мы привыкли видеть в обычных генераторах постоянного тока.

Рис. 4. Схема МГД-генератора:
1 — северный полюс магнита; 2 — электроды; 3 — направление потока проводящей жидкости; 4 — направление э. д. с ; 5 — южный полюс магнита; 6 — нагрузка
Как видно, схема МГД-генератора очень проста. Поэтому не случайно все основные идеи, которые могли быть положены в основу конструкции такого генератора, были запатентованы еще в начале нашего столетия. Но одно дело взять патент на идею, другое — воплотить эту идею в конструкцию, пригодную для практического использования.
Идея использовать в качестве жидкости, проводящей электричество, соленую воду при ближайшем рассмотрении оказалась мало пригодной, особенно для создания универсального генератора, который можно было бы установить в любом месте, в том числе и на различных транспортных средствах.
Обратили внимание на газ. Уже давно известно, что при высокой температуре происходит ионизация газа и он становится проводником электричества. При этом газ, нагретый до температуры в несколько тысяч градусов, становится не только проводником электричества, но и приобретает значительный запас энергии. Если такой газ направить в сопло, то потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию струи газа, вытекающей из сопла с большой скоростью.
Как раз то, что и нужно для МГД-генератора,— хороший проводник и его большая скорость в магнитном поле. Правда, по сравнению с ранее описанными способами прямого преобразования тепловой энергии в электрическую этот способ более сложный (появляются некоторые промежуточные преобразования энергии, а также рабочее тело, движущееся с большой скоростью). Но МГД-генератор при отсутствии движущихся узлов и деталей позволяет получить громадные мощности. Забежим вперед и скажем, что если мощность первых образцов термоэлектронных и термоэлектрических преобразователей не превышала нескольких ватт, то даже самые первые экспериментальные образцы МГД-генера- торов развивали мощность в несколько десятков киловатт. А в перспективе — десятки тысяч киловатт и более.
Казалось бы, все просто. Но зерно упало на неподготовленную почву. Наука и техника начала XX века не могли дать людям правильных ответов на многочисленные вопросы, которые стали возникать при попытках создать генераторы такого типа. Поэтому долгое время способу получения электроэнергии при помощи МГД- генератора не уделялось внимания.
Лишь в последние годы многие ученые вновь обратились к идее получения электроэнергии магнитогидродинамическим способом. Помогло этому бурное развитие отраслей науки и техники, связанных с ракетостроением и вопросами прохождения ракет через атмосферу. Развитие науки о поле, в том числе и магнитном, а также успехи в изучении физики плазмы позволили разобраться в процессах, происходящих при взаимодействии магнитного поля и струи газа. А развитие реактивных двигателей помогло усовершенствовать способы получения такой струи. Кроме того, появились материалы, которые могли работать при температуре 2000—3000° К, появилась возможность создавать более сильные магнитные поля, были разработаны новые методы ионизации газов. Все это вместе взятое и позволило вновь обратить внимание на известные раньше идеи получения электричества при помощи МГД-генератора и пересмотреть эти идеи с точки зрения современной науки и техники.