meg jul energi k villamos rendszerei bmevivem 262 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Megújuló energiák villamos rendszerei (BMEVIVEM 262 ) PowerPoint Presentation
Download Presentation
Megújuló energiák villamos rendszerei (BMEVIVEM 262 )

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 37

Megújuló energiák villamos rendszerei (BMEVIVEM 262 ) - PowerPoint PPT Presentation


  • 61 Views
  • Uploaded on

Megújuló energiák villamos rendszerei (BMEVIVEM 262 ). Prof. Dr Vajda István BME Villamos Energetika Tanszék. TAMOP-4.1.2-08/2/A/KMR-2009-0048 A Projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósult meg. 1. fejezet.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Megújuló energiák villamos rendszerei (BMEVIVEM 262 )' - maine


Download Now An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
meg jul energi k villamos rendszerei bmevivem 262

Megújuló energiák villamos rendszerei(BMEVIVEM262)

Prof. Dr Vajda István

BME Villamos Energetika Tanszék

TAMOP-4.1.2-08/2/A/KMR-2009-0048

A Projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósult meg

1 fejezet

1. fejezet

Alapok, a legelterjedtebb közvetlen energiaátalakítók

w orld population 1850 2100
World Population: 1850 - 2100

Forrás: Paul M Grant: SuperCities and SuperGrids

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

energy demographics timeline
Energy/Demographics Timeline

Forrás: Paul M Grant: SuperCities and SuperGrids

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

industrialization helps bring energy efficiency
Industrialization Helps Bring Energy Efficiency

Million Tons of Oil Equivalent

Forrás: Paul M Grant: SuperCities and SuperGrids

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

hdi vs per capita electricity
HDI vs per capita Electricity

HDI = élettartam + írástudás + oktatás + életszínvonal

Forrás: Paul M Grant: SuperCities and SuperGrids

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k
A közvetlen energia-átalakítók

Bevezetés

A fentiekből következik, hogy energiadús társadalom megalkotásra kell törekednünk. Az anyagi jólét, - amelyet az egy főre eső nemzeti jövedelemmel veszünk arányosnak - és az egy fő által felhasznált energia közötti összefüggést az ábra mutatja be.

Láthatjuk, hogy az összes ország egy adott egyenes közelében helyezkedik el.

Ez a tendencia azt jelzi, hogy adott nemzeti jövedelemhez megfelelő mennyiségű energiát szükséges felhasználni, pontosabban ennek megléte nélkül a magas nemzeti jövedelem nem lehetséges.

Kisebb-nagyobb eltérések az egyenestől láthatók, az elvi összefüggés azonban feltétlenül igaz.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k1
A közvetlen energia-átalakítók

Bevezetés

Miért vizsgáljuk a „közvetlen energiaátalakítást”, amely lényegében hő-, kémiai, illetve sugárzó energiák mozgó alkatrész nélkül történő villamos energiává való alakítást jelenti.

  • Legfontosabbnak talán azt mondhatnánk, hogy a jelenlegi 35-40%-os hő-villamos erőművihatásfokkal nem vagyunk megelégedve és a hatásfokokat jelentősen növelni kívánjuk. Erre elsősorban a tüzelőanyag-elem rendszerű erőművek, illetve a magnetohidrodinamikus generátort első lépcsőnek használó erőművek adnak reményt.
  • A közvetlen energiaátalakítás körébe tartozik a megújuló energiáknak (nap, szél, vízmozgás) az emberi felhasználás körébe való vonása is.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k2
A közvetlen energia-átalakítók

Bevezetés

Miért vizsgáljuk a „közvetlen energiaátalakítást”…?

  • Igen lényeges előnynek tartjuk a mozgó alkatrészt nem tartalmazó közvetlen energiaátalakító rendszereknél a megbízhatóság jelentős növekedését. Olyan rendszereknél, melyeknek 20-30 ezer órát felügyelet nélkül kell működniük, más megoldás úgyszólván szóba sem jöhet.
  • A közvetlen energiaátalakítás egyes módszereitől azt remélik, hogy az 1 MW-ra eső beruházási költség jelentősen csökkenthető. Ezt nem tartjuk valószínűnek, azonban a technológiák jelentős fejlődése, újszerű megoldások, esetleg ezt a célt is realizálhatják.
  • Végezetül, a közvetlen energiaátalakításra való törekvések okai között szeretnének megemlíteni azt a technikatörténet által igazolt tényt, hogy az emberiség a viszonylag bonyolultabb technikai megoldások megvalósítása után törekedett azok egyszerűsítésére, mind a gépészetben, mind az elektrotechnikában, „elegáns” megoldások létrehozásával.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k3
A közvetlen energia-átalakítók

Bevezetés

Az ismertebb berendezések közül soroljuk fel az alábbiakat:

  • magnetohidrodinamikus (MHD) generátorok,
  • elektro-gáz-dinamikus generátorok,
  • Nernst-Ettingshausen generátorok,
  • hővillamos generátorok,
  • termionikus generátorok,
  • fényvillamos generátorok,
  • tüzelőanyag elemek,
  • termomágneses generátorok,
  • ferrovillamos generátorok,
  • elektrohidrodinamikus generátorok,
  • piezo-villamos generátorok,
  • atomenergiát közvetlen villamos energiává alakító berendezések,
  • fúziós átalakítók..

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k4
A közvetlen energia-átalakítók

Tüzelőanyag-cellák (FuelCell)

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k5
A közvetlen energia-átalakítók

Tüzelőanyag-cellák (FuelCell) – történeti háttér

A tüzelőanyag elemek fejlődésének kezdetét az 1840-es évekre kell tennünk, amikor is H. Davy szénnel és salétromsavval primitív tüzelőanyag cellát, Growe pedig 1839-ben a hidrogén-oxigén cellát valósította meg, amelyen a mai modern tüzelőanyag elemek minden lényeges része megtalálható.

Érdekes, hogy a probléma lényegét ő is felismerte, amikor jegyzeteiben ezt írta: „Valószínű, hogy a kémiai vagy katalitikus hatás ott történik meg, ahol a folyadék, a gáz és a platina a folyadék felszínén találkozik, és a legfőbb cél az, hogy minél több ilyen működő felületet alkossunk.”

1890 körül L. Mond és C. Langer olyan tüzelőanyag cellát szerkesztett, amely 66mA/cm2terhelhetőségű volt. A dinamó gyors fejlődése ezeket a kezdeti eredményeket háttérbe szorította.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k6
A közvetlen energia-átalakítók

Tüzelőanyag-cellák (FuelCell) – működési elv

A benzinmotor hengerében az égő anyagot, a hidrogént és az égést tápláló anyagot: az oxigént közvetlen módon összekeverjük és ennek következményeképpen az égő anyag elektronjai közvetlenül mennek át az oxigén atomokhoz, ill. molekulákhoz.

Ezen átmenettel - azaz oxidációval – a végtermék molekulák termikus sebességét mintegy 30-szorosra növeltük. A nagy sebességű molekulák ezen rendezetlen mozgásából, ill. impulzusából fedezi a motor dugattyúja, esetleg a turbina lapátja az utóbbi alkatrészek lineáris mozgását. Az egész rendszer átalakítási hatásfokát az a termodinamikai elv szabja meg, amelynél a rendszer kezdő és végállapotának rendezetlenségi foka legkedvezőbb eseben azonos maradhat, de általában nő. Ezen elvet a Carnot-hatásfok önti számszerű alakba.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k7
A közvetlen energia-átalakítók

Tüzelőanyag-cellák (FuelCell)

felépítés

Az ábrának megfelelően olyan elrendezést alakítunk ki, amelynél az égő anyag és az oxidáló anyag molekuláit nem engedjük keveredni. Induljunk az anód lemezről, melyre a jelen példában hidrogén molekulákat juttatunk.

A katalizátort tartalmazó anódnak olyan tulajdonsága van, hogy a hidrogén molekulákról, illetve atomokról az elektronokat leválasztva, azokat egy külső, fémes villamosan vezető körbe tereli, a hidrogén ionokat pedig az elektrolitba juttatja.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k8
A közvetlen energia-átalakítók

Tüzelőanyag-cellák (FuelCell)

Az elektronok a külső villamos ellenálláson át eljutnak a katód oldalra, ahol az ott képződő oxigénionok elektron hiányát betöltik és az elektroliton át eljuttatott hidrogén ionokat igénybe véve, neutrális vízmolekulákat képeznek.

Amíg a termodinamikai égetésnél a hidrogén égési hőjének alig 25-30%-át nyerhetjük ki mechanikai munkaként, addig a tüzelőanyag elemben a hidrogén kémiai energiájának 80%-át is megkaphatjuk villamos energia formájában. Láthatjuk, hogy a hidrogén két fajta égetési módszere között hatásfok szempontjából alapvető különbség van.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k9
A közvetlen energia-átalakítók

Fényvillamos generátorok(SolarCell)

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k10
A közvetlen energia-átalakítók

Fényvillamos generátorok (SolarCell)

A fényvillamosenergiaátalakítóka fénysugárzást alkotó fotonok energiáját alakítják át közvetlenül villamos energiává (ezek az ún. fényvillamos generátorok, vagy szintén elterjedt terminológiával, fotovoltaikus generátorok, napelemek), ill. a villamos energiát alakítják át közvetlenül fényenergiává (pl. fotódiódák).

Fényvillamos jelenséget elsőként Edmond Beckquerel francia fizikus észlelt folyadékban 1839-ben. Elektrolitba merített elektródákra fényt bocsátva azt tapasztalta, hogy az elektródák között feszültség volt mérhető.

A jelenséget szilárd testben elsőként W.G. Adams és R.E. Day angol tudós figyelte meg 1876-ban. Kísérleteiket a félvezető tulajdonságú szelénen végezték. A későbbiekben a rézoxidok (Cu2O) tulajdonságainak vizsgálata került előtérbe. Így sikerült kimutatni, hogy pl. a Cu2O félvezető kristály megvilágított és megvilágítatlan részei között vagy Cu2O és Cu kontaktusban feszültség ébred.

A megfigyelt jelenséget kezdetben azzal magyarázták, hogy az anyag által elnyelt fotonok nyomást gyakorolnak az elektronokra. A későbbiekben a jelenséget a töltéshordozók diffúziójával hozták összefüggésbe. Az elmélet továbbfejlesztve jutottak arra a következtetésre, hogy a szóban forgó töltéshordozók az anyag kisebbségi töltéshordozói.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k11
A közvetlen energia-átalakítók

Fényvillamos generátorok (SolarCell)

Az időben állandó feszültség (melyet a továbbiakban fotofeszültségnek fogunk nevezni) annak következtében jön létre, hogy a beeső fotonok többlet töltéshordozókat keltenek.

E töltéshordozók a kristályban kialakult belső lokális villamos tér hatására elmozdulnak, ill. felhalmozódnak, így az anyagban tértöltés, ennek hatására pedig fotofeszültség keletkezik.

A fényvillamos generátorok gyakorlati alkalmazása felé vezető úton meghatározó jelentőségű volt a fényvillamos jelenség felfedezése p-n átmenetekben. Ezt először szilíciumon, majd ólomszulfidon (PbS) figyelték meg, 1941-ben.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k12
A közvetlen energia-átalakítók

Fényvillamos generátorok (SolarCell)

A félvezető technika ugrásszerű fejlődése az ötvenes évek fordulóján indult meg. Ennek eredményeképpen már 1954-ben két kutató intézet, az RCA és a Bell TelephoneLaboratories is készített fényvillamos generátort. A generátorok kb. 6% hatásfokkal üzemeltek.

A jelenleg gyártott egykristályos fényvillamos generátorok hatásfoka 15-20% körüli, teljesítményük pedig néhányszor 10 kW értéket is elérhet.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k13
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k14
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

A hővillamos (görög eredetű, de szintén elterjedt terminológiával: termoelektromos) energiaátalakítók a hőenergiát alakítják át közvetlenül villamos energiává, ill. - az ún. fordított hővillamos hatás révén - a villamos energiát alakítják át közvetlenül hőenergiává.

A hővillamos energiaátalakítás jól ismert az erősáramú villamosmérnökök előtt, hiszen ezen az elven alapulnak a hőelemek is. Míg azonban a hőelemek vizsgálatakor a hatásfok kérdése föl sem merül, a hővillamos generátorok esetén éppen fordított a helyzet: alkalmazhatóságuk, elterjedésük nagymértékben függ az energiaátalakítás hatásfokától.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k15
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

A hővillamosenergiaátalakítók működése három jelenségen alapul.

Az elsőt 1821-ben Thomas Johann Seebecck (1770-1831) német fizikus észlelte. Két különböző anyagú vezető végeit összeszorította. Az egyik érintkezési pontot melegítve azt tapasztalta, hogy a vezetők közelébe helyezett mágnestű kitért. A felfedezett jelenség további vizsgálata céljából, kísérletét számos anyagpáron is elvégezte. A jelenség helyes magyarázatát ennek ellenére nem találta meg, ugyanis úgy képzelte, hogy a mágneses tér szerkezete közvetlenül a hőmérsékletkülönbség hozza létre.

  • Ma már tudjuk, hogy a hőmérsékletkülönbség hatására feszültség keletkezik, mely a körben áramot indít. Ennek az áramnak a mágneses tere térítette el a mágnestűt. ezt a termoelektromos jelenséget nevezzük ma Seebeck-effektusnak.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k16
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

A második jelenség felfedezése Jean Charles AthanasePeltier (1785-1845), francia órásmester (később fizikus) nevéhez fűződik. Az 1834-ben végzett kísérletei alkalmával azt tapasztalta, hogy két különböző vezetőből készített hurkon áramot átbocsátva az érintkezési pont hőmérséklete nő vagy csökken, az áram irányától függően. ezt a jelenséget nevezzük Peltier-effektusnak.

Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865) német származású orosz fizikus 1838-ban elvégzett kísérletei rávilágítottak az észlelt jelenség gyakorlati hasznosíthatóságára is. Bizmut-antimonid hurkon adott irányban áramot átbocsátva a kötési pont környezetében a víz megfagy, majd az áram irányát megfordítva a jég megolvad.

Lord Kelvin (William Thompson, 1824-1907) angol fizikus a Seebeck és a Peltier-effektus tanulmányozása során, 1854-ben jutott arra a felismerésre, hogy az addig különállónak ismert jelenségek között összefüggésnek kell létezni: a hatások minden esetben együttesen mutatkoznak meg. A jellemző paraméterekre - hibás meggondolásokból kiindulva - helyes, a kísérletek által is igazolt összefüggést vezetett le.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k17
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

Emellett megmutatta - s ez a hővillamosságharmadik jelensége -, hogy a Peltier-hő nemcsak különböző anyagok határán lép ki, hanem homogén összetételű vezetőből is, ha annak mentén a hőmérsékleteloszlás inhomogén. A homogén vezetőből kilépő hőmennyiség egy részét - felfedezőjéről - Thomson-hőnek nevezik. A megkülönböztetést az indokolja, hogy míg a Joule-hő az áramerősség négyzetével arányos (s így az áramiránytól független), addig a Thomson-hő az áramerősség lineáris függvénye, s függ annak előjelétől is.

A hővillamos energiaátalakítás helyes elméleti megalapozását E. Altenkirch német fizikus végezte el az 1909-1911-es években. Arra a következtetésre jutott, hogy a hővillamos berendezésekben olyan anyagokat célszerű használni, melyek Seebeck-együtthatója kicsi. Ilyen tulajdonságokkal a félvezetők rendelkeznek, melyek Altenkirch munkássága idején még nem voltak széles körben elterjedtek.

A félvezetők hővillamos berendezésekben történő felhasználása A.F. Joffe szovjet fizikus nevéhez fűződik, aki 1956-ban fedezte fel, hogy PbTe és PbSe alkalmazásával igen jó hatásfokkal (8-10%) üzemelő hővillamosenergiaátalakítók készíthetők.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k18
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

A hővillamos generátorok alkalmazásának és elterjedésének kulcskérdése a minél nagyobb hatásfok elérése.

Napjainkban a hővillamos generátorok elterjedtek mind a tudományos kutatásban, mind a műszaki alkalmazásba. A generátorok teljesítménye néhány W-tólnéhány kW-ig terjed.

Félvezetőből készített hővillamos generátor vázlatos rajza látható az ábrán

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k19
A közvetlen energia-átalakítók

Hővillamos generátorok

Felhasználásuk az alábbi előnyöket nyújtja:

  • Felügyelet nélküli üzemeltethetőség.
  • Nagy megbízhatóság.
  • Hosszú élettartam.
  • Egyszerű karbantartás.

Olyan objektumok energia ellátására használhatók, amelyek a távvezetéktől távol esnek, illetőleg ahol más villamos energiaforrás nincs.

A hővillamos generátorok különböző energiaforrások, így pl. nap, sugárzó izotópok, fúziós reaktorok, szervez üzemanyagok, kipufogógázok, stb. hőenergiáját hasznosíthatják.

Ilyen egységek működnek a sarkvidéken és a magas hegységekben felépített automatikus meteorológiai állomásokon, kozmikus, tengeri és tenger alatti objektumokon, sivatagos területeken lefektetett gázvezeték védelmére.

Gazdaságossági számítások szerint, ha a hatásfok eléri a 15%-ot, a hővillamos generátorok versenyképesek lesznek számos más energiaforrással.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k20
A közvetlen energia-átalakítók

MHD (Magneto-Hidro-Dinamikus) generátorok

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k21
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

A magnetohidrodinamikus (MHD) energiaátalakítók nagyszámú változata közül e fejezetben csupán az MHD-generátorokkal foglalkozunk, ezen belül is az ún. kondukciós típusokkal, melyek munkaközege nagy sebességgel áramló, ionizált gáz.

Az MHD-generátorok a gáz kinetikus energiáját közvetlenül alakítják át villamos energiává. Jellegzetességük - legalábbis az általunk tárgyalandó típusénak -, hogy a generátor kapcsain megjelenő feszültség és áram az időben állandó.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k22
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

A magnetohidrodinamikus energiaátalakítás elve nem újkeletű. 1931-ben M. Faraday végzett kísérleteket mágneses térbe helyezett, üvegcsőben áramló folyékony higannyal. Kísérletei alapján jutott arra a következtetésre, hogy a Föld mágneses terében az ár-apály-jelenség következtében mozgó vízáramok energiatermelésre lehetnek felhasználhatók.

A jelenleg folyó kutató-fejlesztő tevékenység elsősorban a gáz munkaközegű MHD-generátorokra irányul, noha más anyagok, mint pl. a folyékony fémek is alkalmazhatók. Ennek oka a gázok néhány kedvezőbb tulajdonságában rejlik.

A gázkisüléseket tanulmányozva Sir William Grookes (angol fizikus és kémikus, 1832-1919) 1879-ben vetette föl a negyedik halmazállapot létezésének gondolatát.

Ezt a halmazállapotot Irving Langmuir (amerikai fizikus, kémikus, 1881-1957) nevezte először 1930-ban plazmaállapotnak, értve ezen a gáz ionizált állapotát. Az ionizáció fokától függően a plazma a fémekéhez, a félvezetőkéhez, az elektrolitekhez vagy a közönséges gázokhoz hasonló tulajdonságokat mutat.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k23
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

Az MHD-elven működő generátort elsőként magyar kutatók: Karlovitz Béla és Halász Dénes szabadalmaztatták 1935-ben. A szabadalom alapján 1940-ben készült el a kísérleti egység az amerikai Westinghouse gyárban. Noha a gép a számított feszültséget szolgáltatta, az áram és a teljesítmény - a gáz nem megfelelő vezetőképessége következtében - a vártnál lényegesen kisebbnek bizonyult.

A füstgázok alkalmazása azért került előtérbe, mert ez megkönnyíti hibrid erőművek (hőerőmű+MHD-generátor, s különösen az atomerőmű + MHD-generátor) létrehozását.

Az MHD-generátorok hatásfoka teljesítménye és fajlagos mutatói nagymértékben függnek a mágneses tér intenzitásától. Az indukció szükséges értéke az 5-10 T értéket is elérheti. Érthető tehát, az MHD-generátorok fejlesztése újabb lendületet kapott a kemény szupravezetők felfedezését követően. (A szupravezetést, s a szupravezetők erősáramú alkalmazásait más helyütt tárgyaltuk).

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k24
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

A magnetohidrodinamikaa villamos vezetőképességgel rendelkező folyadékok és gázok mozgásával, állapotváltozásaival foglalkozik. A hidrodinamikától abban tér el, hogy a folyadékra vagy gázra nem csak mechanikai erők hatnak, hanem azok a villamos és mágneses erőtérrel is kölcsönhatásba léphetnek. Ilyen formán a magnetohidrodinamikai közeg mozgása során elektromágneses hatásokat is hozhat létre, amelyek mechanikai hatásokat válthatnak ki.

Az MHD-energiaátalakítás az elektromágneses indukció törvényén alapul, csakúgy, mint az elektromechanikai energiaátalakítás. A két energiaátalakítási mód közötti különbség abban áll, hogy az MHD-generátorokban vezető közegként mágneses térben mozgó ionizált gázt (plazmát) vagy folyékony fémet alkalmaznak.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k25
MHD generátorok

A gáz munkaközegű MHD-generátorok általános felépítése (e generátorokat Faraday-típusúaknak is szokás nevezni) az ábrán látható.

Az 1 égéskamrában a gázt olyan magas hőmérsékletre (néhány ezer K-re) hevítjük, hogy részlegesen ionizálódjanak.

A közvetlen energia-átalakítók

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k26
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

Ez a termikus ionizáció nem elegendő ahhoz, hogy a plazma villamos vezetőképessége megfelelő nagyságú legyen.

Ezért kis mennyiségben olyan anyagokat (pl. alkáli fémeket) adalékolnak a plazmához, melyek könnyen ionizálódnak, s így jelentősen növelik a vezetőképességet. Ezt a műveletet nevezik sózásnak.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k27
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

Az égéskamrából kilépő plazma a 2 speciális kialakítású fúvócsőbe (ezt a továbbiakban csatornának fogjuk nevezni) kerül, melyben igen nagy (hangsebesség körüli, vagy annál nagyobb) sebességgel áramlik. A tekercselés a csatornában erős mágneses teret gerjeszt. (Szupravezetős tekercset alkalmazva a mágneses indukció értéke 5...10 T-t is elérhet.) A mágneses térben áramló, vezetőképes plazmában általában egyenfeszültség indukálódik, mely zárt körben áramot indít.

Ezt az áramot a csatorna falán elhelyezett 4 elektródáról vezetjük a külső körbe. A külső körnek leadott villamos energia a plazma energiájából fedeződik. A fúvócsőben haladva a plazma hőmérséklete és vezetőképessége csökken. A generátort azonban úgy kell méretezni, hogy a gáz a csatorna végén is megfelelő vezetőképességgel rendelkezzen, vagyis hőmérséklete elegendően nagy legyen. A kilépő gázok hőtartalmának hasznosítása végett az MHD-generátorokat más hőerőgépekkel célszerű összekapcsolni.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

a k zvetlen energia talak t k28
A közvetlen energia-átalakítók

MHD generátorok

A nagy mágneses terek előállítására általában szupravezető mágneses tekercseket terveznek. További probléma, hogy a generátor egyenáramú teljesítményt termel, az erősáramú hálózathoz való csatlakoztatása nagyteljesítményű áraminvertert igényel.

A kombinált MHD–erőmű hatásfoka a tervek szerint meghaladja az 50%-ot, ipari méretű alkalmazásához azonban sok, fentebb is jelzett műszaki feladatot kell még megoldani.

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók

az tlett l a megval s t sig
Az ötlettől a megvalósításig

Új termék

Ötlet

TÖR

MET

ANY

MŰK

TER

TEC

AT

AT

AT

SzM

ÁM

Prof. Dr. Vajda István: Közvetlen energiaátalakítók