电磁流体发电
2001年,在这21世纪开始的头一年,功率为200万千瓦的大型发电站将举行开工典礼,这种发电站既不是原子能发电站,也不是烧重油的火力发电站,而是一种新奇的发电站。
在这座发电站里,抬头仰望,有座高大的煤炭燃烧炉,从这个煤炭燃烧炉里,伸出来好几支粗管道,其一端绕着大磁铁。普通发电站里有的锅炉、汽轮机等,在这里看不到。因此,站里非常安静。
这种新型发电站就是电磁流体电站。在电学中,有所谓左手定则。发电机正是按照这一定则制造的。将左手拇指、食指、中指各按90度的角度向三方向互相垂直伸直时,它们分别表示着磁场、载流导线的移动方向及电流的方向,即如果按拇指方向形成磁场,按食指方向移动导线的话,电流就会按中指方向流动。
电磁流体发电的原理,是用电磁场形成一个磁场,再按与此磁场垂直的方向通以2000℃以上的高温等离子体 (电离气体) 燃料,其速度为马赫数9—10超音速速度。于是,在与磁场、等离子流体垂直的方向上,便产生电流,而不必经过汽轮机等旋转设备,就能发电。它是直接发电方式的一种型式。由于不需要旋转设备,所以就没有中间一级的能耗损失。火力发电或原子能发电的效率,一般为30—50%,但这种新型发电站的发电效率,却远大于此,可望达到50%左右。
电磁流体发电的另一种特征是,可以利用各种可燃气体。例如,比石油储量大的天然气或煤气等,均可利用,而且,与烧煤的电力发电相比,NOx (氧化氮)、SOx (氧化硫) 等排出量也少。在烧煤的各种电设备中,这种电站将来大有前途。
不过,电磁流体发电目前仍存在一定问题。例如,首先,需要有耐高温材料。因发电通道部分要通过2000℃以上的高温气体,而且正式投产后,发电机必须经受几千小时以上的运用时间,但能如此长时间耐高温的材料,目前就很难找到。
另外,要想提高发电效率,电磁铁部分只能用耗电少的超导电磁体。可是,要制成既大型又工作稳定的超导电磁铁,还有许多课题而急待解决。
日本通产省与民间合作。正在推动电磁流体发电的开发工作。现在,刚刚建成了输出为100千瓦级的实验工厂 “马克Ⅶ”号,并取得了连续运转200小时的成绩。这个实验工厂是烧煤油的,将来的目标是成为烧煤的工厂。看来,要使电磁流体发电实用化,最早也得到下个世纪初。
美国也致力于研究电磁流体发电。迄今为止,他们所造的烧石油电机,已经运转100小时。据说,美国还计划生产出烧煤型的、能运转2000小时、效率为38%的半工业性发电机。俄罗斯正在研究以天然气为主的电磁流体发电机,并正在建设U—500型电站,其功率为50万千瓦,预计1985年建成投产。此外,中国、印度、澳大利亚、荷兰等国,也都把电磁流体发电列入了国家计划,正在努力开发研究。