磁流體發電是壹種用熱能直接發電的發電方式。它的基本原理,是使高溫導電流體高速通過磁場,切割磁力線,於是出現電磁感應現象而使得導體中出現感應電動勢。當在閉合回路中接有負載時,就會有電流輸出。磁流體發電不像傳統的火力發電那樣,要先將熱能轉換成機械能,然後再將機械能轉換成電能。而是直接將熱能轉換為電能。
在磁流體發電裝置中,找不到高速旋轉的機械部件。當導電流體高速通過磁場時,流體中的帶電質點便受到電磁力的作用,正、負電荷便分別朝著與流體運動方向及磁力線方向相互垂直的兩側偏轉。在此兩側分別安置著電極,並且它們都與負載相連,這時導電流體中自由電子的定向運動,就形成了電流。
高速通過磁場的導電流體可以是氣體(如燃氣或惰性氣體)。常溫下的氣體通常是不是導電的,必須將氣體的溫度提高到6000℃以上,才能使氣體電離而形成導電的等離子體。所謂等離子體,就是由熱電離而產生的電離氣體。
氣體的導電性能是與由氣體電離而產生的自由電子數量直接相關的。在高溫條件下,氣體的分子或原子最外層的電子由於熱激發而脫離分子或原子,分離成自由電子和正離子。自由電子的數量越多,則氣體的導電性能越好。
用壹般的燃燒使氣體達到這樣高的溫度十分難,並且現有的電極材料和絕緣材料也難以承受這麽高的溫度。所以,通常是在溫度不超過3000℃的燃氣或氬、氦等惰性氣體中,摻入少量的電離電位較低的堿金屬元素(如銫、銣、鎵、鉀、鈉等)作為添加劑。這些元素的原子在不超過3000℃的較高溫度下就能產生電離,使氣體達到磁流體發電所需的電導率。
磁流體發電機由三個主要部件組成:壹是高溫導電流體發生器,在以燃氣為高溫導電流體的磁流體發電機中,高溫導電流體發生器就是燃燒室;二是發電和電能輸出部分,即發電通道;三是產生磁場的磁體。
磁流體發電機也許多優點:結構緊湊,體積小,發電啟停迅速,對環境的汙染小等等。可作為短時間大功率特種電源,用於國防、高科技研究、地質勘探和地震預報等領域。目前世界上研制成功的磁流體發電試驗機組的熱效率雖然只有6%~15%,但它可作為前置級而與現有蒸汽發電廠組成磁流體-蒸汽聯合循環發電站,這樣就從理論上使熱效率提高到50%以上。隨著核電的發展,還可以利用核反應堆產生的熱能來實現原子能-磁流體發電,以提高核電站的發電效率。
很多國家都十分重視磁流體發電的開發和研究。前蘇聯利用天然氣作為燃料,於20世紀70年代建造了第壹座工業性磁流體-蒸汽試驗電站,最高輸出功率達2萬千瓦;80年又建成了總輸出功率為58.2萬千瓦的天然氣磁流體-蒸汽聯合循環示範商業電站。美國從1959年開始,就大力開發磁流體發電。日本、澳大利亞和印度等國也在磁流體發電的研究方面也有了長足的發展。
我國的這項研究起步較早,在20世紀60年代初就開始燃煤磁流體發電的研究。從1987年開始,磁流體發電正式列入國家“863”高技術研究發展計劃,由中國科學院電工研究所、電子工業部上海成套研究所、東南大學熱能研究所等有關單位分工合作,對燃煤燃燒室、發電通道、超導磁體、逆變器、特種鍋爐、添加劑回收與再生、中試電站的系統分析與概念設計以及電極與絕緣材料進行研究,並已取得了較大進展。中科院電工所2號磁流體發電試驗機組的發電功率達到了世界先進水平。
磁流體發電是建立在高技術基礎之上的壹項綜合性技術,對於這項新技術的研究和實施,必須以強大的工業生產和先進的工藝技術為基礎。才能克服在其技術上的種種困難,使它能進行實際應用。相信不久的將來,磁流體發電的普遍開發利用能給人們的生活帶來很大的改善。