等效力

[拼音]：ciliuti fadian

[英文]：magnetohydrodynamic power generation

利用熱離子氣體或液態金屬等導電流體與磁場相互作用，把熱能直接轉換成為電能的發電方式。提高熱效率是熱能利用的基本技術要求。常規火力發電需將燃料的熱能通過汽輪機先轉換成機械能，然後再帶動發電機發出電能。磁流體發電可以直接將熱能轉換為電能，這樣就允許採用更高的入口溫度（1000～3000K），提高了熱效率，同時又免去了高溫高速旋轉運動的汽輪機裝置。磁流體發電還可以與常規火力發電組成聯合迴圈的執行方式，使綜合熱效率提高到50～60％，為能源利用帶來巨大經濟效益。磁流體發電還能減少大氣汙染，節省冷卻用水，因而成為許多國家積極研究的一種發電方式。

基本原理

當導電流體垂直橫越磁場B時，在垂直於磁場和電流運動的方向上將出現電場 E。此電場構成電動勢，連線負載就可以引出電流而獲得電功率。法拉第電磁感應定律仍是磁流體發電的基本原理，只是在磁場中運動的固體導體為導電流體所代替。

熱離子體或液態金屬等導電流體都屬於等離子體，其特性由等離子體物理學來描述。導電流體與磁場的相互作用規律，則由磁流體力學(MHD)方程來表達。磁流體發電中，導電流體單位體積的功率輸出We可由下式表示：

We=συ2B2K(1-K)

式中σ為導電流體即等離子體的電導率，υ為等離子體的運動速度，B為磁場的磁通密度，K為電負載係數。典型的資料是σ=10～20姆／米，B＝5～6特，υ=600～1000米／秒，K＝0.7～0.8，We在25～150兆瓦／米3的範圍內。

系統構成

磁流體發電裝置由下列4個基本部分構成（見圖）。

（1）燃燒室：通過礦物燃料與氧氣或壓縮預熱空氣的燃燒產生高溫等離子體，達到磁流體發電所要求的溫度。

（2）通道：在此通道內等離子體以高速穿過磁場，感應出電動勢，再由鑲在通道兩側壁上的電極引出直流電流。

（3）磁場：用高效能的磁鐵或超導磁體產生，作用在等離子體上。

（4）工質：即工作氣體。通常使用礦物燃料（煤、石油、天然氣）的燃燒氣體、惰性氣體或鹼金屬蒸氣。當使用燃燒氣體時，為了獲得足夠的電離度，需摻入少量新增劑，又稱為“種子”。一般採用碳酸鉀作新增劑。新增量約為總質量流的1％，這樣會使氣體溫度在3000K以下即可獲得足夠的電導率。對於單原子氣體，用銫作新增劑可以使執行溫度降低到 1500K。液態金屬流體是在蒸汽或流體流中射入液態金屬而形成的液相工質。

裝置型別

按照工質在裝置中一次使用還是迴圈連續使用，磁流體發電裝置分為開環和閉環兩種型別。

（1）開環裝置：工質（包括種子）在燃燒室中燃燒產生高溫等離子體，通過排氣噴嘴高速釋放，在磁場作用下經過通道感應出電動勢，然後排出。

磁流體開環發電裝置可以作為一級前置裝置，與火力發電機組聯合迴圈執行。將磁流體發電排出的餘氣供給輔助蒸汽發生器產生高溫蒸汽，用它驅動汽輪發電機組，使熱能得到充分的利用。

經過二級開發以後的排氣，再由淨化裝置將種子回收，還利用其中的硫和氮製成硫酸和硝酸，最後排放到大氣中。

（2）閉環裝置：基本工作過程與開環裝置類似，只是工質不被排放，而是在系統中反覆迴圈使用。這類裝置宜於用原子裂變反應堆作熱源，其工質可以是惰性氣體或液態金屬-蒸氣的混合物。閉環裝置設計溫度較低，使用液態金屬工質時設計溫度可以更低（1500～2000℃），主要應用於軍事和空間技術。金屬（鋰）蒸氣的閉環磁流體發電已在航天工程中使用。

進展

燃燒礦物燃料的開環磁流體發電是主要研究方向，許多試驗裝置已經給出了磁流體發電過程的工程資料，技術上最先進的磁流體發電裝置是蘇聯莫斯科北郊的U-25裝置。它是一個用天然氣作燃料的開環裝置，已經發出20.5兆瓦的額定功率，並且送入莫斯科電網。蘇聯正在建造 75兆瓦磁流體-蒸汽聯合迴圈發電的試驗電站，還計劃建造580兆瓦的磁流體發電站。美國成功地驗證了直接燃煤的磁流體發電裝置。由阿夫柯·埃夫勒特研究所研製的18兆瓦磁流體發電機已經為空軍阿諾德試驗中心的風洞提供電力。日本一臺具有 5特磁場的超導磁體試驗性磁流體發電裝置已在執行。英國、法國、中國等國也都開展了研究工作。中國與美國合作，1984年成功地進行了一座小型磁流體－蒸汽動力聯合迴圈模擬電站的試驗。

磁流體發電要達到工業應用的階段，還需解決許多技術問題，例如更經濟適用的工質，可在高溫下持續工作的通道和電極，以及效能良好、造價低廉的超導磁體等，以提高可靠性和經濟性。