ژنراتورهای مگنتوهیدرودینامیک و چالش‌های استفادة از آنها برای کاهش هزینة تولید برق

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه کاشان

2 دانشیار دانشکدة مهندسی مکانیک دانشگاه کاشان

چکیده

از چند دهة پیش تاکنون، تقاضا برای برق به اندازة هشداردهنده‌ای بیشتر از میزان برق تولیدی افزایش یافته است. روش‌های فعلی تولید برق چندان کارآمد نیست و حتی ممکن است برای همگام‌شدن با افزایش میزان تقاضا، کافی یا مناسب نباشد. از جمله روش‌های نوین تبدیل انرژی، تولید انرژی الکتریکی از انرژی جنبشی پلاسما (گاز یونیزه‌شده) در ژنراتورهای مگنتوهیدرودینامیک یا ام. اچ. دی. می‌باشد. در این مقاله، با بررسی مطالعات انجام‌شده در این حوزه، ضمن معرفی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی، چالش‌های استفاده از آنها برای کاهش هزینة تولید برق مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این ژنراتورها، با جریان‌یافتن پلاسما در راستای عمود بر یک میدان مغناطیسی، مطابق پدیده‌ای به نام فارادی، میدانی الکتریکی در جهت عمود بر دو جهت بردار جریان سیال و بردار میدان مغناطیسی القا می‌شود. تنها تفاوت بین ژنراتورهای ام. اچ. دی. و چرخ‌نده، استفاده از پلاسما به‌جای قطعات متحرک است. مزیت اصلی ژنرتورهای ام. اچ. دی. نیز وزن نسبتاً اندک آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است که موجب استقبال از آنها در صنایع هوایی و دریایی شده است. بازدة عملی تولید برق با استفاده از این ژنراتورها کمتر از 60 درصد نیست. از اینرو، اهمیت تولید برق با این روش در آینده بیشتر مشخص خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


[1] Jeffrey, S.G. "Small Thermoelectric Generators." The Electrochemical Society Interface (The Electrochemical Society) 1754, 2008,

[2] Kayukavou, N. "open-cycle magnetohydro- dynamic electrical power generation: a review." 2004.

[3] Khartchenco, N.V., Advanced energy systems, Taylor & Francis. 1997.

[4] Yiwen, L.I., LI. Yinghong, L.U. Haoyu, Z. Tao, Z. Bailing, C. Feng, Z. Xiaohu. "Preliminary Experimental Investigation on MHD Power Generation Using Seeded Supersonic Argon Flow as Working Fluid." Chinese Journal of Aeronautics 24 (2011), pp. 701-708.

[5] علیزاده پهلوانی، محمدرضا. "بررسی ساختار تولید انرژی الکتریکی به روش مگنتو هیدرودینامیک وفرصت ها و تنگناهای پیشروی آن"، چهارمینکنفرانسنیروگاه‌های برق، پژهشگاه نیرو، بهمن 1390.

[6] رجبی، علیرضا، رضا صداقتی، عظیم نوبخت. "فناوری تولید انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی جنبشی پلاسما"، کنفرانسبین‌المللیپژوهش‌هاینویندرمهندسی، ایران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، اسفند 1391.

[7] سید مسعود، مقدس تفرشی، منابعتولید انرژی الکتریکیدرقرنبیست‌ویکم، انتشارات دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، چاپ دوم، 1386.

[8] Macheret, S.O. “Introduction: Weakly Ionized Plasmas for Propulsion Applications." Journal of Propulsion and Power, Vol. 24, No. 5, September-October 2008.

[9] Mitchner, M., C.H. Kruger, Jr., Partially Ionized Gases, John Wiley & Sons, 1973.

[10] Pinus, R. "Development of an inductive magnetohydrodynamic generator." 2nd edition, 2009.

[11] Parent, B. "Weakly-ionized Air Flow Lab." Dept. of Aerospace Engineering, Pusan National University.

[12] Benyo, T.L.,"Analtyical and computational investigations of a magneto hydrodynamics (MHD) energy-bypass system for supersonic gas turbine engines to enable hypersonic flight." A dissertation submitted to Kent State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, August, 2013.

[13] خلیلی، صوفیا، علی جعفریان. "شبیه‌سازی عددی جریان در ژنراتور هیدرودینامیک مغناطیسی و بررسی اثر آن بر تولید همزمان حرارت و توان الکتریکی در سیکل ترکیبی سه گانه"، سومین کنفرانس بین‌المللی رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی، اسفند 1392.

[14] Murakami, T., H. Yamasaki. "Plasma-Fluid Behavior of a Less Divergent Disk Magneto hydrodynamic Generator Using Helium–Cesium." IEEE transactions on plasma science, Vol. 32, No. 4, 2004, pp. 1752-1759.

[15] Aithal, S.M. "Analysis of optimum power extraction in a MHD generator with spatially varying electrical conductivity." Int. Journal of Thermal Sciences, Vol. 47, Issue 8, 2008, pp. 1107-1112.

[16] Takahashi, T., T. Fujino, M. Ishikawa. "Comparison of Generator Performance of Small-Scale MHD Generators with Different Electrode Dispositions and Load Connection Systems." Journal of International Council on Electrical Engineering Vol. 4, No.3, 2014, pp.192-198.

[17] Huang, Z.Y., Y.J. Liu, Z.Y. Wang, J. Cai. "Three-dimensional simulations of MHD generator coupling with outer resistance circuit." Simulation Modelling Practice and Theory, Volume 54, May 2015, pp. 1-18.