मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर

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मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर (एमएचडी जनरेटर) मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक कनवर्टर है। जो तापीय ऊर्जा और गतिज ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर देता है। एमएचडी जनरेटर पारंपरिक जनरेटर की तरह विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से कंडक्टर को स्थानांतरित करने पर निर्भर करता है। एमएचडी जनरेटर गतिमान कंडक्टर के रूप में गर्म प्रवाहकीय आयनित गैस (प्लाज्मा (भौतिकी)) का उपयोग करता है। यांत्रिक जनरेटर इसके विपरीत इसे पूरा करने के लिए यांत्रिक उपकरणों की गति का उपयोग करता है।

एमएचडी जनरेटर पारंपरिक विद्युत जनरेटर से भिन्न होते हैं। जिसमें वे ऊपरी तापमान को सीमित करने के लिए बिना हिलने वाले भागों (जैसे कोई टरबाइन) के बिना काम करते हैं। इसलिए उनके पास किसी भी विद्युत उत्पादन पद्धति की उच्चतम ज्ञात सैद्धांतिक थर्मोडायनामिक दक्षता है। विद्युत उत्पादन की दक्षता बढ़ाने के लिए एमएचडी को बड़े मापदंड पर टॉपिंग चक्र के रूप में विकसित किया गया है। प्रायः जब कोयले या प्राकृतिक गैस को जलाया जाता है। तो एमएचडी जनरेटर से निकलने वाली गर्म निकास गैस भाप विद्युत संयंत्र के बॉयलरों को गर्म कर सकती है। जिसके फलस्वरूप समग्र दक्षता बढ़ जाती है।

व्यावहारिक एमएचडी जनरेटर जीवाश्म ईंधन के लिए विकसित किए गए हैं। किन्तु ये कम व्यय वाले संयुक्त चक्रों से आगे निकल गए हैं। जिसमें गैस टर्बाइन या पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल का निकास भाप टरबाइन को शक्ति देने के लिए भाप को गर्म करता है।

एमएचडी जनरेटर एमएचडी त्वरक के पूरक हैं। जिन्हें तरल धातुओं, समुद्री जल और प्लाज्मा को पंप करने के लिए प्रारम्भ किया गया है।

प्राकृतिक एमएचडी जनरेटर प्लाज्मा भौतिकी में अनुसंधान का सक्रिय क्षेत्र हैं और भूभौतिकी और खगोल भौतिकी समुदायों के लिए बहुत रुचि रखते हैं क्योंकि पृथ्वी और सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र इन प्राकृतिक जनरेटर द्वारा निर्मित होते हैं।

सिद्धांत

लोरेंत्ज़ बल नियम स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान आवेशित कण के प्रभावों का वर्णन करता है। इस नियम का सरलतम रूप सदिश समीकरण द्वारा दिया गया है।

जहाँ पर

  • F कण पर कार्यरत बल है।
  • Q कण का आवेश है,
  • v कण का वेग है और
  • B चुंबकीय क्षेत्र है।

सदिश F दाहिने हाथ के नियम के अनुसार v और B दोनों के लंबवत है।

विद्युत उत्पादन

सामान्यतः बड़े पावर स्टेशन के लिए कंप्यूटर मॉडल की परिचालन क्षमता तक पहुंचने के लिए प्रवाहकीय पदार्थ की विद्युत चालकता बढ़ाने के लिए कदम उठाए जाने चाहिए। किसी गैस को उसकी प्लाज्मा अवस्था में गर्म करना या क्षार धातुओं के लवण जैसे अन्य आसानी से आयनित होने वाले पदार्थों को मिलाना इस वृद्धि को पूरा कर सकता है। व्यवहार में एमएचडी जनरेटर के कार्यान्वयन में कई स्थितियों पर विचार किया जाना चाहिए। जनरेटर दक्षता, अर्थशास्त्र और विषाक्त उपोत्पाद दिये गये ये तीन स्थितियाँ एमएचडी जनरेटर प्रारूपों में से के चुनाव से प्रभावित होते हैं। जैसे फैराडे जनरेटर, हॉल जनरेटर और डिस्क जनरेटर।

फैराडे जनरेटर

फैराडे जनरेटर का नाम माइकल फैराडे के टेम्स नदी में गतिमान आवेशित कणों पर किए गए प्रयोगों के लिए रखा गया है।

एक साधारण फैराडे जनरेटर में पच्चर के आकार का पाइप या कुछ बिना प्रवाहकीय सामग्री की ट्यूब होती है। जब विद्युत प्रवाहकीय द्रव ट्यूब के माध्यम से प्रवाहित होता है। तो यह लंबवत चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में द्रव में वोल्टेज प्रेरित होता है। जिसे विद्युत शक्ति के रूप में खींचा जा सकता है। इलेक्ट्रोड को चुंबकीय क्षेत्र से 90 डिग्री के कोण पर रखा जा सकता है।

उपयोग किए जाने वाले क्षेत्र के घनत्व और प्रकार पर सीमाएं हैं। इससे निकाली जा सकने वाली शक्ति की मात्रा ट्यूब के क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र और प्रवाहकीय प्रवाह की गति के समानुपाती होती है। इस प्रक्रिया से प्रवाहकीय पदार्थ भी ठंडा और धीमा हो जाता है। एमएचडी जनरेटर सामान्यतः प्रवाहकीय पदार्थ के तापमान को प्लाज्मा तापमान से घटाकर 1000 डिग्री सेल्सियस से थोड़ा अधिक कर देते हैं।

फैराडे जनरेटर की मुख्य व्यावहारिक समस्या यह है कि डक्ट के किनारों पर इलेक्ट्रोड के माध्यम से तरल पदार्थ में अंतर वोल्टेज और धाराएं कम होती हैं। सबसे शक्तिशाली अपशिष्ट हॉल प्रभाव करंट से होता है। यह फैराडे वाहिनी को बहुत अक्षम बनाता है। एमएचडी जनरेटर के अधिकांश और परिशोधन ने इस समस्या को हल करने का प्रयास किया है। डक्ट के आकार के एमएचडी जनरेटर पर उच्चतम चुंबकीय क्षेत्र प्रकार का काठी का आकार है। इस क्षेत्र को प्राप्त करने के लिए बड़े जनरेटर को अत्यंत शक्तिशाली चुंबक की आवश्यकता होती है। कई शोध समूहों ने अलग-अलग सफलता के साथ इस उद्देश्य के लिए सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट को अनुकूलित करने का प्रयास किया है। (संदर्भ के लिए कृपया जनरेटर दक्षता की चर्चा नीचे देखें।)

हॉल जनरेटर

Diagram of a Hall MHD generator
एक हॉल एमएचडी जनरेटर का आरेख जो वर्तमान प्रवाह दिखा रहा है

विशिष्ट समाधान यह है कि ऐतिहासिक रूप से द्रव के साथ बहने वाली धारा बनाने के लिए हॉल प्रभाव का उपयोग करना रहा है। (उदाहरण देखें।) इस प्रारूप में डक्ट के किनारों पर छोटे और खंडित इलेक्ट्रोड की सरणी होती है। डक्ट पावर लोड में पहला और आखिरी इलेक्ट्रोड दूसरे इलेक्ट्रोड को वाहिनी के विपरीत दिशा में इलेक्ट्रोड से छोटा किया जाता है। फैराडे करंट के ये शॉर्ट्स द्रव के अन्दर शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करते हैं। किन्तु फैराडे करंट के समकोण पर वृत्त की जीवा में यह द्वितीयक प्रेरित क्षेत्र पहले और अंतिम इलेक्ट्रोड के बीच इंद्रधनुषी आकार में धारा प्रवाहित करता है।

फैराडे जनरेटर की तुलना में हानि कम होते हैं और वोल्टेज अधिक होते हैं क्योंकि अंतिम प्रेरित धारा की कमी कम होती है।

चूंकि इस प्रारूप में समस्याएँ हैं क्योंकि भौतिक प्रवाह की गति के लिए फैराडे धाराओं को पकड़ने के लिए मध्य इलेक्ट्रोड को ऑफसेट करने की आवश्यकता होती है। चूंकि भार भिन्न होता है और तरल प्रवाह की गति बदलती है। फैराडे वर्तमान को अपने इच्छित इलेक्ट्रोड के साथ गलत करती है और जनरेटर की दक्षता को इसके भार के प्रति बहुत संवेदनशील बनाती है।

डिस्क जनरेटर

Diagram of a Disk MHD generator
डिस्क एमएचडी जनरेटर का आरेख जो वर्तमान प्रवाह दिखा रहा है

तीसरा और वर्तमान में सबसे कुशल प्रारूप हॉल इफेक्ट डिस्क जनरेटर है। यह प्रारूप वर्तमान में एमएचडी पीढ़ी के लिए दक्षता और ऊर्जा घनत्व रिकॉर्ड रखता है। डिस्क जनरेटर में डिस्क के केंद्र और किनारे के चारों ओर लिपटी डक्ट के बीच द्रव प्रवाहित होता है। (डक्ट्स नहीं दिखाए गए हैं।) चुंबकीय उत्तेजना क्षेत्र डिस्क के ऊपर और नीचे गोलाकार हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल्स की जोड़ी द्वारा बनाया गया है। (कॉइल्स नहीं दिखाए गए हैं।)

फैराडे धाराएं डिस्क की परिधि के चारों ओर आदर्श डेड शॉर्ट में प्रवाहित होती हैं।

केंद्र वाहिनी के पास रिंग इलेक्ट्रोड और परिधि वाहिनी के पास रिंग इलेक्ट्रोड के बीच हॉल प्रभाव धाराएं प्रवाहित होती हैं।

विस्तृत सपाट गैस प्रवाह ने दूरी कम कर दी। इसलिए गतिमान द्रव का प्रतिरोध इससे कार्यक्षमता बढ़ती है।

इस प्रारूप का अन्य महत्वपूर्ण लाभ यह है कि चुम्बक अधिक दक्ष होते हैं। सबसे पहले वे सरल समानांतर क्षेत्र रेखाएँ बनाते हैं। दूसरा क्योंकि द्रव को डिस्क में संसाधित किया जाता है। चुंबक द्रव के करीब हो सकता है और इस चुंबकीय ज्यामिति में दूरी की सातवीं शक्ति के रूप में चुंबकीय क्षेत्र का बल बढ़ जाता है। अंत में जनरेटर अपनी शक्ति के लिए कॉम्पैक्ट होता है। इसलिए चुंबक भी छोटा होता है। परिणामी चुंबक उत्पन्न शक्ति का बहुत कम प्रतिशत उपयोग करता है।

जनरेटर दक्षता

एमएचडी विद्युत उत्पादन में प्रत्यक्ष ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता चुंबकीय क्षेत्र की बल और स्पिट्जर प्रतिरोधकता के साथ बढ़ती है। जो सीधे प्लाज्मा (भौतिकी) तापमान पर निर्भर करती है और अधिक त्रुटिहीन इलेक्ट्रॉन तापमान पर निर्भर करती है। चूंकि बहुत गर्म प्लास्मा का उपयोग केवल स्पंदित एमएचडी जेनरेटर में किया जा सकता है (उदाहरण के लिए शॉक ट्यूब का उपयोग करके)। तेजी से तापीय सामग्री के क्षरण के कारण गैर-तापीय प्लास्मा को स्थिर एमएचडी जनरेटर में काम करने वाले तरल पदार्थ के रूप में उपयोग करने की परिकल्पना की गई थी। जहां केवल मुक्त इलेक्ट्रॉनों को बहुत गर्म किया जाता है। (10,000-20,000 केल्विन) जबकि मुख्य गैस (तटस्थ परमाणु और आयन) बहुत कम तापमान सामान्यतः 2500 केल्विन पर रहता है। लक्ष्य ऐसे खराब कंडक्टरों की सीमित चालकता में सुधार करते हुए जनरेटर (दीवारों और इलेक्ट्रोड) की सामग्री को थर्मोडायनामिक संतुलन में प्लाज्मा के समान स्तर तक संरक्षित करना था। अर्थात पूरी तरह से 10,000 केल्विन से अधिक गर्म ऐसा तापमान जिसे कोई भी सामग्री सहन नहीं कर सकती थी।[1][2][3][4] किन्तु एवगेनी वेलिखोव ने पहली बार 1962 में सैद्धांतिक रूप से और प्रयोगात्मक रूप से 1963 में खोजा था कि आयनीकरण अस्थिरता, जिसे बाद में वेलिखोव अस्थिरता या इलेक्ट्रोथर्मल अस्थिरता कहा जाता है, प्लाज्मा (भौतिकी) का उपयोग करके किसी भी एमएचडी कनवर्टर में तेजी से उत्पन्न होती है। इसलिए आयनीकरण की डिग्री और चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर करता है।[5][6][7] इस तरह की अस्थिरता गैर-संतुलन एमएचडी जनरेटर के प्रदर्शन को बहुत कम कर देती है। इस तकनीक के बारे में संभावनाएं, जिसने प्रारम्भ में भयानक क्षमता की भविष्यवाणी की थी, पूरी विश्व में एमएचडी कार्यक्रमों को विकलांग बना दिया क्योंकि उस समय अस्थिरता को कम करने का कोई समाधान नहीं मिला था।[8][9][10][11] परिणाम स्वरुप इलेक्ट्रोथर्मल अस्थिरता को मास्टर करने के लिए समाधानों को प्रयुक्त किए बिना व्यावहारिक एमएचडी जनरेटर को हॉल पैरामीटर को सीमित करना पड़ा या गर्म इलेक्ट्रॉनों के साथ ठंडे प्लाज़्मा के स्थान पर मध्यम गर्म थर्मल प्लाज़्मा का उपयोग करना पड़ा। जो दक्षता को गंभीर रूप से कम करता है।

1994 तक बंद-चक्र डिस्क एमएचडी जनरेटर के लिए 22% दक्षता रिकॉर्ड टोक्यो तकनीकी संस्थान के पास था। इन प्रयोगों में पीक एन्थैल्पी निष्कर्षण 30.2% तक पहुंच गया। विशिष्ट ओपन-साइकिल हॉल और डक्ट कोयला एमएचडी जनरेटर 17% के करीब कम हैं। उपयोगिता विद्युत उत्पादन के लिए ये क्षमताएँ एमएचडी को अनाकर्षक बनाती हैं क्योंकि पारंपरिक रैंकिन चक्र विद्युत संयंत्र आसानी से 40% तक पहुँच जाते हैं।

चूंकि जीवाश्म ईंधन को जलाने वाले एमएचडी जनरेटर का निकास लगभग लौ की तरह गर्म होता है। टर्बाइन ब्रेटन चक्र या भाप जनरेटर रैंकिन चक्र के लिए अपनी निकास गैसों को हीट एक्सचेंजर में रूट करके एमएचडी विशिष्ट कोयला संयंत्र के 40 प्रतिशत की तुलना में 60 प्रतिशत तक अनुमानित दक्षता के साथ जीवाश्म ईंधन को विद्युत में परिवर्तित कर सकता है।

एक मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर भी गैस कोर रिएक्टर का पहला चरण हो सकता है।[12]


सामग्री और प्रारूप के उद्देश्य

एमएचडी जनरेटर को दीवारों और इलेक्ट्रोड दोनों के लिए सामग्री के संबंध में कठिन समस्याएँ हैं। सामग्री को बहुत अधिक तापमान पर पिघलना या खुरचना नहीं चाहिए। इस उद्देश्य के लिए विदेशी चीनी मिट्टी के बरतन विकसित किए गए थे और उन्हें ईंधन और आयनीकरण बीज के साथ संगत होने के लिए चुना जाना चाहिए। विदेशी सामग्री और कठिन निर्माण विधियाँ एमएचडी जनरेटर की उच्च क्रय मूल्य में योगदान करती हैं।

इसके अतिरिक्त एमएचडी शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र के साथ अच्छे काम करते हैं। सबसे सफल मैग्नेट सुपरकंडक्टर रहे हैं और चैनल के बहुत करीब हैं। इन चुम्बकों को चैनल से अलग करते समय बड़ी कठिनाई इन चुम्बकों को रेफ्रिजरेट करने में थी। समस्या और भी खराब है क्योंकि मैग्नेट जब चैनल के पास होते हैं। तो अच्छे प्रकार से काम करते हैं। डिफरेंशियल थर्मल क्रैकिंग से गर्म, भंगुर सिरैमिक को हानि होने का गंभीर खतरा भी है। चुम्बक सामान्यतः पूर्ण शून्य के पास होते हैं। जबकि चैनल कई हजार डिग्री का होता है।

एमएचडीएस के लिए दोनों एल्यूमिना (Al2O3) और मैग्नीशियम पेरोक्साइड (MgO2) को इंसुलेटिंग दीवारों के लिए काम करने की सूचना मिली थी। मैग्नीशियम पेरोक्साइड नमी के पास घटता है। एल्यूमिना जल प्रतिरोधी है और अत्यधिक शक्तिशाली होने के लिए बनाया जा सकता है। इसलिए व्यवहार में अधिकांश एमएचडी ने इन्सुलेट दीवारों के लिए एल्यूमिना का उपयोग किया है।

स्वच्छ एमएचडी (अर्थात् जलती हुई प्राकृतिक गैस) के इलेक्ट्रोड के लिए अच्छी सामग्री 80% CeO2, 18% ZrO2 और 2% Ta2O5 का प्रयोग किया जाने लगा। कोयला जलाने वाले एमएचडी में लावा के साथ अत्यधिक संक्षारक वातावरण होता है। लावा एमएचडी सामग्री की सुरक्षा और क्षरण दोनों करता है। विशेष रूप से लावा के माध्यम से ऑक्सीजन का प्रवास धात्विक एनोड्स के क्षरण को तेज करता है। परन्तु 900 पर स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड के साथ बहुत अच्छे परिणाम सामने आए हैं।[13] और सम्भवतः अच्छा विकल्प स्पिनल सिरेमिक FeAl2O4-Fe3O4 है। स्पिनल में इलेक्ट्रॉनिक चालकता, प्रतिरोधक प्रतिक्रिया परत की अनुपस्थिति की सूचना दी गई थी। किन्तु एल्यूमिना में लोहे के कुछ प्रसार के साथ लोहे के प्रसार को बहुत घने एल्यूमिना की पतली परत से नियंत्रित किया जा सकता है और इलेक्ट्रोड और एल्यूमिना इंसुलेटर दोनों में पानी ठंडा किया जा सकता है।[14] उच्च तापमान इलेक्ट्रोड को पारंपरिक कॉपर बस बार से जोड़ना भी चुनौतीपूर्ण है। सामान्य प्रकार से रासायनिक निष्क्रियता परत स्थापित करते हैं और बार-बार पानी से ठंडा करते हैं।[15]


अर्थशास्त्र

एमएचडी जनरेटर बड़े मापदंड पर ऊर्जा रूपांतरण के लिए नियोजित नहीं किए गए हैं क्योंकि तुलनीय दक्षता वाली अन्य तकनीकों में जीवनचक्र निवेश व्यय कम होती है। संयुक्त चक्र में अग्रिमों ने टर्बाइन के एग्जॉस्ट ड्राइव को रैंकिन साइकिल स्टीम प्लांट बनाकर कम व्यय पर समान तापीय दक्षता प्राप्त की। कोयले से अधिक विद्युत प्राप्त करने के लिए केवल कम तापमान वाली भाप उत्पन्न करने की क्षमता को जोड़ना सस्ता है।

एक कोयला-ईंधन वाला एमएचडी जनरेटर प्रकार का ब्रेटन चक्र है। जो दहन टरबाइन के शक्ति चक्र के समान है। चूंकि दहन टर्बाइन के विपरीत कोई गतिमान यांत्रिक भाग नहीं होते हैं। विद्युत प्रवाहकीय प्लाज्मा गतिमान विद्युत चालक प्रदान करता है। साइड की दीवारें और इलेक्ट्रोड केवल दबाव का सामना करते हैं। जबकि एनोड और कैथोड कंडक्टर उत्पन्न होने वाली विद्युत को एकत्र करते हैं। सभी ब्रेटन चक्र ऊष्मा इंजन हैं। आदर्श ब्रेटन चक्रों में भी आदर्श कार्नाट चक्र दक्षता के बराबर आदर्श दक्षता होती है। इस प्रकार एमएचडी जनरेटर से उच्च ऊर्जा दक्षता की क्षमता फायरिंग तापमान जितना अधिक होगा। सभी ब्रेटन चक्रों में दक्षता की उच्च क्षमता होती है। जबकि दहन टर्बाइन अधिकतम तापमान में इसकी हवा/पानी या स्टीम-कूल्ड रोटेटिंग एयरफॉइल की बल से सीमित है। ओपन-साइकिल एमएचडी जनरेटर में कोई घूमने वाला भाग नहीं होता है। तापमान में यह ऊपरी सीमा दहन टर्बाइनों में ऊर्जा दक्षता को सीमित करती है। एमएचडी जनरेटर के लिए ब्रेटन चक्र तापमान की ऊपरी सीमा सीमित नहीं है। इसलिए स्वाभाविक रूप से एमएचडी जनरेटर में ऊर्जा दक्षता के लिए उच्च संभावित क्षमता होती है।

तापमान जिस पर रैखिक कोयला-ईंधन वाले एमएचडी जनरेटर काम कर सकते हैं। उन कारकों द्वारा सीमित होते हैं। जिनमें सम्मिलित हैं: (ए) दहन ईंधन ऑक्सीडाइज़र और ऑक्सीडाइज़र प्रीहीट तापमान जो चक्र के अधिकतम तापमान को सीमित करते हैं। (बी) साइडवॉल और इलेक्ट्रोड को पिघलने से बचाने की क्षमता। (सी) दीवारों पर गर्म स्लैग कोटिंग से इलेक्ट्रोकेमिकल दुष्प्रभाव से इलेक्ट्रोड की रक्षा करने की क्षमता उच्च धारा या चाप के साथ मिलती है। जो इलेक्ट्रोड पर टकराती है क्योंकि वे प्लाज्मा से प्रत्यक्ष प्रवाह को ले जाते हैं और (डी) प्रत्येक इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत इन्सुलेटर की क्षमता से ऑक्सीजन/वायु और उच्च ऑक्सीडेंट प्रीहीट वाले कोयले से चलने वाले एमएचडी संयंत्र संभवत: लगभग 4200 पोटेशियम सीडेड प्लास्मा प्रदान करेंगे।°F, 10 वायुमंडलीय दबाव और मच पर विस्तार प्रारम्भ करें 1.2। ये संयंत्र ऑक्सीडेंट प्रीहीट और संयुक्त चक्र भाप उत्पादन के लिए एमएचडी निकास गर्मी को पुनर्प्राप्त करेंगे। आक्रामक धारणाओं के साथ डीओई-वित्तपोषित व्यवहार्यता अध्ययन जहां तकनीक जा सकती है। जून 1989 में प्रकाशित 1000 मेगावाट उन्नत कोयला आधारित एमएचडी/स्टीम बाइनरी साइकिल पावर प्लांट संकल्पनात्मक प्रारूप ने दिखाया कि बड़ा कोयला आधारित एमएचडी संयुक्त चक्र संयंत्र अन्य कोयला-ईंधन वाली प्रौद्योगिकियों की तुलना में 60 प्रतिशत तक पहुंचने वाली एचएचवी ऊर्जा दक्षता प्राप्त करें। इसलिए कम परिचालन क्रय मूल्य की संभावना उपस्थित है।

चूंकि उन हानिकारक स्थितियों या आकार में अभी तक कोई परीक्षण नहीं हुआ है और अब परीक्षण के अनुसार कोई बड़े एमएचडी जनरेटर नहीं हैं। व्यावसायिक कोयला-ईंधन वाले एमएचडी प्रारूप में विश्वास प्रदान करने के लिए बस अपर्याप्त विश्वसनीयता ट्रैक रिकॉर्ड है।

रूस में यू25बी एमएचडी परीक्षण में ईंधन के रूप में प्राकृतिक गैस का उपयोग करके सुपरकंडक्टिंग चुंबक का उपयोग किया गया और इसका उत्पादन 1.4 मेगावाट था। यूनाइटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीयू.एस. ऊर्जा विभाग (डीओई) ने 1992 में बट्टे मोन्टाना में घटक विकास और एकीकरण सुविधा (सीडीआईएफ) में बड़े सुपरकंडक्टिंग चुंबक से एमएचडी शक्ति का उत्पादन किया। प्रौद्योगिकी के वाणिज्यिक स्थायित्व को सत्यापित करने के लिए इनमें से कोई भी परीक्षण लंबे समय तक पर्याप्त अवधि के लिए आयोजित नहीं किया गया था। वाणिज्यिक इकाई के लिए न तो परीक्षण सुविधाएं बड़े मापदंड पर थीं।

सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग बड़े एमएचडी जेनरेटर में बड़े परजीवी हानि में से को नष्ट करने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोमैग्नेट को सक्रिय करने के लिए आवश्यक शक्ति सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट बार चार्ज होने पर विद्युत का व्यय नहीं करते हैं और तीव्र चुंबकीय क्षेत्र 4 टेस्ला और अधिक विकसित कर सकते हैं। विद्युत प्रणालियों में चुंबक के लिए परजीवी हानि केवल प्रशीतन को बनाए रखने और गैर-सुपरक्रिटिकल कनेक्शन के लिए छोटे हानि को पूरा करने के लिए है।

उच्च तापमान के कारण चैनल की गैर-संचालन वाली दीवारों को ऑक्सीकरण को धीमा करने के लिए वाइट्रियम ऑक्साइड या जिर्कोनियम डाइऑक्साइड जैसे अत्यधिक गर्मी प्रतिरोधी पदार्थ से बनाया जाना चाहिए। इसी तरह इलेक्ट्रोड को उच्च तापमान पर प्रवाहकीय और गर्मी प्रतिरोधी दोनों होना चाहिए। सीडीआईएफ में एवीसीओ कोयला-ईंधन वाले एमएचडी जनरेटर का परीक्षण प्लैटिनम, टंगस्टन, स्टेनलेस स्टील और विद्युत-संवाहक सिरेमिक के साथ कैप्ड वाटर-कूल्ड कॉपर इलेक्ट्रोड के साथ किया गया था।

विषाक्त उपोत्पाद

एमएचडी खतरनाक जीवाश्म ईंधन कचरे के समग्र उत्पादन को कम करता है क्योंकि यह पौधों की दक्षता को बढ़ाता है। एमएचडी कोयला संयंत्रों में यू.एस. द्वारा विकसित पेटेंट वाणिज्यिक इकोनोज्ड प्रक्रिया (नीचे देखें) स्टैक-गैस स्क्रबर द्वारा कैप्चर की गई फ्लाई ऐश से पोटेशियम आयनीकरण बीज को रीसायकल करती है। चूंकि यह उपकरण अतिरिक्त व्यय है। यदि पिघला हुआ धातु एमएचडी जनरेटर का आर्मेचर द्रव है। तो विद्युत चुम्बकीय और चैनल के शीतलक के साथ सावधानी से कार्य करना चाहिए। सामान्यतः एमएचडी तरल पदार्थ के रूप में उपयोग की जाने वाली क्षार धातुएं पानी के साथ बुरे रूप से प्रतिक्रिया करती हैं। इसके अतिरिक्त गर्म विद्युतीकृत क्षार धातुओं और चैनल सिरेमिक के रासायनिक उपोत्पाद जहरीले और पर्यावरण की दृष्टि से लगातार हो सकते हैं।

इतिहास

पहला व्यावहारिक एमएचडी पावर रिसर्च 1938 में अमेरिका में वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशन (1886)1886) द्वारा अपने पिट्सबर्ग, पेंसिल्वेनिया प्रयोगशालाओं में हंगेरियन बेला कार्लोविट्ज़ की अध्यक्षता में वित्त पोषित किया गया था। एमएचडी पर प्रारंभिक पेटेंट बी. कार्लोविट्ज़, यू.एस. पेटेंट संख्या 2,210,918 ऊर्जा के रूपांतरण की प्रक्रिया 13 अगस्त, 1940 द्वारा किया गया है।

द्वितीय विश्व युद्ध ने विकास को बाधित किया। 1962 में एमएचडी पावर पर पहला अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन न्यूकैसल अपॉन टाइन, यूके में इंटरनेशनल रिसर्च एंड डेवलपमेंट कंपनी लिमिटेड के डॉ. ब्रायन सी. लिंडले द्वारा आयोजित किया गया था। समूह ने आगे के सम्मेलन स्थापित करने और विचारों का प्रसार करने के लिए संचालन समिति की स्थापना की। 1964 में समूह ने यूरोपीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी के परामर्श से पेरिस, फ्रांस में दूसरा सम्मेलन आयोजित किया।

चूंकि यूरोपीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी में सदस्यता सीमित थी। इसलिए समूह ने अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी को जुलाई 1966 में साल्ज़बर्ग, ऑस्ट्रिया में तीसरे सम्मेलन को प्रायोजित करने के लिए स्वीकार किया। इस बैठक में हुई बातचीत ने संचालन समिति को आवधिक सूची समूह आईएचजी में बदल दिया। एमएचडी (अंतर्राष्ट्रीय संपर्क समूह एमएचडी), ईएनईए के अनुसार और बाद में 1967 में अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी के अनुसार भी बदलाव किये गये। 1960 के दशक में आर. रोजा द्वारा आगे के शोध ने जीवाश्म-ईंधन प्रणालियों के लिए एमएचडी की व्यावहारिकता स्थापित की।

1960 के दशक में एवीसीओ एवरेट एरोनॉटिकल रिसर्च ने एमके के साथ समाप्त होने वाले प्रयोगों की श्रृंखला प्रारम्भ की। 1965 का वी जनरेटर। इसने 35 उत्पन्न किए। किन्तु इसके चुंबक को चलाने के लिए लगभग 8 एमडब्लू का उपयोग किया। 1966 में आईएचजी-एमएचडी की पेरिस, फ्रांस में पहली औपचारिक बैठक हुई थी। इसने 1967 में आवधिक स्थिति सूची जारी करना प्रारम्भ किया। यह पैटर्न इस संस्थागत रूप में 1976 तक बना रहा। 1960 के दशक के अंत तक एमएचडी में रुचि कम हो गई क्योंकि परमाणु ऊर्जा अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध हो रही थी।

1970 के दशक के अंत में जैसे-जैसे परमाणु ऊर्जा में रुचि घटती गई। एमएचडी में रुचि बढ़ती गई। 1975 में यूनेस्को को विश्वास हो गया कि एमएचडी विश्व कोयला भंडार का उपयोग करने का सबसे कुशल विधि हो सकता है और 1976 में आईएचजी-एमएचडी को प्रायोजित किया। 1976 में यह स्पष्ट हो गया कि अगले 25 वर्षों में कोई भी परमाणु रिएक्टर एमएचडी का उपयोग नहीं करेगा। इसलिए अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी और यूरोपीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (दोनों परमाणु एजेंसियां) ने आईएचजी-एमएचडी से समर्थन वापस ले लिया। यूनेस्को को प्राथमिक प्रायोजक के रूप में छोड़ दिया।

पूर्व यूगोस्लाविया विकास

दस साल से अधिक की अवधि में पूर्व यूगोस्लावियन इंस्टीट्यूट ऑफ थर्मल एंड न्यूक्लियर टेक्नोलॉजी (आईटीईएन) एनर्जोइन्वेस्ट कंपनी साराजेवो के इंजीनियरों ने 1989 में पहला प्रायोगिक मैग्नेटो-हाइड्रोडायनामिक सुविधा विद्युत जनरेटर बनाया था। यहीं पर इसे पहली बार पेटेंट कराया गया था।[16][17]


अमेरिकी विकास

1980 के दशक में यू.एस. ऊर्जा विभाग ने तेज बहु-वर्षीय कार्यक्रम प्रारम्भ किया। जिसका समापन 1992 में बट्टे, मोंटाना में घटक विकास और एकीकरण सुविधा (सीडीआईएफ) में 1992 50 मेगावाट प्रदर्शन कोयला दहनकर्ता के रूप में हुआ। इस कार्यक्रम का टेनेसी स्पेस इंस्टीट्यूट विश्वविद्यालय में कोल-फायर-इन-फ्लो-फैसिलिटी (सीएफआईएफएफ) में भी महत्वपूर्ण कार्य था।

यह कार्यक्रम चार भागों को मिलाता है:

  1. एवीसीओ द्वारा विकसित चैनल, इलेक्ट्रोड और वर्तमान नियंत्रण इकाइयों के साथ एकीकृत एमएचडी टॉपिंग चक्र, जिसे बाद में बोस्टन के टेक्सट्रॉन डिफेंस के रूप में जाना जाता है। यह प्रणाली पोटेशियम आयनीकरण बीज के साथ चूर्णित कोयले द्वारा गर्म किया गया हॉल इफेक्ट डक्ट जनरेटर था। एवीसीओ ने प्रसिद्ध एमके. वी जनरेटर और महत्वपूर्ण अनुभव था।
  2. सीडीआईएफ में विकसित एकीकृत बॉटमिंग चक्र।
  3. टीआरडब्ल्यू द्वारा आयनीकरण बीज को पुन: उत्पन्न करने के लिए सुविधा विकसित की गई थी। पोटेशियम कार्बोनेट को स्क्रबर्स से फ्लाई ऐश में सल्फेट से अलग किया जाता है। पोटेशियम को पुनः प्राप्त करने के लिए कार्बोनेट को हटा दिया जाता है।
  4. एमएचडी को पहले से उपस्थित कोयला संयंत्रों में एकीकृत करने की विधि ऊर्जा विभाग ने दो अध्ययन किए। वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक ने फ्लोरिडा के स्नेड्स में गल्फ पावर के शोल्ट्ज प्लांट पर आधारित अध्ययन किया। एमएचडी डेवलपमेंट कॉरपोरेशन ने बिलिंग्स, मोंटाना की मोंटाना पावर कंपनी के जेई कोरेटे प्लांट पर आधारित अध्ययन भी तैयार किया।

सीडीआईएफ में प्रारम्भिक प्रोटोटाइप विभिन्न कोयले के साथ छोटी अवधि के लिए संचालित किए गए थे। मोंटाना रोजबड और उच्च-सल्फर संक्षारक कोयला, इलिनोइस नंबर 6 इंजीनियरिंग, रसायन विज्ञान और भौतिक विज्ञान का बड़ा व्यापार पूरा हो गया था। अंतिम घटकों के विकसित होने के बाद परिचालन परीक्षण 4,000 घंटे के निरंतर संचालन के साथ पूरा हुआ। 2,000 मोंटाना रोजबड पर 2,000 इलिनोइस नंबर 6 पर परीक्षण 1993 में समाप्त हुआ।


जापानी विकास

1980 के दशक के उत्तरार्ध में जापानी कार्यक्रम बंद-चक्र एमएचडी पर केंद्रित था। विश्वास यह था कि इसमें उच्च दक्षता और छोटे उपकरण होंगे। विशेष रूप से 100 मेगावाट (विद्युत) के पास स्वच्छ, छोटे, प्रभावकारी संयंत्र क्षमता में जो जापानी परिस्थितियों के अनुकूल हैं। ओपन-साइकल कोयले से चलने वाले संयंत्रों को सामान्यतः 200 मेगावाट से ऊपर लाभदायक माना जाता है।

प्रयोगों की पहली बड़ी श्रृंखला फ़ूजी-1 थी। जो टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में शॉक ट्यूब से संचालित ब्लो-डाउन प्रणाली थी। इन प्रयोगों ने 30.2% एन्थैल्पी को निकाला और प्रति घन मीटर 100 मेगावाट के पास विद्युत घनत्व प्राप्त किया। इस सुविधा को टोक्यो इलेक्ट्रिक पावर और अन्य जापानी उपयोगिताओं और शिक्षा विभाग द्वारा वित्त पोषित किया गया था। कुछ अधिकारियों का मानना ​​है कि यह प्रणाली हीलियम और आर्गन वाहक गैस और पोटेशियम आयनीकरण बीज के साथ डिस्क जनरेटर था।

1994 में फ़ूजी-2 के लिए विस्तृत योजनाएँ थीं। 5 एमडब्लूई निरंतर बंद-चक्र सुविधा प्राकृतिक गैस द्वारा संचालित थी। जिसे फ़ूजी-1 के अनुभव का उपयोग करके बनाया जाना था। मूल एमएचडी प्रारूप डिस्क जनरेटर का उपयोग करके अक्रिय गैसों के साथ प्रणाली होना था। इसका उद्देश्य 30% एन्थैल्पी निष्कर्षण और 60% एमएचडी थर्मल दक्षता थी। फ़ूजी-2 के बाद 300 में एमडब्लूई प्राकृतिक गैस संयंत्र रेट्रोफिट किया जाना था।

ऑस्ट्रेलियाई विकास

1986 में सिडनी विश्वविद्यालय में प्रोफेसर ह्यूगो कार्ल मेसर्ले ने कोयला-ईंधन वाले एमएचडी पर शोध किया। इसका परिणाम 28 निकला। एमडब्लूई टॉपिंग सुविधा जो सिडनी के बाहर संचालित की गई थी। मेसर्ले ने यूनेस्को शिक्षा कार्यक्रम के भाग के रूप में सबसे वर्तमान संदर्भ कार्यों में से (नीचे देखें) भी लिखा था।

ऑस्ट्रेलियन एकेडमी ऑफ टेक्नोलॉजिकल साइंसेज एंड इंजीनियरिंग (एटीएसई) की वेबसाइट पर ह्यूगो के लिए विस्तृत मृत्युलेख उपलब्ध है।[18]


इटली देश का विकास

इटली देश का कार्यक्रम 1989 में लगभग 20 मिलियन अमेरिकी डॉलर के बजट के साथ प्रारम्भ हुआ और इसके तीन मुख्य विकास क्षेत्र थे:

  1. एमएचडी मॉडलिंग।
  2. सुपरकंडक्टिंग चुंबक विकास 1994 में लक्ष्य प्रोटोटाइप 2 मीटर लंबा भंडारण 66 मेगाजूल एमएचडी प्रदर्शन के लिए 8मीटर लंबा था। मैदान 5 टेस्ला (यूनिट), 0.15 के टेपर के साथटी / एम होना था। ज्यामिति को नाइओबियम-टाइटेनियम तांबे के बेलनाकार और आयताकार घुमावदार के साथ काठी के आकार जैसा होना था।
  3. प्राकृतिक गैस विद्युत संयंत्रों को रेट्रोफिट को रेवेना में एनिकेम-एनीक फैक्टर में होना था। इस संयंत्र में एमएचडी से दहन गैसें बॉयलर में जाती हैं। दूसरा 230 थाब्रिंडिसि में पावर स्टेशन के लिए एमडब्लू (थर्मल) स्थापना, जो भाप को मुख्य पावर प्लांट तक पहुंचाएगा।

चीनी विकास

एक संयुक्त अमेरिका-चीन राष्ट्रीय कार्यक्रम 1992 में असबैक में कोयले से चलने वाले नंबर 3 संयंत्र को फिर से तैयार करके समाप्त हो गया। मार्च 1994 में और ग्यारह वर्षीय कार्यक्रम को स्वीकार किया गया। इसमें अनुसंधान के केंद्र स्थापित किए गए:

  1. चीनी विज्ञान अकादमी, बीजिंग में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग संस्थान, एमएचडी जनरेटर प्रारूप से संबंधित है।
  2. शंघाई पावर रिसर्च इंस्टीट्यूट, समग्र प्रणाली और सुपरकंडक्टिंग चुंबक अनुसंधान से संबंधित है।
  3. नानजिंग के दक्षिण पूर्व विश्वविद्यालय में थर्मोएनर्जी रिसर्च इंजीनियरिंग संस्थान बाद के विकास से संबंधित।

1994 के अध्ययन ने 10 प्रस्तावित कियाडब्ल्यू (इलेक्ट्रिकल 108 एमडब्लू थर्मल) जेनरेटर एमएचडी के साथ और स्टीम पाइपिंग से जुड़े बॉटमिंग साइकिल प्लांट या तो स्वतंत्र रूप से काम कर सकें।

रूसी विकास

U-25 स्केल मॉडल

1971 में प्राकृतिक गैस से चलने वाला यू-25 प्लांट मास्को के पास 25 मेगावाट की प्रारूप क्षमता के साथ पूरा हुआ। 1974 तक इसने 6 मेगावाट विद्युत दी।[19] 1994 तक रूस ने मास्को में रूसी विज्ञान अकादमी के उच्च तापमान संस्थान में कोयला संचालित सुविधा यू-25 का विकास और संचालन किया था। यू-25 का बॉटमिंग प्लांट वास्तव में मॉस्को यूटिलिटी के साथ अनुबंध के अनुसार संचालित किया गया था और मॉस्को के ग्रिड में विद्युत डाली गई थी। कोयले से चलने वाले डिस्क जनरेटर को विकसित करने में रूस की अधिक रुचि थी। 1986 में एमएचडी जनरेटर के साथ पहला औद्योगिक विद्युत संयंत्र बनाया गया था। किन्तु 1989 में परियोजना को एमएचडी लॉन्च से पहले रद्द कर दिया गया था और यह विद्युत संयंत्र बाद में साधारण निर्माण के साथ 7वीं इकाई के रूप में रियाजान पावर स्टेशन में सम्मिलित हो गया।

यह भी देखें


संदर्भ

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  2. ↑ Sherman, A. (September 1966). "MHD Channel Flow with Non-Equilibrium lonization" (PDF). The Physics of Fluids. 9 (9): 1782–1787. Bibcode:1966PhFl....9.1782S. doi:10.1063/1.1761933.
  3. ↑ Argyropoulos, G. S.; Demetriades, S. T.; Kentig, A. P. (1967). "Current Distribution in Non-Equilibrium J×B Devices" (PDF). Journal of Applied Physics. 38 (13): 5233–5239. Bibcode:1967JAP....38.5233A. doi:10.1063/1.1709306.
  4. ↑ Zauderer, B.; Tate, E. (September 1968). "Electrical characteristics of a linear, nonequilibrium, MHD generator" (PDF). AIAA Journal. 6 (9): 1683–1694. Bibcode:1968AIAAJ...6.1685T. doi:10.2514/3.4846.
  5. ↑ Velikhov, E. P. (1962). Hall instability of current carrying slightly ionized plasmas. 1st International Conference on MHD Electrical Power Generation. Newcastle upon Tyne, England. p. 135. Paper 47.
  6. ↑ Velikhov, E. P.; Dykhne, A. M. "Plasma turbulence due to the ionization instability in a strong magnetic field". In P. Hubert; E. Crémieu-Alcan (eds.). Volume IV. Proceedings of the conference held July 8-13, 1963. 6th International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Paris, France. p. 511. Bibcode:1963pig4.conf..511V.
  7. ↑ Velikhov, E. P.; Dykhne, A. M.; Shipuk, I. Ya (1965). Ionization instability of a plasma with hot electrons (PDF). 7th International Conference on Ionization Phenomena in Gases. Belgrade, Yugoslavia.
  8. ↑ Shapiro, G. I.; Nelson, A. H. (12 April 1978). "Stabilization of ionization instability in a variable electric field". Pis'ma V Zhurnal Tekhnischeskoi Fiziki. 4 (12): 393–396. Bibcode:1978PZhTF...4..393S.
  9. ↑ Murakami, T.; Okuno, Y.; Yamasaki, H. (December 2005). "Suppression of ionization instability in a magnetohydrodynamic plasma by coupling with a radio-frequency electromagnetic field" (PDF). Applied Physics Letters. 86 (19): 191502–191502.3. Bibcode:2005ApPhL..86s1502M. doi:10.1063/1.1926410.
  10. ↑ Petit, J.-P.; Geffray, J. (June 2009). "Non equilibrium plasma instabilities". Acta Physica Polonica A. 115 (6): 1170–1173. Bibcode:2009AcPPA.115.1170P. CiteSeerX 10.1.1.621.8509. doi:10.12693/aphyspola.115.1170.
  11. ↑ Petit, J.-P.; Doré, J.-C. (2013). "Velikhov electrothermal instability cancellation by a modification of electrical conductivity value in a streamer by magnetic confinement". Acta Polytechnica. 53 (2): 219–222. doi:10.14311/1765.
  12. ↑ Smith BM, Anghaie S, Knight TW (2002). Gas Core Reactor-MHD Power System with Cascading Power Cycle. ICAPP'02: 2002 International congress on advances in nuclear power plants, Hollywood, FL (United States), 9-13 Jun 2002. OSTI 21167909. OSTI: 21167909.
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  15. ↑ Rohatgi, V. K. (February 1984). "High temperature materials for magnetohydrodynamic channels". Bulletin of Materials Science. 6 (1): 71–82. doi:10.1007/BF02744172. Retrieved 19 October 2019.
  16. ↑ Bajović, Valentina S. (1994). "The correct quasi-one-dimensional model of the fluid flow in a Faraday segmented MHD generator channel". Energy Conversion and Management. 35 (4): 281–291. doi:10.1016/0196-8904(94)90061-2.
  17. ↑ Bajović, Valentina S. (1996). "A reliable tool for the design of shape and size of Faraday segmented MHD generator channel". Energy Conversion and Management. 37 (12): 1753–1764. doi:10.1016/0196-8904(96)00036-2.
  18. ↑ "MESSERLE, Hugo Karl". Australian Academy of Technological Sciences and Engineering (ATSE). Archived from the original on 2008-07-23..
  19. ↑ Donald G. ink, H. Wayne Beatty (ed), Standard Handbook for Electrical Engineers, 11th Edition, Mc Graw Hill, 1978 ISBN 0-07-020974-X page 11–52


आगे की पढाई

  • Sutton, George W.; Sherman, Arthur (July 2006). Engineering Magnetohydrodynamics. Dover Civil and Mechanical Engineering. Dover Publications. ISBN 978-0486450322.
  • Hugo K. Messerle, Magnetohydrodynamic Power Generation, 1994, John Wiley, Chichester, Part of the UNESCO Energy Engineering Series (This is the source of the historical and generator design information).
  • Shioda, S. "Results of Feasibility Studies on Closed-Cycle एमएचडी Power Plants", Proc. Plasma Tech. Conf., 1991, Sydney, Australia, pp. 189–200.
  • R.J. Rosa, Magnetohydrodynamic Energy Conversion, 1987, Hemisphere Publishing, Washington, D.C.
  • G.J. Womac, एमएचडी Power Generation, 1969, Chapman and Hall, London.


बाहरी कड़ियाँ

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