Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1983. január-június (16. évfolyam, 1-25. szám)
1983-05-20 / 20. szám
TUDOMÁNY ifiül :uSÄ&5^;: TECHNIKA J elenleg villamos energiánk túlnyomó részét gőzkörfolyamatokba iktatott gőzturbinák segítségével állítják elő hő- és atomerőművekben. Az ilyen energiaelőállítás hatásfoka a mégoly előrehaladott atomerőművekben is csupán 40 százalékos. A felszabadított hő további 60 százalékát a termikus körfolyamat hűtővize nyeli el. Az energiafejlesztés hatásfokának jelentős javítását ígéri a mag- netohidrodinamikus (MHD) energiafejlesztés. Jóllehet alapelve több mint száz éve ismert, fel- használása a kereskedelmi energiafejlesztésben eddig nem volt megvalósítható. Intenzív fejlesztésével azonban a világ sok országában, köztük hazánkban is foglalkoznak. A következőkben az MHD- energiafejlesztés alapelvével, megvalósítási lehetőségeivel, a műszaki nehézségekkel és egyes országok fejlesztési programjaival ismerkedünk meg. gok, ún. ,,magok“ hozzáadásával növelik a kellő értékűre. A fosszilis üzemanyagok közül erre a célra leginkább szén vagy földgáz alkalmazható. A nyílt körfolyamatú rendszer alkalmazásának egyik sokat ígérő módja a gőzfejlesztéssel kapcsoltan való alkalmazás. Itt egyrészt az MHD-generátorban egyenáram keletkezik, melyet váltakozó árammá alakítanak át, másrészt az MHD-generátorból távozó gázok gőzt fejlesztenek gőzturbina hajtására, és a váltakozó áramú generátor további energiát fejleszt. Az MHD-generátor és a gőzkörfolyamat által fejlesztett energia nagyjából egyenlő. Ha egy ilyen kombinált rendszerben földgáz- vagy széntüzelést alkalmaznak, akkor az energiaátalakígyakorlati jelentőségüket. A kereskedelmi rendszerek ezért szupravezető mágnesek alkalmazását teszik szükségessé. Ezek olyan elektromágnesek, melyek fémötvözetből készült tekercsei a villamos árammal szemben való ellenállásukat elvesztik az abszolút nulla hőmérséklet közelében. Nagy mennyiségű energiát takarítanak meg, mert aránylag kevés villamos energia felhasználása mellett nagy áramokat továbbíthatnak és erős mágneses tereket állíthatnak elő. Létrehozásuk a szükséges méretekben azonban ma még gondokat okoz. Jelenlegi helyzet Az elmúló évtizedekben az MHD-energiafejlesztés terén jeIjszú Az alapelv Az MHD-energiafejlesztés az elektromágneses indukció elvén alapszik, mely szerint a vezetőben- ha az mágneses térben mozog- áram indukálódik. Az úgynevezett MHD-generátorokban vezetőként folyadékot, folyékony fémet vagy gázt alkalmaznak, mely mágneses téren át áramolva villamos teret fejleszt. Ha az áramlás egy csatornában történik, amelynek falai egymástól villamosán szigeteltek, akkor a falak különböző villamos potenciált nyernek. Az így keletkezett eltérő potenciálú falak összekötő elektródák útján egyenáramot szolgáltatnak, amely inverterek segítségével váltakozó árammá alakítható. Az első kísérletet a magneto- hidrodinamikus hatás szemléltetésére 1832. január 12-én Faraday végezte a Londoni Királyi Társaság egyik összejövetelén. Faraday meg volt győződve arról, hogy az indukált áram elve vezető folyadékban is érvényesül. Ennek igazolására a Kensington Palota taván is kísérleteket végzett. Faraday azt hitte, hogy a Föld mágneses mezeje nem forog a Földdel, úgy hogy a tó vizét az átjárja és villamos áramot indukál. Nem ért el pozitív eredményeket. Legközelebb a Temze vizével kísérletezett a Waterloo-hídnál a tó álló vize helyett. Feljegyzéseibe ezt írta: „Állandóan kitéréseket kaptam a galvanométeren. Elméletileg ebből az a feltevés látszik, hogy ahol mágneses mezőben víz folyik, villamos áramnak kell keletkeznie.“ Ezzel az összegezéssel állapította meg Faraday a magnetohidrodi- namikus energiafejlesztés elvét. A következő száz esztendőben azonban nem lehet ezen a területen jelentős előrehaladást megállapítani. Az MHD-energiafejlesztés gondolata csak az 1930-as években került újra az érdeklődés előterébe. Megvalósítási lehetőségek Az MHD paradoxona, hogy elvileg egyszerű, de megvalósítani nehéz. A kutatók szerte a világon mégis tevékenyen fáradoznak a megvalósításán. Az MHD két alapvető rendszere használható energiafejlesztésre, melyeket nyílt és zárt körfolyamatú rendszereknek neveznek. A nyílt körfolyamat esetében a munkavégző közeg csak egyszer halad át a folyamaton, majd a légkörbe távozik. Munkavégző közegként leginkább alkalmazható a fosszilis tüzelőanyag előmelegített oxigénben történő elégetésével nyert gáz. Vezetőképességét különböző anyatás hatásfoka eléri az 50 százalékot is. A zárt körfolyamatú MHD-tech- nológia abban különbözik a nyitott körfolyamútól, hogy a munkavégző közeg itt ciklikusan hat és nem kerül ki a légkörbe. Fejlesztését atomerőművekkel kapcsoltan képzelik el, ahol a munkaközeg nemesgáz lenne, s egyben a reaktor hűtőközege is. A fejlesztések ezen a területen még csak a kezdet kezdetén vannak. Napjainkban a nyitott körfolyamatú rendszer több sikert ígér. Műszaki nehézségek A még megoldatlan műszaki kérdésekből csak kettőt emelünk ki; a Hali-féle mezők és a mágnesek problémáját. Az MHD-generátorok egyik komoly problémája a Hali-féle villalentős műszaki előrehaladás történt. A technológia elhagyta a kutatást, és már a nagyobb berendezések műszaki fejlesztésének és tervezésének stádiumában van. Mind a Szovjetunió, mind az USA új MHD energiafejlesztő berendezéseket létesített. E két ország támogatásával több országban folynak ilyen irányú kísérletek. A jelenlegi helyzet lényegében széles körű nemzetközi információcsere lévén volt elérhető. A szovjet MHD-program nagyon tevékeny utat követ, amely jelenleg lényegében két szakaszba sorolható: 1./ 1985-ig földgáz- tüzelésű gőzkörfolyamattal kombinált MHD-erömű építése, 2./ széntüzelésű gőzkörfolyamattal kombinált MHD-erömű építése az 1990-es évek elejére. Mindkét területen további fejlesztésre törekszenek ugyan, azonban azt Terhelés Az MHD energiafejlesztés alapelve mos mezők keletkezése. Ez a csatornában lévő mágneses mezőre keresztben ható elektronfluxus következménye. Kellemetlen hatása abban jelentkezik, hogy jelentősen lecsökkenti az MHD- generátor egyenáramú teljesítményét. Ez a hatás úgy küszöbölhető ki, hogy a generátor csatornáját szegmensekre bontják. Minden egyes szegmens különálló terhelést táplál. Ez bonyolultabb csatornakialakítást tesz szükségessé és bonyolultabbá válik a teljesítmény leadása is, mert minden egyes teljesítményt a saját inverterébe kell táplálni. A másik műszaki probléma a megfelelő mágnesek kifejlesztése. A kereskedelmi MHD-generátorok fizikai méretei olyan nagyok lesznek (kb. 25 m hosszúság és néhány méter átmérő), hogy azok 8 tesla fluxussűrüséget tesznek szükségessé. Ez több mint 160 000-szer nagyobb a Föld mágneses erejénél. Ilyen fluxus- sűrűséget már teremtettek kísérleti célokat szolgáló mágneseknél, de ezek túl sok energiát fogyasztanak, s így az ezekkel működő MHD-rendszerek elvesztenék várják, hogy az MHD-erőmüvek- ben a szén az uralkodó helyzetű üzemanyag. Az első szovjet kísérleti MHD- generátor az U 02 volt, melyet 1964-ben helyeztek üzembe. Teljesítménye csupán 5 MW volt. Egy, a Moszkva központjában lévő hőerőműben üzemeltették. Egy másik, jóval nagyobb teljesítményű kísérleti berendezést 1971- ben helyeztek üzembe. Ez volt az U 25-ös. Szintén földgáztüzeléssel üzemelt, s 1977-ben ez a berendezés 250 órán át állandóan működött. A minimális villamos teljesítménye ezalatt 12 MW volt. Az első szovjet MHD-erömű építését kapcsolt gözkörfolyamat- tal már megkezdték a Moszkvától mintegy 200 km-re lévő Rjazany városában. Az erőmű teljesítménye 500 MW lesz. Ebből 250 MW- ot az MHD-technológia útján, 250 MW-ot pedig a gőzkörfolyamatból nyernek. Az USA-ban az első kísérleteket MHD-generátorokkal 1932 és 1944 között végezték a Westinghouse laboratóriumban. Az akkori eredmények azonban még nem IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIM MHD-generátor kapcsolt gőzkörfolyamattal. 1-oxigén, 2-szén, 3- mag, 4-előhevített levegő, 5-kombusztor, 6-MHD csatorna, 7-inver- ter, 8-gőzfejlesztő, 9-gőzturbina, 10-generátor, 11-léghevítő, 12- magvisszanyerő és füstgáztisztító berendezés, 13-kémény, 14- mágnes, 15-váltakozó áram. T erhelés tették lehetővé a kidolgozott technológia energiafejlesztésre történő alkalmazását. Csak 1959-ben sikerült megépíteni az első komolyabb MHD-generátort, a Mark I- et, melynek teljesítménye 10 kW volt. Azután a fejlesztési munka néhány évre fellendült. A hatvanas években azonban, amikor az energiafejlesztési programok előterébe az atomenergia került, az MHD-kutatások anyagi támogatása jelentősen lecsökkent. A hetvenes évek elején kitört olajkrízis azonban a kutatásokat újból felélesztette. Jelenleg az USA 15 államában folynak a kísérletek. A két legjelentősebb kísérlett berendezés az 50 MW-os CDIF, amely Montana államban üzemel és az 20 MW-os széntüzelésű CFFF, amely a Tennessee Egyetem űrkutatási intézetében van Tullaho- ma közelében. Egy kereskedelmi MHD-prototípus erőmű létrehozásán is dolgoznak. Ez kombinált 200 MW villamos teljesítményű MHD-gőzrendszer lesz. A zárt körfolyamatú MHD-kuta- tásokkal kizárólag Nyugat-Euró- pában foglalkoztak a nagy hőmérsékletű atomreaktor (HTR) fejlesztésével kapcsolatban. Jülichben nagy zárt körfolyamatú MHD-be- rendezést építettek. Jóllehet a gázhütésű reaktorok fejlesztésében jelentős eredményeket értek el, 1972-ben még valószínűtlennek látszott, hogy valamely kereskedelmi HTR-reaktor a szükséges 2000 K kilépési hőmérséklettel a következő 15 esztendőn belül megvalósítható lenne. Ezzel megszűnt az indok a zárt körfolyamatú MHD-berendezések nagy léptékben történő építése és üzemvitele mellett. A szovjet szakemberek az MHD-kutátások terén több országgal együttműködnek, köztük Az MHD-generátor csatornájának egyik változata szegmensenként elszigetelt elektródákkal a Hali-féle villamos mező kiküszöbölésére (A szerző rajzai) Lengyelországgal, Romániával és hazánkkal is. Nálunk csak alapkutatások folynak. Jóval érdekesebb a lengyel fejlesztési program. Lengyelország ugyanis a jövőben az energiagazdálkodás terén jelentős szerepet szán az MHD-energiafej- lesztésnek. Erre az ország nagy szénkészlete ad alapot. Szovjet segítséggel építették India első kísérleti MHD-generáto- rát is, mely 5 MW teljesítményű és 1983 márciusában helyezték üzembe. A szovjet szakértői csoport megállapítása szerint az Indiában bőségesen rendelkezésre álló, gyenge minőségű szenet jó eredménnyel tudják majd felhasználni MHD-generátorokban való villamosenergia-fejlesztésére. Következtetések A világ energiaigényének további növekedésével kell számolni. 2000-ig biztosan és igen valószínűleg még utána is több évtizeden át energiafejlesztésünk jelentős részben szénre és uránra lesz utalva. Óriási széntartalékok vannak a világ különböző részein, melyek az MHD-technológia útján jól hasznosíthatók. A nyitott körfolyamatú kombinált MHD-gőzerö- műveknél csekély költségekkel jó hatásfok várható. Az eddig meglévő MHD-berendezésekkel elért eredmények már lendületet adtak az első kombinált MHD-eröművek építésére. Legyözheti-e az MHD a versenytársakat? Erre a kérdésre ma még nem lehet válaszolni. Mindenesetre hosszú távon technológiailag versenyképesnek mutatkozik bármely más energiaforrással szemben, amely létezik vagy gyakorlati megvalósítást ér el. KOVÁCS ZOLTÁN Varrat nélküli hegesztés Varrat nélküli szilárd kötést hoz létre a fémek között Kazakov szovjet professzor új módszere. Elegendő vákuumban részlegesen felhevíteni a fémeket, ennek következtében mozgékonnyá vált atomjaik szilárdan összekapcsolódnak egymással. A vákuumban végrehajtott diffúziós hegesztésnek nevezett eljárás során a hagyományos értelemben nem megy végbe hegesztés, mert a fémek nem olvadnak egymásba a hegesztés helyén, hanem „összenőnek“ egymással. Az új eljárással sok drága forraszanyagot (aranyat, platinát, ezüstöt, rezet) takaríthatnak meg az elektronikai iparban és nincs szükség a munkadarabok mechanikai vagy hőkezeléses további megmunkálására. A szabadalmazott diffúziós technikával bonyolult felépítésű munkadarabot is előállíthatnak, és fémeket összeköthetnek üveggel, kerámiával, grafittal vagy kvarccal. (d) «I f * 4 1983. V. 20.
