[科普中国]-磁流体发电方法

磁流体发电方法是将高温导电气体通过磁场产生感应电势而转换成电能的一种发电方法。20世纪50年代开始研制。高温导电气体是利用化学燃料(如石油、天然气和煤等)在高温度条件(2500℃以上)燃烧而形成，实际上是一种高温等离子体。当使这种导电气体以高速通过高强磁场而发生相互作用时，可直接把热能转换为电能而发电。1

概述磁流体发电有功率密度大、启动快、废热排放温度高等特点，在地面与蒸气发电配合，可以大大提高系统的效率。在空间只能单独使用，效率可以达到20%。它是靠导电流体通过磁场发电。普通气体只有在很高的温度下才能导电。当在气体中加入碱金属钾、铯做种子时，气体导电率可大大提高，同时也可以降低气体工质的温度。由于磁流体发电的发电通道和反应堆燃料元件都受到高温高速含铯蒸气体的冲刷、剥蚀，要长期(3～5年)连续运行技术难度比较大。但磁流体发电可以获得大电功率(万千瓦级)，做脉冲式空间电推进或者武器电源是有前途的。2

磁流体发电的基本原理磁流体发电就是导电流体(气体或液体)以一定的速度垂直通过磁场，产生感应电动势而产生电功率，把内能直接转换成电能的一种发电方式。从发电的基本原理上看，磁流体发电与普通发电一样，都是根据法拉第电磁感应定律获得电能。所不同的是，磁流体发电是导电流体在几千摄氏度的高温下，物质中的原子和电子都在做剧烈运动，有些电子脱离原子核的束缚，变成自由电子。这时，流体由自由电子、失去电子的离子和原子的混合物组成，这就是等离子体。将等离子体以超声速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中将有电流通过。它是以导电的流体切割磁力线产生电动势，而不是普通发电机中的金属导体。这时，导电的流体起到了金属导线的作用。由于它是将热能直接转换成电流，无须经过机械转换环节，所以也称为“直接发电”，这种技术也称为“等离子体发电技术”。

磁流体发电中所采用的导电流体一般是导电的气体，也可以是液态金属。众所周知，常温下的气体是绝缘体，只有在很高的温度下，例如6 000 K以上，才能电离，才有较大的导电率。而磁流体发电一般是采用煤、石油或天然气做燃料．燃料在空气中燃烧时，即使把空气预热到1 400 K，也只能使空气达到3000 K的温度，这时气体的导电率还不能达到所需值，而且即使再提高温度，导电率也提高不了多少，却给工程带来很大困难。实际中采用的办法是在高温燃烧的气体中添加一定比例的、容易电离的低电离电位的物质，如钾、铯等碱金属化合物。这种碱金属化合物被称为“种子”。在气体中加入这种低电离电位物质的量一般以气体质量的1%为佳。这样气体温度在3 000 K左右时，就能达到所要求的导电率。当这种气体以约1 000 m/s的速度通过磁场时，就可以实现具有工业应用价值的磁流体发电。2

优点该发电方法具有一系列优点：①发电设备结构简单，无高温旋转部件；②单机容量大，可建大型负荷电站；③可实现联合循环使用，热利用效率高，既可使排出的高温气体推动燃气轮机发电，也可与常规的火力发电机组联合循环，其总效率可达50～60%；④节约用水；⑤环境污染小。磁流体发电功率与通道中磁场强度的平方成正比，因此采用超导磁体提高磁场强度对提高发电功率具有特别重要的意义。超导磁体具有体积小、重量轻、磁场强等特点。美国研制的燃煤磁流体发电装置所采用的超导磁体，其室温孔径1米，有效长度3米，磁场强度大于6万高斯，储能210兆焦耳，磁体重172吨，各项指标均已达到标准。我国关于燃煤磁流体发电所用的超导磁体，已制成储能约10兆焦耳的大型磁体，为加速超导磁流体发电的发展创造了一定的条件。1

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学