磁流體發(fā)電

磁流體發(fā)電磁流體力學(xué)概念的提出

1832年法拉第首次提出有關(guān)磁流體力學(xué)問題。他根據(jù)海水切割地球磁場產(chǎn)生電動勢的想法，測量泰晤士河兩岸間的電位差，希望測出流速，但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術(shù)差，未達(dá)到目的。1937年哈特曼根據(jù)法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進(jìn)行了定量實驗，并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學(xué)流動(即哈特曼流動)的理論計算方法。

磁流體發(fā)電引導(dǎo)中心理論的提出

1940～1948年阿爾文提出帶電單粒子在磁場中運動軌道的“引導(dǎo)中心”理論、磁凍結(jié)定理、磁流體動力學(xué)波(即阿爾文波)和太陽黑子理論，1949年他在《宇宙動力學(xué)》一書中集中討論了他的主要工作，推動了磁流體力學(xué)的發(fā)展。1950年倫德奎斯特首次探討了利用磁場來保存等離子體的所謂磁約束問題，即磁流體靜力學(xué)問題。受控?zé)岷朔磻?yīng)中的磁約束，就是利用這個原理來約束溫度高達(dá)一億度量級的等離子體。

然而，磁約束不易穩(wěn)定，所以研究磁流體力學(xué)穩(wěn)定性成為極重要的問題。1951年，倫德奎斯特給出一個穩(wěn)定性判據(jù)，這個課題的研究至今仍很活躍。

20世紀(jì)初就有人取得磁流體發(fā)電的專利，但直到50年代，在火箭技術(shù)發(fā)展的推動下，磁流體發(fā)電獲得了具有實際意義的進(jìn)展，1959年首次出現(xiàn)磁流體發(fā)電和汽輪發(fā)電組合，其效率約為50%左右，如果進(jìn)一步改善預(yù)計可達(dá)60%。磁流體發(fā)電裝置優(yōu)點是沒有機械運動不見，同汽輪發(fā)電機組合聯(lián)合運行，效率可大為提高。美國是世界上研究磁流體發(fā)電最早的國家， 1959年，美國就研制成功了11.5千瓦磁流體發(fā)電的試驗裝置，。60年代中期以后，美國將它應(yīng)用在軍事上，建成了作為激光武器脈沖電源和風(fēng)洞試驗電源用的磁流體發(fā)電裝置。

日本和前蘇聯(lián)都把磁流體發(fā)電列入國家重點能源攻關(guān)項目，并取得了引人注目的成果。前蘇聯(lián)已將磁流體發(fā)電用在地震預(yù)報和地質(zhì)勘探等方面。前蘇聯(lián)在1971年建造了一座磁流體——蒸汽聯(lián)合循環(huán)試驗電站，裝機容量為7.5萬千瓦，其中磁流體電機容量為2.5萬千瓦。1986年，前蘇聯(lián)開始興建世界上第一座50萬千瓦的磁流體和蒸汽聯(lián)合電站，這座電站使用的燃料是天然氣，它既可供電，又能供熱，與一般的火力發(fā)電站相比，它可節(jié)省燃料20%。

G. W. Sutton and A. Sherman, Engineering Magneto-hydrodynamics, McGrav-Hill, New York, 1965.

L. P. Harris and J. D. Cobine, The Significance of the Hall Effect for Three MHD Generator Configuration, Trans. ASME, Ser. A, 83A, pp. 392?396, 1961.

L. M. Biberman, et al., Physics of MHD Energy Conversion, Proceedings of the XIII International Conf. on Phenomena in Ionized Gases, Physical Society of the GDR, Berlin, 1977.

磁流體發(fā)電定義

磁流體發(fā)電是一種新型的高效發(fā)電方式，其定義為當(dāng)帶有

等離子狀態(tài)，是指物質(zhì)原子內(nèi)的電子在高溫下脫離原子核的吸引，使物質(zhì)呈為正負(fù)帶電粒子狀態(tài)存在。

磁流體的等離子體橫切穿過磁場時，按電磁感應(yīng)定律，等離子體的正負(fù)粒子在磁場的作用下分離，而聚集在與磁力線平等的兩個面上，由于電荷的聚集，從而產(chǎn)生電勢。在磁流體流經(jīng)的通道上安裝電極和外部負(fù)荷連接時，則可發(fā)電。

為使高溫氣體有足夠的電導(dǎo)率，需在高溫和高速下，加入總量1%左右的易電離物質(zhì)——“種子”，一般為碳酸鉀，以利用非平衡電離原理來提高電離度。用裂變反應(yīng)堆作熱源時，工作介質(zhì)大多是惰性氣體（例如氦），并以銫作為種子物質(zhì)。由于受到反應(yīng)堆固體元件材料的限制，工作介質(zhì)的溫度遠(yuǎn)不能使其達(dá)到電離狀態(tài)。為了提高電導(dǎo)率，通常采取非平衡電離效應(yīng)（例如用高頻電場促使電離，這時電子的溫度高于離子和中性粒子的溫度）。此外，工作介質(zhì)也可為液態(tài)金屬和氣體或液態(tài)金屬和其蒸氣的混合物。

磁流體發(fā)電發(fā)電技術(shù)

燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)--亦稱為等離子體發(fā)電，就是磁流體發(fā)電的典型應(yīng)用，燃燒煤而得到的2.6×106℃以上的高溫等離子氣體并以高速流過強磁場時，氣體中的電子受磁力作用，沿著與磁力線垂直的方向流向電極，發(fā)出直流電，經(jīng)直流逆變?yōu)榻涣魉腿虢涣麟娋W(wǎng)。

磁流體發(fā)電本身的效率僅20%左右，但由于其排煙溫度很高，從磁流體排出的氣體可送往一般鍋爐繼續(xù)燃燒成蒸汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電，組成高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總的熱效率可達(dá)50%～60%，是目前正在開發(fā)中的高效發(fā)電技術(shù)中最高的。同樣，它可有效地脫硫，有效地控制NOx的產(chǎn)生，也是一種低污染的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。

磁流體發(fā)電發(fā)電流程

在磁流體發(fā)電技術(shù)中，高溫陶瓷不僅關(guān)系到在2000～3000K磁流體溫度能否正常工作，且涉及通道的壽命，亦即燃煤磁流體發(fā)電系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵，目前高溫陶瓷的耐受溫度最高已可達(dá)到3090K。

磁流體發(fā)電比一般的火力發(fā)電效率高得多，但在相當(dāng)長一段時間內(nèi)它的研制進(jìn)展不快，其原因在于伴隨它的優(yōu)點而產(chǎn)生了一大堆技術(shù)難題。磁流體發(fā)電機中，運行的是溫度在三、四千度的導(dǎo)電流體，它們是高溫下電離的氣體。為進(jìn)行有效的電力生產(chǎn)，電離了的氣體導(dǎo)電性能還不夠，因此，還要在其中加入鉀、銫等金屬離子。但是，當(dāng)這種含有金屬離子的氣流，高速通過強磁場中的發(fā)電通道，達(dá)到電極時，電極也隨之遭到腐蝕。電極的迅速腐蝕是磁流體發(fā)電機面臨的最大難題。另外，磁流體發(fā)電機需要一個強大的磁場，人們都認(rèn)為，真正用于生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)電機必須使用超導(dǎo)磁體來產(chǎn)生高強度的磁場，這當(dāng)然也帶來技術(shù)和設(shè)備上的難題。最近幾年，科學(xué)家在導(dǎo)電流體的選用上有了新的進(jìn)展，發(fā)明了用低熔點的金屬（如鈉、鉀等）作導(dǎo)電流體，在液態(tài)金屬中加進(jìn)易揮發(fā)的流體（如甲苯、乙烷等）來推動液態(tài)金屬的流動，巧妙地避開了工程技術(shù)上一些難題，制造電極的材料和燃料的研制方面也有了新進(jìn)展。但想一下子省錢省力地解決磁流體發(fā)電中技術(shù)、材料等方面的所有難題是不現(xiàn)實的。隨著新的導(dǎo)電流體的應(yīng)用，技術(shù)難題逐步解決，磁流體發(fā)電的前景還是樂觀的。在美國，磁流體發(fā)電機的容量已超過32000千瓦；日本、德國、波蘭等許多國家都在研制碘流體發(fā)電機。我國也已研制出幾臺不同形式的磁流體發(fā)電機。

磁流體發(fā)電基本原理

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，用導(dǎo)電流體（氣體或液體）與磁場相對運動而發(fā)電。

導(dǎo)電流體在通道中橫越磁場B流過時，由于電磁感應(yīng)而在垂直于磁場和流速的方向上感生出一個電場E，如把導(dǎo)電流體與外負(fù)載相接，導(dǎo)電流體中的能量就可直接轉(zhuǎn)換成電能，向外輸出（圖1）。這樣能省去普通發(fā)電機組中某些能量轉(zhuǎn)換的中間過程，因此這種發(fā)電又稱磁流體直接發(fā)電，在這種發(fā)電裝置中主要部件是發(fā)電通道、電極和磁場。

裝置類型 按照電流由導(dǎo)電流體中引出的方式，發(fā) 電裝置可分為傳導(dǎo)式和感應(yīng)式兩種。在傳導(dǎo)式發(fā)電器中，電流是通過發(fā)電通道兩側(cè)的電極引出的；在感應(yīng)式發(fā)電器中，沒有電極，電流直接由磁場繞組輸出。按照輸出 電流的類別，發(fā)電裝置可分為交流和直流兩種。根據(jù)工作介質(zhì)在裝置中是一次使用還是在系統(tǒng)中循環(huán)使用,發(fā)電裝置可分為開式和閉式兩種。根據(jù)發(fā)電通道幾何形狀的不同，發(fā)電裝置可分為直線型、渦旋型和徑向外流型等幾種。下面介紹兩種裝置：

①開式循環(huán)直線型磁流體發(fā)電裝置這種發(fā)電裝置中的工作介質(zhì)是溫度2500~3500開的高溫電離氣體，即等離子體。在連續(xù)電極的直線型發(fā)電裝置中（圖2a),如果平均電子碰撞頻率比電子在磁場中的回旋頻率大得多，則當(dāng)?shù)入x子體橫越磁場時，就感生出一個同磁場和流速相垂宜的電場，但當(dāng)?shù)入x子體密度較低，電子在磁場中的回旋頻率相當(dāng)于或甚至大于平均電子碰撞頻率時，電子在磁場中就沿曲線運動。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)，由此產(chǎn)生的垂直于電場的電流稱為霍耳電流。電子回旋頻率ω與平均電子碰撞頻率1/t之比ωt稱為霍耳系數(shù)，它表征霍耳效應(yīng)的大小，在物理意義上相當(dāng)于存在磁場時一個電子在兩次碰撞間轉(zhuǎn)過的弧度，也相當(dāng)于沿等離子體流動方向的霍耳電流與平行于電場方向的電流之比。在連續(xù)電極發(fā)電裝置中，由于出現(xiàn)霍耳電流（損耗電流），平行于電場的電流要降低為原值的。為了減小霍耳電流，通常采用分段電極（圖2b），也可直接利用霍耳電流來代替平行于電場的電流，從而成為霍耳發(fā)電裝置（圖2c）。近年來又在此基礎(chǔ)上發(fā)展出斜框式通道的發(fā)電裝置。使用開式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置可減少環(huán)境污染，特別對含硫較高的礦物燃料，由于在燃燒室中“種子” 碳酸鉀幾乎完全離解，在發(fā)電裝置的通道下游，通過化學(xué)反應(yīng)復(fù)合成硫酸鉀，從而顯著降低二氧化硫的排放量。

②閉式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置采取封閉回路，工作介質(zhì)可反復(fù)使用。通常選用惰性氣體（如氦）作為介質(zhì)，以銫作種子物質(zhì)，利用非平衡電離效應(yīng)來提高電導(dǎo)率，或用液態(tài)金屬及其蒸氣的混合物作為介質(zhì)。這類裝置通常以裂變反應(yīng)堆作熱源，其工作原理與開式循環(huán)裝置相同。

磁流體發(fā)電機沒有運動部件，結(jié)構(gòu)緊湊，起動迅速，環(huán)境污染小，有很多優(yōu)點。特別是它的排氣溫度高達(dá)2000℃，可通入鍋爐產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。這種磁流體－蒸汽動力聯(lián)合循環(huán)電站，一次燃燒兩級發(fā)電，比現(xiàn)有火力發(fā)電站的熱效率高10－20%，節(jié)省燃料30%，是火力發(fā)電技術(shù)改造的重要方向。磁流體發(fā)電的研究始于20世紀(jì)50年代末，被認(rèn)為是最現(xiàn)實可行、最有競爭力的直接發(fā)電方式。它涉及到磁流體動力學(xué)、等離子物理、高溫技術(shù)及材料、低溫超導(dǎo)技術(shù)和熱物理等領(lǐng)域，是一項大型工程性課題。許多先進(jìn)國家都把它列為國家重點科研項目，有的建立國際間協(xié)作關(guān)系，以期早日突破。

從發(fā)電的機理上看，磁流體發(fā)電與普通發(fā)電一樣，都是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律獲得電能。所不同的是，磁流體發(fā)電是以高溫的導(dǎo)電流體（在工程技術(shù)上常用等離子體）高速通過磁場，以導(dǎo)電的流體切割磁感線產(chǎn)生電動勢。這時，導(dǎo)電的流體起到了金屬導(dǎo)線的作用。

磁流體發(fā)電中所采用的導(dǎo)電流體一般是導(dǎo)電的氣體，也可以是液態(tài)金屬。我們知道，常溫下的氣體是絕緣體，只有在很高的溫度下，例如6000K以上，才能電離，才有較大的導(dǎo)電率。而磁流體發(fā)電一般是采用煤、石油或天然氣作燃料，燃料在空氣中燃燒時，即使把空氣預(yù)熱到1400K，也只能使空氣達(dá)到3000K的溫度，這時氣體的導(dǎo)電率還不能達(dá)到所需的值，而且即使再提高溫度，導(dǎo)電率也提高不了多少，卻給工程帶來很大困難。那么如何使氣體在較低的溫度下就能導(dǎo)電，并有較高的導(dǎo)電率。實際中采用的辦法是在高溫燃燒的氣體中添加一定比例的、容易電離的低電離電位的物質(zhì)，如鉀、銫等堿金屬化合物。這種堿金屬化合物被稱為“種子”。在氣體中加入這種低電離電位物質(zhì)的量一般以氣體重量的1%為佳。這樣氣體溫度在3000K左右時，就能達(dá)到所要求的導(dǎo)電率。當(dāng)這種氣體以約1000m/S的速度通過磁場時，就可以實現(xiàn)具有工業(yè)應(yīng)用價值的磁流體發(fā)電。

磁流體發(fā)電熱能轉(zhuǎn)化為電能

磁流體發(fā)電是一種新型的發(fā)電方法。它把燃料的熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，省略了由熱能轉(zhuǎn)化為機械能的過程，因此，這種發(fā)電方法效率較高，可達(dá)到60%以上。同樣燒一噸煤，它能發(fā)電4500千瓦時，而汽輪發(fā)電機只能發(fā)出3000千瓦時電。對環(huán)境的污染也小

磁流體發(fā)電中，導(dǎo)電流體單位體積的輸出功率We為

We=σv 2B 2k(1-k)式中σ為導(dǎo)電流體的電導(dǎo)率，v為流體的運動速度，B為磁場的磁通密度，k為電負(fù)載系數(shù)。典型的數(shù)據(jù)是σ=10～20西/米，B=5～6特，v=600～1000米/秒，k=0.7～0.8, We在25～150兆瓦/米3。80年代后期，世界上技術(shù)最先進(jìn)的磁流體發(fā)電裝置是莫斯科北郊U-25裝置。它是以天然氣作燃料的開環(huán)裝置，額定功率為20.5兆瓦。

作為一種高技術(shù)，磁流體發(fā)電推動著工程電磁流體力學(xué)這門新興學(xué)科和高溫燃燒、氧化劑預(yù)熱、高溫材料、超導(dǎo)磁體、大功率變流技術(shù)、高溫診斷和降低工業(yè)動力裝置有害排放物的先進(jìn)方法等一系列新技術(shù)的發(fā)展。這些科學(xué)成果和技術(shù)成就可以得到其他方面的應(yīng)用，并有著美好的發(fā)展前景。從高效率、低污染、高技術(shù)的考慮，磁流體發(fā)電為高效率利用煤炭資源提供了一條新途徑，使得磁流體發(fā)電從其原理性實驗成功開始，就迅速得到了全世界的重視，許多國家都給予了持續(xù)穩(wěn)定的支持并積極研究燃煤磁流體發(fā)電。

目前，世界上有17個國家在研究磁流體發(fā)電，而其中有13個國家研究的是燃煤磁流體發(fā)電，包括中國、印度、美國、波蘭、法國、澳大利亞、前蘇聯(lián)等。當(dāng)前的研究工作主要集中于燃燒礦物燃料的開式循環(huán)磁流體發(fā)電。蘇聯(lián)、美國、日本和中國等國都建立了一系列磁流體發(fā)電裝置。技術(shù)最先進(jìn)的是蘇聯(lián)的Y-25型裝置。這種裝置由以天然氣作燃料的開式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置和汽輪發(fā)電機聯(lián)合組成，頭部的磁流體發(fā)電裝置的設(shè)計功率是25兆瓦。美國在以煤作燃料的磁流體發(fā)電裝置方面也取得成就，MarkV曾作為電弧風(fēng)洞的電源投入使用。日本一座場強為5萬高斯（即5特斯拉）超導(dǎo)磁場的磁流體發(fā)電裝置已投入運轉(zhuǎn)。我國于上世紀(jì)60年代初期開始研究磁流體發(fā)電，先后在北京、上海、南京等地建成了試驗基地。根據(jù)我國煤炭資源豐富的特點，我國將重點研究燃煤磁流體發(fā)電，并將它作為“863”計劃中能源領(lǐng)域的兩個研究主題之一，爭取在短時間內(nèi)趕上世界先進(jìn)水平。

以液態(tài)金屬作為工質(zhì)的閉式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置，由于沒有轉(zhuǎn)動部件雙，比較牢固，而且能夠發(fā)出交流電，故一般將它作為空間動力的備用裝置進(jìn)行研究。近年來，美國、蘇聯(lián)、以色列還把這種磁流體發(fā)電與太陽能源結(jié)含起來進(jìn)行研究。以裂變反應(yīng)堆為熱源、采用非平衡電離效應(yīng)的閉式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置的研究工作尚未取得重大突破。這是因為有磁場時，非平衡電離的實驗結(jié)果同理論預(yù)計相差較遠(yuǎn)。此外，由于電導(dǎo)率隨等離子體密度的增加而下降，所以要求工質(zhì)處于低氣壓狀態(tài)，而這一要求同反應(yīng)堆的合理設(shè)計有矛盾。近年來的研究表明，當(dāng)?shù)入x子體密度足夠高時，粒子的平均動能已不再比粒子間的相互作用能大很多，等離子體變成非理想的。這時等離子體的電導(dǎo)率隨密度增大而上升，接近金屬的電導(dǎo)率。這一性質(zhì)對磁流體發(fā)電以及作為反應(yīng)堆中攜帶熱量的工質(zhì)都是十分有利的。

隨著受控?zé)岷朔磻?yīng)研究的進(jìn)展，聚變反應(yīng)雄-磁流體發(fā)電裝置有可能成為21世紀(jì)中央電站的主要形式。

等離子體橫越磁場流動的穩(wěn)定性問題是磁流體發(fā)電裝置研究的主要問題之一。在低氣壓閉式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置中，由于工質(zhì)處于非平衡狀態(tài)，出現(xiàn)的不穩(wěn)定性較多。除了在等離子體中經(jīng)常出現(xiàn)的由于局部溫度提高而引起電流集中、溫度反復(fù)上升和電子急劇加速的過熱不穩(wěn)定性和離子聲波不穩(wěn)定性以外，電離不穩(wěn)定性成為重點研究對象。電離不穩(wěn)定性出現(xiàn)后，荷電粒子的密度、電流和電場都隨空間和時間而迅速變化，從而降低有效電導(dǎo)率，使發(fā)電裝置的性能明顯惡化。有人提出用交替改變平均電流方向（其周期比不穩(wěn)定發(fā)展的特征時間，即振幅增長e倍所需的時間更短）來抑制電離不穩(wěn)定性的方法。在開式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置中，等離子體是處于局部熱力學(xué)平衡的，不產(chǎn)生電離不穩(wěn)定性，其他不穩(wěn)定性也不明顯。徂在大型工業(yè)裝置中，等離子體與磁場的相互作用較強，不穩(wěn)定性也可能出現(xiàn)。

設(shè)計通道起初大多采用一維流動模型，隨著發(fā)電裝置功率的增大，需要對通道進(jìn)行細(xì)致的理論研究。超聲速發(fā)電通道的理論和實驗是當(dāng)前重點研究的項目之一。制造能長時間有效工作的通道和電極材料是當(dāng)前主要技術(shù)困難的所在，而制造能提供高場強的超導(dǎo)磁體是磁流體發(fā)電裝置能否進(jìn)入實用階段的關(guān)鍵問題。

磁流體發(fā)電技術(shù)是一種新型的高效發(fā)電方式，由于無需經(jīng)過機械轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以也稱之為直接發(fā)電，燃料利用效率顯著提高，用燃料（石油、天然氣、煤、核能等）直接加熱工作介質(zhì)，使之在高溫下電離成導(dǎo)電的離子流，然后讓其在磁場中高速流動。離子流中的正負(fù)離子分別在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，到達(dá)相應(yīng)電極并將自身所帶的電荷傳遞給電極，即達(dá)成了發(fā)電的目的。這種技術(shù)也稱為等離子體發(fā)電，是一種將工作介質(zhì)的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能的先進(jìn)技術(shù)。

本技術(shù)難點在于需要含鉀、銫等微量堿金屬的惰性氣體（如氦、氬等）作為工質(zhì)，所以如何大規(guī)模生產(chǎn)成本可接受的氣體為一難關(guān)；另一方面，磁流體高溫陶瓷通道需長期在高達(dá)2000-3000K的溫度下工作，而電極長期在高溫惰性氣體下工作也容易被腐蝕，因而材料加工技術(shù)為另一大難關(guān)。

磁流體發(fā)電機發(fā)電技術(shù)

燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)就是磁流體發(fā)電的典型應(yīng)用。燃燒煤得到的2.6×10^6℃以上的高溫等離子氣體以高速流過強磁場時，氣體中的帶電粒子在洛倫茲力（一種由磁場對在其中運動的帶電粒子產(chǎn)生的力）的作用下流向電極，發(fā)出直流電，經(jīng)直流逆變成為交流電送入交流電網(wǎng)。

磁流體發(fā)電本身的效率僅20%左右，但由于其排煙溫度很高，從磁流體發(fā)電機排出的氣體可送往一般鍋爐繼續(xù)燃燒成蒸汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電，組成高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總的熱效率可達(dá)50%～60%，是正在開發(fā)中的高效發(fā)電技術(shù)中最高的。同樣，它可有效地脫硫，有效地控制NOx的產(chǎn)生，也是一種低污染的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。

磁流體發(fā)電機發(fā)電流程

在磁流體發(fā)電技術(shù)中，高溫陶瓷不僅關(guān)系到在2000～3000K磁流體溫度能否正常工作，且涉及通道的壽命，亦即燃煤磁流體發(fā)電系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵，高溫陶瓷的耐受溫度最高已可達(dá)到3090K。

磁流體發(fā)電聯(lián)合循環(huán)比一般的火力發(fā)電效率高得多，但在相當(dāng)長一段時間內(nèi)它的研制進(jìn)展不快，其原因在于伴隨它的優(yōu)點而產(chǎn)生了一大堆技術(shù)難題。磁流體發(fā)電機中，運行的是溫度在三、四千度的導(dǎo)電流體（注：此處導(dǎo)電流體的溫度與前文（“磁流體發(fā)電”條目下的第二段，“發(fā)電技術(shù)”與“發(fā)電流程”條目下的第一段）矛盾，望有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行考證后對其加以修改），它們是高溫下電離的氣體。電離了的氣體導(dǎo)電性能還不夠，為進(jìn)行有效的電力生產(chǎn)，還要在其中加入鉀、銫等金屬離子，以提高其導(dǎo)電性能。但是，當(dāng)這種含有金屬離子的氣流，高速通過強磁場中的發(fā)電通道，達(dá)到電極時，電極也隨之遭到腐蝕。電極的迅速腐蝕是磁流體發(fā)電機面臨的最大難題。另外，磁流體發(fā)電機需要一個強大的磁場，人們都認(rèn)為，真正用于生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)電機必須使用超導(dǎo)磁體來產(chǎn)生高強度的磁場，這當(dāng)然也帶來技術(shù)和設(shè)備上的難題。最近幾年，科學(xué)家在導(dǎo)電流體的選用上有了新的進(jìn)展，發(fā)明了用低熔點的金屬（如鈉、鉀等）作導(dǎo)電流體，在液態(tài)金屬中加進(jìn)易揮發(fā)的流體（如甲苯、乙烷等）來推動液態(tài)金屬的流動，巧妙地避開了工程技術(shù)上一些難題，制造電極的材料和燃料的研制方面也有了新進(jìn)展。但想一下子省錢省力地解決磁流體發(fā)電中技術(shù)、材料等方面的所有難題是不現(xiàn)實的。隨著新的導(dǎo)電流體的應(yīng)用，技術(shù)難題逐步解決，磁流體發(fā)電的前景還是樂觀的。在美國，磁流體發(fā)電機的容量已超過32000千瓦；日本、德國、波蘭等許多國家都在研制碘流體發(fā)電機。我國也已研制出幾臺不同形式的磁流體發(fā)電機。

磁流體發(fā)電機基本原理

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，用導(dǎo)電流體（氣體或液體）與磁場相對運動而發(fā)電。

導(dǎo)電流體在通道中橫越磁場B流過時，由于電磁感應(yīng)而在垂直于磁場和流速的方向上感生出一個電場E，如把導(dǎo)電流體與外負(fù)載相接，導(dǎo)電流體中的能量就可直接轉(zhuǎn)換成電能，向外輸出（圖1）。這樣能省去普通發(fā)電機組中某些能量轉(zhuǎn)換的中間過程，因此這種發(fā)電又稱磁流體直接發(fā)電，在這種發(fā)電裝置中主要部件是發(fā)電通道、電極和磁場。

圖1 磁流體發(fā)電裝置示意圖

裝置類型 按照電流由導(dǎo)電流體中引出的方式，發(fā) 電裝置可分為傳導(dǎo)式和感應(yīng)式兩種。在傳導(dǎo)式發(fā)電器中，電流是通過發(fā)電通道兩側(cè)的電極引出的；在感應(yīng)式發(fā)電器中，沒有電極，電流直接由磁場繞組輸出。按照輸出 電流的類別，發(fā)電裝置可分為交流和直流兩種。根據(jù)工作介質(zhì)在裝置中是一次使用還是在系統(tǒng)中循環(huán)使用,發(fā)電裝置可分為開式和閉式兩種。根據(jù)發(fā)電通道幾何形狀的不同，發(fā)電裝置可分為直線型、渦旋型和徑向外流型等幾種。下面介紹兩種裝置：

①開式循環(huán)直線型磁流體發(fā)電裝置這種發(fā)電裝置中的工作介質(zhì)是溫度2500~3500開的高溫電離氣體，即等離子體。在連續(xù)電極的直線型發(fā)電裝置中（圖2a),如果平均電子碰撞頻率比電子在磁場中的回旋頻率大得多，則當(dāng)?shù)入x子體橫越磁場時，就感生出一個同磁場和流速相垂直的電場，但當(dāng)?shù)入x子體密度較低，電子在磁場中的回旋頻率相當(dāng)于或甚至大于平均電子碰撞頻率時，電子在磁場中就沿曲線運動。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)，由此產(chǎn)生的垂直于電場的電流稱為霍耳電流。電子回旋頻率ω與平均電子碰撞頻率1/t之比ωt稱為霍耳系數(shù)，它表征霍耳效應(yīng)的大小，在物理意義上相當(dāng)于存在磁場時一個電子在兩次碰撞間轉(zhuǎn)過的弧度，也相當(dāng)于沿等離子體流動方向的霍耳電流與平行于電場方向的電流之比。在連續(xù)電極發(fā)電裝置中，由于出現(xiàn)霍耳電流（損耗電流），平行于電場的電流要降低為原值的。為了減小霍耳電流，通常采用分段電極（圖2b），也可直接利用霍耳電流來代替平行于電場的電流，從而成為霍耳發(fā)電裝置（圖2c）。近年來又在此基礎(chǔ)上發(fā)展出斜框式通道的發(fā)電裝置。使用開式循環(huán)磁流體發(fā)電裝置可減少環(huán)境污染，特別對含硫較高的礦物燃料，由于在燃燒室中“種子” 碳酸鉀幾乎完全離解，在發(fā)電裝置的通道下游，通過化學(xué)反應(yīng)復(fù)合成硫酸鉀，從而顯著降低二氧化硫的排放量。

磁流體發(fā)電機制造中的主要問題是霍爾效應(yīng)，只有10%。通道和電極的材料都要求耐高溫、耐堿腐蝕、耐化學(xué)燒蝕等，所用材料的壽命都比較短，因而磁流體發(fā)電機不能長時間運行 。