(MHD-generator), machine waarmee thermische energie (warmte) rechtstreeks omgezet kan worden in elektrische energie. De thermische energie is afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen.
Het verbrandingsgas kan rechtstreeks door het MHDkanaal worden gestuurd (open systeem); ook kan de warmte via een warmtewisselaar worden overgedragen aan een edelgas dat vervolgens door het kanaal stroomt en weer terug naar de warmtewisselaar wordt gepompt (gesloten systeem). Potentieel is de M H D -generator in staat het huidige rendement van elektrische centrales aanzienlijk te verbeteren. Door het hoge rendement wordt de thermische verontreiniging (ten gevolge van het lozen van koelwater) verminderd.Een open systeem MHD-generator werkt volgens het volgende principe (afb. 1): de fossiele brandstoffen aardgas, petroleum of kolen worden verbrand met behulp van met zuurstof verrijkte of voorverwarmde lucht. Op deze manier worden temperaturen van ca, 2500 °C bereikt. Omdat de verbrandingsgassen bij die temperatuur nog niet voldoende geleidingsvermogen hebben om een plasma te vormen, wordt een gemakkelijk te ioniseren stof, b.v. een kaliumzout, toegevoegd. Het zo gevormde plasma stroomt door het MHD-kanaal waar rechtstreeks elektrische energie wordt gegenereerd. Wanneer het plasma het MHD-kanaal verlaat heeft het nog een temperatuur van ca. 1700 °C. Via een warmtewisselaar wordt dan energie aan het plasma onttrokken en aan een conventionele stoomcyclus toegevoegd.
Het kalium wordt uit de verbrandingsgassen gehaald voordat deze door de schoorsteen worden afgevoerd. Berekeningen tonen aan dat op deze manier in grote centrales rendementen van 55 % te realiseren zijn, terwijl in de huidige centrales slechts rendementen van ca. 37 % bereikt worden. In de USSR is een grote MHD-proefcentrale, de U-25, met een vermogen van 25 MW operationeel. In de VS, Polen, India, China en Japan worden experimenten met generatoren die volgens het open systeem werken, uitgevoerd. In de USSR is recent de eerste commerciële MHD-stoomcentrale in aanbouw genomen. De centrale wordt gebouwd in Rjazan, nabij Moskou, en zal een vermogen van 500 MW krijgen.
In gesloten systemen (afb. 2) worden edelgassen, b.v. argon, als medium gebruikt. Het hete argon wordt verkregen door fossiele brandstoffen te verbranden bij 1750 °C en de warmte via een warmtewisselaar aan het argon toe te voeren. De temperatuur van het argon, waaraan cesium wordt toegevoegd, bedraagt 1700 °C. Het edelgas stroomt door het M H D -kanaal waar rechtstreeks elektrische energie wordt geproduceerd. Aan het einde van het M H D -kanaal bedraagt de temperatuur nog 1000 °C, waarbij nog energie aan het medium kan worden onttrokken via een conventionele cyclus. Uiteindelijk wordt het argon met een compressor teruggepompt naar de warmtewisselaar.
De gesloten systemen bevinden zich nog in de onderzoekfase. Aan de Technische Hogeschool te Eindhoven is in dec. 1980 de grootste proefinstallatie in de wereld op het gebied van gesloten MHD-systemen in bedrijf gesteld (afb. 4). Door de kleine werkzame doorsnede voor de elektron-argon-botsingen kan er een tweetemperaturenplasma ontstaan waarbij de elektronentemperatuur (2700 °C) belangrijk hoger kan zijn dan de gastemperatuur (1700 °C). Door de verhoogde elektronentemperatuur is het elektrische geleidingsvermogen van het edelgas-plasma reeds bij 1700 °C voldoende hoog om een efficiënt MHD conversie-proces te laten plaatsvinden. De zgn. blow-down-installatie te Eindhoven werkt in principe als volgt (afb. 3). De warmtewisselaar wordt in 30 uur vanaf kamertemperatuur opgewarmd met behulp van een propaanbrander.
De temperatuur aan de bovenzijde van het aluminiumoxidebed is dan ca. 1780 °C en aan de onderzijde minder dan 730 °C. Als deze temperatuurverdeling tot stand is gekomen, wordt de warmtewisselaar geëvacueerd. Daarna wordt argongas door de warmtewisselaar gepompt met een tempo van 5 kg/s bij een druk van 7 bar. Het argon verlaat de warmtewisselaar en wordt daarna ingezaaid met cesium (in de vorm van een aërosol). Het argon-cesiumplasma stroomt via een lavalstraalpijp met een Mach-getal 1,6 het MHD-kanaal in. Na het passeren van het kanaal wordt in de blow-down-fase het plasma afgeremd (waarbij de druk herwonnen wordt) en het cesium uitgespoeld.
Het argon wordt op de atmosfeer geloosd (wat bij een commerciële installatie uiteraard niet zou gebeuren). Het magneetveld voor de M H D generator wordt geleverd door een cryogene magneet. Deze met vloeibare stikstof gekoelde koperen spoel kan gedurende 10 s een magneetveld van 5 tesla leveren.
Ter bevordering van de verdere ontwikkeling van de MHD-energieconversie in Nederland is in mrt. 1978 een overeenkomst van samenwerking gesloten tussen het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN), het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR), de Verenigde Machinefabrieken Stork NV (VMF), Holec en de TH Eindhoven. Een van de taken van een door de genoemde partijen ingestelde stuurgroep is het onderzoeken van de mogelijkheden tot internationale samenwerking op MHD-gebied en het voorbereiden van deze samenwerking. Een formele samenwerking werd in 1979 gerealiseerd. Een contract is gesloten op regeringsniveau tussen de VS en Nederland ter bevordering van de verdere ontwikkeling van MHD. Amerikaanse apparatuur zal in 1981 worden beproefd in de Eindhovense installatie. Verder komt er kennis op dit gebied van ontwikkeling vanuit Amerika ter beschikking van de Ned. industrie.
Verder wordt onder coördinatie van de stuurgroep een studie gemaakt over een 1200 MW kolengestookte MHDstoomcentrale. De resultaten van deze studie zullen worden vergeleken met resultaten van studies van andere voorschakelsystemen.
Veel onderzoek en ontwikkelingswerk zal nodig zijn alvorens elektrische energie-opwekking op grote schaal via het MHD-principe zal plaatsvinden. Het totale systeem dient daartoe een hoog totaal conversierendement te garanderen, betrouwbaar te zijn en economisch met andere systemen te concurreren. De M H D-programma’s in de VS en de USSR zijn erop gericht de eerste complete gecombineerde MHD -stoomcentrales in de jaren tachtig in bedrijf te stellen. Een model van een commerciële centrale gebaseerd op de Eindhovense proefinstallatie is in detail uitgewerkt door General Electric. De experimenten die nu in Eindhoven en in de VS bij General Electric worden gedaan zullen antwoord geven op de vraag of ook commerciële MHD-stoomcentrales, gebaseerd op het gesloten systeem, kunnen worden ontwikkeld.
