Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

Может быть, еще более важно, что сверхпроводящие линии электропередачи не будут

нуждаться в дорогостоящих устройствах компенсации реактивной мощности. Обычные

линии требуют установки токовых реакторов, мощных конденсаторов, чтобы

нивелировать чрезмерные потери напряжения вдоль трассы, а линии на

сверхпроводниках в состоянии себя самокомпенсировать!

Сверхпроводники оказались незаменимыми и в электрических машинах, принцип

действия которых предельно прост, но которых никогда раньше не строили, ибо для

их работы нужны очень сильные магниты. Речь идет о магнитогидродинамических

(МГД) машинах, осуществить которые Фарадей пытался еще в 1831 г.

Идея опыта проста. В воду Темзы на ее противоположных берегах погружали две

металлические пластинки. Если скорость реки 0,2 м/с, то, уподобив струи воды

проводникам, движущимся с запада на восток в магнитном поле Земли (его

вертикальная составляющая примерно равна 5·10-5 Тл), с электродов можно

снять напряжение примерно 10 мкВ/м.

К сожалению, этот опыт окончился неудачей, "генератор-река" не заработал.

Фарадей не смог замерить тока в цепи. Но через несколько лет лорд Кельвин

повторил опыт Фарадея и получил небольшой ток. Казалось бы, все осталось, как у

Фарадея: те же пластины, та же река, те же приборы. Разве что место не совсем

то. Кельвин построил свой генератор ниже по Темзе, там, где ее воды смешиваются

с соленой водой пролива.

Вот она разгадка! Вода ниже по течению была более соленой и, следовательно,

обладала большей проводимостью! Это было сразу же зарегистрировано приборами.

Увеличение проводимости "рабочего тела" — генеральный путь увеличения мощности

МГД-генераторов. Но увеличить мощность можно и другим способом — повышая

магнитное поле. Мощность МГД-генератора прямо пропорциональна квадрату

напряженности магнитного поля.

Мечты об МГД-генераторах получили реальную основу примерно в середине нашего

века вместе с появлением первых партий сверхпроводящих промышленных материалов

(ниобий-титан, ниобий-цирконий), из которых удалось сделать первые, еще

маленькие, но работающие модели генераторов, двигателей, токопроводов,

соленоидов. А в 1962 г. на симпозиуме в Ньюкасле англичане Вильсон и Роберт

предложили проект МГД-генератора на 20 МВт с полем 4 Тл. Если обмотку сделать из

медного провода, то при стоимости 0,6 мм/долл. джоулевы потери в ней "съедят" —

полезной мощности (15 МВт!). Зато на сверхпроводниках обмотка будет компактно

облегать рабочую камеру, потерь в ней не будет, а на охлаждение уйдет всего 100

кВт мощности. КПД возрастет с 25 до 99,5 %! Тут есть о чем задуматься.

МГД-генераторами занялись всерьез во многих странах, потому что в таких машинах

можно использовать плазму в 8…10 раз более горячую, чем пар в турбинах

тепловых электростанций, а при этом по известной формуле Карно КПД будет уже не

40, а все 60 %. Вот почему в ближайшие годы недалеко от Рязани заработает первый

промышленный МГД-генератор на 500 МВт.

Конечно, создать и экономично использовать такую станцию непросто: нелегко

разместить рядом поток плазмы (2500 К) и криостат с обмоткой в жидком гелии

(4…5 К), раскаленные электроды обгорают и зашлаковываются, из шлаков надо

выщелачивать те присадки, которые только что добавлялись в топливо для ионизации

плазмы, но ожидаемые выгоды должны окупить все трудозатраты.

Можно представить себе, как выглядит сверхпроводящая магнитная система МГД-

генератора. Две сверхпроводящие обмотки расположены по бокам канала с плазмой,

отделенного от обмоток многослойной тепловой изоляцией. Обмотки закреплены в

титановых кассетах, и между ними поставлены титановые распорки. Кстати сказать,

эти кассеты и распорки должны быть чрезвычайно прочными, так как

электродинамические силы в обмотках с током стремятся разорвать их и притянуть

друг к другу.

Поскольку в сверхпроводящей обмотке тепло не выделяется, рефрижератор, который

требуется для работы сверхпроводящей магнитной системы, должен отводить лишь то

тепло, которое поступает в криостат с жидким гелием через тепловую изоляцию и

токоподводы. Потери в токоподводах можно свести практически к нулю, если

использовать короткозамкнутые сверхпроводящие катушки, питаемые от

сверхпроводящего трансформатора постоянного тока.

Гелиевый ожижитель, который будет восполнять потери гелия, испаряющегося через