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可控核聚變還是燒開水來發電嗎,什么原理?

錢多多2年前29瀏覽0評論

就目前廣泛使用的發電方式而言,“燒熱水”是最為成熟,也最有效率的一種方式,就火電廠而言“燒熱水”的熱能轉化率甚至可以達到70%,當然這里的熱能并不是全部用于發電,推動蒸汽輪機后的廢熱氣可以用于供暖的其他方式再利用,實際用于發電的效率大概在40%左右。

但是不要小瞧“燒熱水”

對于目前的核電站,多數是二代的壓水堆,它的大體結構如圖

裂變堆芯其實就像一根根鉛筆立在反應堆中心,反應產生的熱量用于加熱一回路系統中的水(約15MPa,320度左右),這些高溫高壓的熱水再去加熱二回路中的水從而獲得蒸汽,之后經過氣液分離后推動汽輪機發電,而完成使命的蒸汽再經過冷凝變成普通的熱水,通常被排向大海。

而一回路中的水則是一個閉環流程,它是通過管壁對二回路水進行加熱的,而后通過冷凝繼續返回堆芯重新加熱,完成循環。

由于裂變反應的連續性,所以燒熱水的方式的閉環循環的,而對于煤電而言,燒的熱水甚至能達到27MPa,600攝氏度。

所以說燒熱水并不是簡單的燒鍋爐,更不是“瓦特”時代的產物,其中的技術含量也是有目共睹的。

但對于核聚變發電而言,還有另一條其專屬的發電道路,磁流體發電技術

這種技術聽起來好像很高級,其實別不新鮮,早在上世紀80年代這項技術便被納入863計劃重點研發項目了,只是由于燃氣-蒸汽輪機聯合循環技術更勝一籌,因而磁流體發電技術才逐漸退出了主流研發領域。

磁流體發電,是將高溫等離子體(需要幾千度的高溫)極速噴射到磁場中,利用導電流體切割磁場進而產生電流的一種發電方式。其實它使用的是簡單的洛倫茲原理,其難點主要在于這種發電方式的原材料是2000度以上的等離子體,無論使用何種手段獲得這種等離子體都會伴隨著極大的能量損耗,因此目前磁流體發電機的能量轉化效率僅有10%

但是對于核聚變反應來說,其反應生成的核廢料就是上億度的氦等離子體啊,根本無需其他手段就能直接投入磁流體發電機進行發電。

其中的難點將在于輸送如此高溫等離子體的通道的承受能力,但這種材料的要求顯然還沒有聚變反應壁材料的要求高呢。而用這上億度的高溫去燒熱水,似乎才是浪費呢!

當然無論是磁流體發電機還是聚變堆的真正使用都還距離遙遠,具體使用何種手段發電還要看未來的科技發展,也許到時候會有更加有效的發電手段呢。

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