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1. 개요
자기유체역학 발전
Magnetohydrodynamic[1] Power Generation
열에너지나 운동 에너지를 바로 전류로 변환시켜 주는 꿈의 발전기를 사용한 발전으로 자기유체역학 발전이라고 한다. 자기장의 수직적인 방향으로 전기 전도성 유체(플라즈마, 액체 금속 등)을 보내, 이로 인해 전자기 유도에 의하여 일어나는 전력을 이용한 발전이다. 아직도 연구개발이 이뤄지고 있다.
연구개발이 되고 있긴 한데, 실제 효율은 물을 끓여 발생한 증기의 상승으로 회전하는 터빈으로부터 발전을 하는 화력, 원자력 발전소들이 그냥 넘겨버리는 수치인 약 20%밖에 안 돼 비효율적이다.[2] 그러나 터빈을 돌리기 위해 생성하는 초고온의 배기가스와 이 MHD를 결합하면.... 열효율 52%를 넘게 찍는 괴물 발전소가 탄생한다! 이로 인해서, 이 둘을 결합한 최강 화력발전소 연구가 진행 중이다.
이렇게 주목하는 이유는 일반적인 터빈 발전의 효율을 40%가 한계라고 잡기 때문이며, 이는 터빈의 소재의 한계가 원인이다. 열팽창 터빈 발전은 뜨거워진 유체가 이동하는 힘으로 터빈을 돌리는 구조라 그 뜨거운 유체의 온도를 올리면 올릴수록 더 빠르게 팽창하여 효율이 좋아지지만, 너무 뜨거우면 터빈의 소재가 녹아버리므로 그 한계를 40% 정도로 추정하는 것이다.[3]
그런데 MHD는 그러한 제한이 적고 반대로 유체가 이온화되어 있어야 하는 전제조건 때문에 화력발전소보다 더 높은 수천도 수준의 온도가 요구된다. 그러니까 화력 발전을 하고 남은 잔열로 MHD 발전을 하는 게 아니라, 원래보다 더 높은 온도를 발생시켜 MHD 발전을 한 다음, 그 잔열로 화력 발전을 하는 식이다. 또한 여기에도 기술적으로 어려운 점이 있는데, 유체를 이온화시키기 위한 수천도의 온도까지 가열시키고 MHD 발전에 사용하면 열 에너지가 전기 에너지로 전환돼 어느 정도는 온도가 내려가지만 여전히 발전기 터빈을 녹여버리기에는 충분할 정도로 뜨거운 상태이다. 그러므로 더 열을 식히거나 터빈 소재의 내열성을 강화시킨 것으로 바꿀 필요가 있으며, 여기에서 또 한 번 에너지 손실이 발생하므로 효율이 얼마가 된다는 계산은 별로 의미가 없고 단순히 이론상 기존보다 더 높일 수도 있는 정도이다.
원자력 발전 역시 원자로의 열에너지로 물을 끓여 발생한 증기로 터빈을 돌려서 발전을 하므로 이론상으로는 MHD를 결합시킬 수 있는데, 핵분열 반응을 이용하는 핵분열 발전보다는 핵융합 반응을 이용하는 핵융합 발전에 MHD를 결합하는 쪽이 주로 연구 대상이 되고 있다. 이는 터빈을 끈 상태에서도 핵융합로만으로 직접발전을 하게 될 수 있기 때문이라는 듯. 물론 핵융합 발전의 경우에도 당연히 MHD를 이용한 직접발전만으로는 효율이 매우 떨어지므로 열에너지를 이용해 터빈을 같이 돌려야만 제대로 효율이 나온다. 무중성자 핵융합 발전의 경우 하전입자(양성자, 알파 입자 등)를 잔뜩 포함한 고에너지 플라즈마가 발생하므로 터빈 없이 MHD만 사용해도 기존 터빈 발전보다 높은 효율이 가능하다.
1.1. MHD 추진
전자기학에선 발전기와 전동기의 구조가 거의 동일하고, 회전기를 서로 반대 방향으로 동작시키면 발전기가 전동기, 전동기가 발전기가 되는 역반응이 일어나는 것과 마찬가지로 MHD 발전기 역시 유체의 흐름을 전기로 만드는 것이 아니라 반대로 전기를 가해서 유체의 흐름을 일으키는 MHD 추진이 가능하다.특히 이온화가 손쉬운 바닷물 등의 환경에서 유리하므로 차세대 조선기술에 적용키 위해 많은 연구가 진행되고 있으며, 터빈 같이 날개가 달린 프로펠러를 이용하지 않고도 추진이 가능하기에 소음을 크게 줄일 수 있어 은밀성이 중요해 저소음이 중시되는 잠수함이나 어뢰 등의 추진 시스템으로 적극적으로 연구되고 있다. 다만 이 경우 환경의 영향과 감전이 문제로 제기된다.
2. 대중매체
MHD 발전과 MHD 추진 두 가지 모두 나오며, 미래형 잠수함의 추진시스템으로 등장하곤 한다.기동전사 건담 SEED에서 등장하는 프리덤 건담이 핵분열 발전과 MHD 발전을 합쳐서 가동된다. 사실상 에너지에 구애받지 않고 미쳐 날뛴다.
커맨드 앤 컨커: 레드 얼럿 2의 소련군 기본 발전소인 테슬라 발전소의 설정이 MHD 발전이다. 설정상 MHD 발전으로 가정, 공장 등의 발전을 벌써 쌈싸먹은 지 오래고 그걸 전장용으로 개조시킨 발전소라고 한다. 근데 어째 기술적으로 훨씬 구시대의 유물이어야 할 핵 발전소가 효율은 더 좋다(...). 위에서도 설명하였지만 MHD 발전은 핵발전소와 조합해서 사용할 때 더 유리하다.
배틀테크의 핵융합 엔진은 MHD 발전으로 전력을 공급한다.
영화 붉은 10월에서 타이푼급 잠수함 붉은 10월의 보조추진장치가 MHD 추진기다. 소설판에서는 워터제트 추진으로 나온다.
에이스 컴뱃 6의 최종보스이자 거대한 레일건인 샹들리에의 발전 방식이 설정상으로는 MHD 발전이다.
청의 6호에서 주역 잠수함 6호의 추진방식이 MHD 추진이다.
[1] 줄임말로 MHD, 또는 Magneto fluid dynamics, Hydromagnetics로 부른다.[2] 가장 대표적인 발전 방식인 화력 발전소의 경우 40% 찍기는 식은죽 먹기다. 이 화력보다 우월하게 많은 전력을 생산해내는 원자력 발전의 경우에도 효율은 비슷해서, 특정 원자로가 아닌 보통의 경수로의 열 효율은 34% 정도이며, 그 이유는 모두 효율 좋은 터빈을 통해 발전하기 때문이다.[3] 단, 원자력처럼 열원의 온도를 더 높일 때 지장이 적은 방식에 한정한 이야기로 화석연료 연소 같은 과정에서는 더 높은 온도로 연소되도록 만드는 것 때문에 효율이 감소한다.