W 2023 r. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie realizuje zadania należące do 2 pakietów roboczych projektu EUROfusion: Work Package Magnet System (WPMAG) oraz Work Package Balance of Plant (WPBOP).
TYTUŁ PROJEKTU
Udział ZUT we Wspólnym Europejskim Programie Wspólnoty EURATOM powołanym rozporządzeniem Rady UE nr 2021/765 z dnia 10 maja 2021 uzupełniającym program Horyzont Europa (akronim: EUROfusion_WPUT_2023)
OPIS PROJEKTU
Wspólny Europejski Program Wspólnoty EURATOM, uzupełniający program HORYZONT EUROPA, w swej części EURATOM-FUSION ma na celu umożliwienie pozyskiwania energii elektrycznej z wykorzystaniem syntezy (czyli fuzji) termojądrowej lekkich jąder atomowych. Działania te są prowadzone w ramach Kontraktu Badawczego zawartego pomiędzy Komisją Europejską i Konsorcjum EUROfusion. W Cadarache we Francji, w ramach międzynarodowej współpracy, budowany jest tokamak ITER - reaktor eksperymentalny, który będzie decydującym krokiem w kierunku zademonstrowania możliwości uzyskiwania użytecznej energii z fuzji termojądrowej (po raz pierwszy w historii ilość energii wyzwolonej z reakcji fuzji jądrowej ma przekroczyć nakład energetyczny niezbędny do zainicjowania tej reakcji). Kolejnym etapem ma być budowa pierwszej na świecie prototypowej elektrowni termojądrowej o mocy rzędu kilkuset MW, której centralną częścią będzie tokamak DEMO, dla którego rozpoczęły się już prace projektowe.
Informacja o zadaniach WPMAG
Gorąca plama w reaktorze fuzji jądrowej utrzymywana jest w polu magnetycznym wytworzonym przez układ elektromagnesów o konfiguracji specyficznej dla danego reaktora. W obecnie budowanych lub projektowanych tokamakach (m.in. ITER i DEMO) wykorzystywane będą elektromagnesy nadprzewodzące pracujące w temperaturach kriogenicznych. Zadania z pakietu WPMAG realizowane w 2023 r. przez zespół ZUT stanowią element prac nad projektem cewek CS (centralnego solenoidu) i PF (wytwarzających pole magnetyczne o symetrii biegunowej) dla tokamaka DEMO, a także badań eksperymentalnych procesu utraty stanu nadprzewodzenia (ang. quench) w kablach wykonanych z nadprzewodników wysokotemperaturowych (HTS). Badania polegają na:
- prowadzeniu szczegółowych analiz cieplno-przepływowych, mających na celu sprawdzenie czy koncepcja kabla HTS typu CORC zaprojektowanego dla pierwszej warstwy cewki CS reaktora DEMO spełnia przyjęte kryteria akceptacji,
- prowadzeniu pomiarów współczynnika oporu hydraulicznego w kanałach o geometrii podobnej do kanałów chłodzących w kablach zaprojektowanych dla cewek PF,
- analizie i interpretacji wyników badań eksperymentalnych zjawiska quench’u w kablach HTS przeprowadzonych w 2021 r. przez współpracujący zespół EPFL-SPC (PSI Villigen, Szwajcaria).
Informacja o zadaniach WPBOP
Podstawowym zadaniem reaktora DEMO ma być produkcja sieciowej energii elektrycznej poprzez przetworzenie energii cieplnej pochodzącej z reaktora fuzji jądrowej. Kluczową sprawą będzie przy tym osiągnięcie jak najwyższej sprawności konwersji energii w pierwotnym (instalacja w płaszczu reaktora) i wtórnym (siłownia turbo-parowa) obiegu cieplnym przy uwzględnieniu ograniczeń wynikających z charakterystyki rożnych źródeł ciepła w tokamaku oraz właściwości materiałów konstrukcyjnych płaszcza reaktora. Analizy przeprowadzone w latach 2014-2020 wykazały, że ze względu na impulsowy tryb pracy tokamaka, zachodzi potrzeba zastosowania systemu magazynowania energii cieplnej (Energy Storage System, ESS) w celu zminimalizowania wpływu efektów niestacjonarnych i zmniejszenia cyklicznych obciążeń głównych elementów systemu. Różne warianty płaszcza reaktora, warianty obiegu i scenariusze pracy siłowni oraz szczegółowe rozwiązania techniczne, a także ich koszt są analizowane przez międzynarodowe zespoły badawcze przy bezpośredniej współpracy z przemysłem. Zadania WPBOP realizowane przez zespół ZUT w 2023 r. polegają na stworzeniu, za pomocą programu GateCycle, modelu siłowni turbo-parowej dla reaktora DEMO (wariant WCLL BB direct coupling with small ESS) zgodnego z uaktualnionym projektem, a następnie przeprowadzeniu symulacji jej pracy podczas zapłonu plazmy oraz podczas przerwy między kolejnymi zapłonami, dla dwóch spośród rozważanych scenariuszy pracy („max of max”, w którym wszystkie źródła ciepła w reaktorze dostarczają maksymalną przewidywaną moc cieplną, oraz „A1-2”, w którym moc cieplna uwalniana w płaszczu reaktora jest minimalna, zaś moc cieplna dywertora jest maksymalna).
CEL PROJEKTU
Celem zadań WPMAG jest sprawdzanie, przez prowadzenie symulacji numerycznych, czy koncepcje kabli nadprzewodnikowych, zaprojektowanych przez współpracujące zespoły zagraniczne dla cewek reaktora DEMO, w zadanych warunkach chłodzenia spełniają założone kryteria akceptacji, a także weryfikacja dokładności korelacji i modeli o różnym stopniu złożoności, które używane są w prowadzonych symulacjach. Ogólnym celem zadań WPBOP jest sprawdzenie potencjalnej możliwości bezpiecznej pracy różnych wariantów siłowni turbo-parowej dla reaktora DEMO, zarówno w warunkach nominalnych (podczas zapłonu plazmy), jak i podczas przerwy pomiędzy kolejnymi zapłonami.
FINANSOWANIE
Dofinansowanie ze środków zagranicznych: 52 214 zł
Dofinansowanie z Budżetu Państwa (MEiN, program Projekty Międzynarodowe Współfinansowane): 79 062 zł
Całkowita wartość projektu: 140 152 zł
Data podpisania umowy z MEiN o współfinansowanie projektu: 28.11.2023
KIEROWNIK PROJEKTU
dr hab. inż. Monika Lewandowska, prof. ZUT
tel. 91 449 4135
e-mail: monika.lewandowska@zut.edu.pl
