W 2024 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_2024)
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 zadaniu Testy hydrauliczne (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. Zadanie z pakietu WPMAG realizowane w 2024 r. przez zespół ZUT stanowi element prac nad projektem cewek PF (wytwarzających pole magnetyczne o symetrii biegunowej) dla tokamaka DEMO. Prowadzone badania polegają na wytworzeniu metodą druku 3D próbek o dwóch próbek o geometriach identycznych jak centralne kanały chłodzące w kablach zaprojektowanych dla cewek PF4 i PF6 reaktora DEMO przez zespół CEA Cadarache (Francja) i przeprowadzeniu pomiarów oporu hydraulicznego tych próbek przy użyciu wody zdemineralizowanej o różnych temperaturach.
Informacja o zadaniu Analiza obiegu siłowni turboparowej dla reaktora DEMO przy użyciu programu GateCycle (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. W 2023 r. nasz zespół opracował, za pomocą programu GateCycle, model zmodyfikowanej konfiguracji siłowni dla reaktora DEMO dla wariantu „WCLL BB direct with small ESS”. W modelu tym wszystkie urządzenia zostały zwymiarowane dla scenariusza "maksimum z maksimum", w którym moc wszystkich reaktorowych źródeł ciepła ma maksymalną możliwą wartość. Sprawdzono również, że możliwa jest praca tej siłowni zgodnie ze scenariuszem A1-2, charakteryzującym się minimalną mocą cieplną płaszcza reaktora i maksymalną mocą cieplną dywertora. Korzystając z modelu opracowanego w 2023 r., w 2024 r. przeprowadzono symulacji (w trybie „off design”) następnych przypadków pracy siłowni, odpowiadających fazie zapłonu plazmy (ang. pulse) oraz fazie przerwy pomiędzy kolejnymi zapłonami (ang. dwell) dla scenariusza A2-1, charakteryzującego się maksymalną mocą cieplną płaszcza i minimalną mocą cieplną dywertora. Rozważane są 2 przypadki, w których moc cieplna reaktora wynosi 2 GW lub 1.9 GW.
CEL PROJEKTU
Ogólnym 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 doświadczalna dokładności korelacji i modeli o różnym stopniu złożoności, które używane są w prowadzonych symulacjach. Szczegółowym celem zadania realizowanego w 2024 roku jest weryfikacja doświadczalna dokładności korelacji dla współczynnika oporu hydraulicznego, które używane są w prowadzonych symulacjach numerycznych, a w szczególności uzyskanie eksperymentalnych korelacji dla współczynnika oporu hydraulicznego w kanałach chłodzących cewek PF4 i PF6 zaprojektowanych dla tokamaka DEMO przez zespół CEA Cadarache. 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. Szczegółowym celem zadania realizowanego w 2024 roku jest sprawdzenie potencjalnej możliwości bezpiecznej pracy siłowni dla reaktora DEMO (wariant „WCLL BB Direct with small ESS”) zgodnie ze scenariuszem A2-1. (dla mocy cieplnej reaktora 2 GW i 1.9 GW).
FINANSOWANIE
Dofinansowanie ze środków zagranicznych: 43 625 zł
Dofinansowanie z Budżetu Państwa (MEiN, program Projekty Międzynarodowe Współfinansowane): 75 002 zł
Całkowita wartość projektu: 126 962 zł
Data podpisania umowy z MEiN o współfinansowanie projektu: 08.12.2024
KIEROWNIK PROJEKTU
dr hab. inż. Monika Lewandowska, prof. ZUT
tel. 91 449 4135
e-mail: monika.lewandowska@zut.edu.pl
