ИТЭР итоги 2020 года

Прошедший год, безусловно, сильно выделяется силе слома привычного течения вещей и по количеству внезапно возникших проблем. Особенно сильно эти проблемы могли бы проявиться для  большого индустриального проекта, раскинутого на 35 стран и зависящего от государственного финансирования. Тем не менее, можно сказать, что ИТЭР прошел пандемические ограничения и трудности с честью.

Будет много фото, по окончании сообщу

ИсточниК

Строительство, монтаж, производство, координация и связь участников из разных стран - все это быстро перестраивалось по мере изменения обстановки, и в итоге прогресс проекта в 2020 году вышел весьма впечатляющим. Везло проекту и с финансированием, так, главные отстающие - США, в 2020 финансовом нарастили вливания в проект даже выше своих прямых обязательств, покрывая накопленные за предыдущие годы долги. Все это привело к впечатляющему техническому прогрессу, в который мы и окунемся.

На конец 2020 года было сдано 16 из 18 зданий “пускового минимума 2025 года” и началось строительство 17 - здания управления, где будет находится “ЦУП” ИТЭР и ИТ инфраструктура. Тем не менее, надо отметить главное событие, произошедшее в 2020 году - завершение “здания токамака”.

8 января 2020 года - строители заканчивают металлоконструкции надстройки здания токамака и приступают к облицовке. Отставание от графика 2015 в итоге составило ~6 месяцев

Это здание - центр всего комплекса, самый тяжелый и сложный построенный объект. 120х90 метров в плане, 7 этажей в вертикали, ~300 тысяч тонн весом, ~250 млн евро стоимостью, сооружение которого заняло около 7 лет.

Декабрь 2013 - начало заливки пола нижнего подвального этажа комплекса зданий токамака.

Финальная металлоконструкция, накрывающая реакторный зал и предоставляющая путь для грандиозных мостовых кранов была собрана всего за полгода, и в феврале 2020 года началась разборка временной стенки между залом предварительной сборки и зданием токамака. 30 марта, за сутки до дедлайна спарка мостовых кранов грузоподьемностью 1500 тонн вошла в здание токамака, официально соединив его с соседом.
Надо отметить, что к зданию токамака плотно пристроены 2 крыла - диагностическое здание с юго-​запада и здание фабрики трития с северо-​востока. Первое было достроено еще в 2018 и с тех пор обживается, а вот здание трития замерло на уровне пола этажа L2 примерно тогда же, в 2018. Причины этого не озвучиваются, но подозреваю, что виноват очередной редизайн систем. Впрочем, тритий в проекте ИТЭР понадобится не раньше 2030, так что время для достройки еще есть.

Краны с ~1000 тонн тестовой нагрузки первый раз въезжают из здания предварительной сборки в реакторный зал.

 

В 2020 году на площадке в Кадараше заметно увеличились работы по сборке и монтажу элементов систем ИТЭР, от банальной электрики до весьма специфических частей будущего реактора - например криоэкранов. Но обо всем по порядку.

Рендер здания токамака со всем (или большей частью) насыщения. Видны бедевые линии кабельных лотков, желтые - шинопроводов и коммутации, голубые - охлаждающей воды, синии - криогеники, бледно-​зеленые - вентиляции, темно-​зеленые - научного оборудования, красные - систем нагрева и т.п.

Все специализированные системы ИТЭР, типа конвертеров магнитной энергии, микроволнового электрон-​циклотронного нагрева или диагностических сборок зависят от более базовых сервисных систем, коих можно выделить четыре штуки: электропитание, отведение тепла, снабжение криожидкостями и вакуумом. Довольно очевидно, без ввода этих подсистем невозможна пусконаладка всего остального. Самым базовым, очевидно, является электропитание, без которого не заработают ни отвод тепла, ни криокомбинат, ни вакуумные насосы. Еще в 2019 году в строй было введено распределительное устройства 22 киловольт, отвечающее за ~110 мегаватт потребителей в основном сервисных нагрузок.
Самую большую часть площадки занимает "электрочасть" ИТЭР. Ближе всего к нам открытое распределительное устройство (ОРУ) 400 киловольт, за ней - 7 вводных цепей ИТЭР - справа 4 постоянных нагрузок, слева 3 - импульсных. ВРУ 22 киловольта находится справа за трансформаторами, слева за трансами ОРУ 66 киловольт и за ним - здания магнитных конвертеров. Вдали слева - система компенсации реактивной мощности.

В 2020 году создание этой подсистемы продолжилось строительством и монтажом load center’ов - локальных вводных распределительных устройств, расположенных возле основных потребителей (криокомбината, системы сброса тепла, здания радиочастотного нагрева и предварительной сборки). Выполнялась так же и затяжка кабелей потребителей.

Load Center 14, сданный в 2020 году отвечает за питание низковольтных потребителей систем радиочастотного нагрева.

Мрачноватое фото из подземного канала в котором видны множество уложенных кабелей 66 киловольт, идущих к потребителям. Вообще в ИТЭР порядка 3 км таких подземных галлерей.

Второй частью системы электропитания служит “система питания переменных нагрузок” PPEN к коим в основном относятся системы нагрева и управления током в магнитах. В момент плазменного выстрела эта часть будет забирать из национальной сети до 500 мегаватт мощности, при этом внутри магнитной системы будет циркулировать до 2 гигаватт мгновенной мощности. Здесь в 2020 году монтировалось крупное открытое распределительное устройство 66 киловольт, затягивались кабели к основным потребителям (магнитным конвертерам и зданию радиочастотного нагрева) а также монтировалось оборудование станции контроля реактивной мощности, фактически - набора коммутируемых конденсаторов и индуктивностей, которые будут обмениваться энергией с гигантскими катушками сверхпроводящих магнитов ИТЭР, снижая нагрузку на национальную электросеть Франции.

Здания магнитных конверторов в процессе монтажа оборудования.

Аллея измерительных трансформаторов тока и конденсаторных сборок активных фильтров системы компенсации реактивной мощности.

Готовность подсистемы питания позволило в течении 2020 года сильно продвинуться в монтаже крупнейшего потребителя электроэнергии - системы сброса тепла.

В момент мощнейших термоядерных экспериментов эта система будет принимать до 1150 мегаватт как термоядерного тепла, так и тепла механизмов и систем. Тепло будет сбрасываться темпом 500-600 мегаватт через 10 вентиляторных градирен, а разница - буферизоваться в горячем и холодном бассейне. На всей площадке ИТЭР уже протянуты трубы трех петель теплоносителя, обеспечивающих примерно ~10 точек теплообмена холодной водой.

На фото - бассейн холодной воды под градирнями.

В ноябре успешно были проверены бассейны воды на утечки и в декабре началась пусконаладка довольно сложного комплекса из 27 насосов, 20 теплообменников, системы подготовки воды, сотен датчиков, десятков приводов арматуры общим потреблением до 67 мегаватт. Ожидается, что в 1 полугодии 2021 эта система будет готова обслуживать некоторых потребителей, в частности криокомбинат - другую важную сервисную систему ИТЭР.

Криокомбинат ИТЭР будет самой большой сосредоточенной криоустановкой в мире (криосистема БАК еще больше, однако она разнесена на несколько блоков). Он состоит из парка газгольдеров и баков криожидкостей, генератора азота, 2 азотных компрессоров, 2 колонн ожижения азота, 18 компрессоров гелия, организованных в 3 линии, систем очистки гелия от масла и воды и как вершины всего этого - трех вакуумных боксов для ожижения гелия

- - -

Из одного перечисления основных блоков становится понятно, что количество соединительных трубопроводов будет зашкаливать, а пусконаладка будет не быстрой. В частности, в 2020 году монтажники установили в криокомбинате ~800 секций только криогенных трубопроводов (для “теплых” трубопроводов точной информации нет, но думаю их никак не меньше). Так же в 2020 шла затяжка силовых и управляющих кабелей, установка силовой электроники. Во второй половине 2021 года можно ожидать начало пусконаладки криокомбината - как раз в тот момент, когда система сброса тепла сможет принимать тепло работающих компрессоров (до 30 мегаватт в пике).

2 из 4 "холодных ящиков" криокомбината - вакуумных сосудов с размещенным внутри оборудованием для ожижения гелия - теплообменниками, циркуляторами, испарителями, турбодетандерами и т.п.

Есть правда одно но - между криокомбинатом и зданием токамака должна быть проложена эстакада, где пройдут трубопроводы с криотеплоносителями. Но, ее строительство еще даже не начиналось, да и потребителей в здании токамака пока нет. Так что раньше ~2023 года никакой пользы от криокомбината мы не увидим.

Интересная деталь - на переднем плане 5 электрических нагревателей общей мощностью 800 киловатт, которые нужны для того, что бы побыстрее отогреть сверхпроводящие магниты до комнатной температуры, когда установка будет останавливаться на обслуживание.

Одним из ключевых потребителей криотемператур будет вакуумная система ИТЭР. Это четвертый “сервисный” кит, на котором лежит функционирование токамака. Например, с вакуумирования начнется комплексная приемка и сверхпроводящих магнитов и всего реакторного оборудования. К сожалению, на конец 2020 года это была наиболее отстающая в плане монтажа система. Осенью 2020 только начались примерочные установки трубопроводов вакуума, в основном же все ее элементы находятся на разных этапах производства. В частности, активно производятся трубопроводы, задвижки, клапана, заказаны распределительные коробки и шкафы, часть стандартных вакуумных насосов. Идет производство и нестандартных насосов - крисорбционных насосов “первой линии”, криоконденсационных насосов, которые будут разделять изотопы водорода и гелий. Идет разработка важнейшей системы контроля и поиска неплотностей, контракт на которую в 2020 получили компании IDOM, 40-30 и Gutmar

Не смотря на видимость запредельной сложности - весь криокомбинат собран из уже индустриально готовых систем, т.е. здесь просто МНОГО всего, но хотя бы не на грани фантастики.

Набор из газоанализаторов остаточных газов вакуумного объема и установленных снаружи источников гелия/внутри - детекторов гелия должен обнаруживать и локализовывать неплотности вакуума.

Однако, хватит о банальном. Давайте поглядим на более уникальные вещи. В 2020 году начался монтаж шинопроводов системы питания сверхпроводящих магнитов. Это алюминиевые шины сечением от 100х160 до 400х700 мм с активным водяным охлаждением, всего из двух зданий магнитной конверсии до вводов в токамак надо протянуть 24 сдвоенные линии шинопроводов.

Надо отметить, что эти шинопроводы, их соединения и опоры, коммутационная аппаратура - производятся в России, в рамках вклада в проект. Отрадно видеть “живое” железо, да еще и такое наглядное :)

линии шинопроводов в подвальном этаже здания диагностики (пристройка к зданию токамака), где будет находится часть коммутационного оборудования.

- - -

А вот так начинаются линии шинопроводов в здании магнитной конверсии - от преобразователей (видны только развязывающие индукторы и активная перемычка) и через мост в здание диагностики.

В 2020 году был практически закончен монтаж шинопроводов в здании конверторов и на нижнем этаже здания токамака. Впереди - монтаж вертикальных секций в шахтах здания токамака, на верхнем этаже и на двух мостах, которые соединят все воедино.
Кроме того, в здании токамака в 2020 году шел монтаж секций криолиний, вентиляции и кондиционирования, труб водяного охлаждения, кабельных лотков и сотен опор под это все. В общем, монтаж систем в здании токамака официально стартовал.


Без вентиляции и кондиционирования не получится запустить как минимум шкафы электроники управления, так что установка этой системы заранее радует.

Еще одной маленькой, но важной вехой стала передача ИТЭР полностью функционирующего вспомогательного цеха (здания B61). Здесь располагаются системы подготовки деминерализованной воды, сжатого воздуха и азота, чиллеры выдающие воду с температурой 10 градусов и т.п. Это здание было первым готовым на площадке (еще в 2016 году), было и первым, в котором смонтировали все системы (в начале 2019), и теперь вот оно полностью передано в эксплуатацию.


B61 в верхнем левом углу кадра. А справа по центру можно увидеть недоведенную на 4 этажа пристройку "здание трития".