Construção, instalação, produção, coordenação e comunicação de participantes de diferentes países - tudo isso foi rapidamente reconstruído conforme a situação mudava e, como resultado, o progresso do projeto em 2020 foi impressionante. O projeto também teve sorte com o financiamento, portanto, o principal atrasado - os Estados Unidos, em 2020, aumentaram financeiramente as injeções no projeto ainda mais do que suas obrigações diretas, cobrindo as dívidas acumuladas em anos anteriores. Tudo isso gerou um impressionante progresso técnico, no qual mergulharemos.
Construção
O título “construção” costumava ocupar pelo menos metade de todo o texto anual, mas agora seu tempo está claramente se esgotando, após a conclusão da parte construtiva do projeto. No final de 2020, 16 dos 18 edifícios do “start-up mínimo de 2025” foram comissionados e a construção de 17 começou - o edifício de controle, onde o ITER MCC e a infraestrutura de TI estarão localizados. No entanto, deve-se destacar o principal evento ocorrido em 2020 - a conclusão da “construção tokamak”.
8 de janeiro de 2020 - As construtoras estão finalizando as estruturas metálicas da superestrutura do tokamak e procedendo ao revestimento. Como resultado, a defasagem em relação ao cronograma de 2015 foi de aproximadamente 6 meses.
Este edifício é o centro de todo o complexo, a instalação mais pesada e complexa construída. 120x90 metros de planta, 7 pisos na vertical, ~ 300 mil toneladas de peso, ~ 250 milhões de euros, cuja construção demorou cerca de 7 anos.
Dezembro de 2013 - o início do derramamento do piso do porão inferior do complexo tokamak.
A estrutura de metal final cobrindo a sala do reator e fornecendo um caminho para as grandiosas pontes rolantes foi montada em apenas seis meses e, em fevereiro de 2020, começou a desmontagem da parede temporária entre a sala de pré-montagem e o edifício tokamak. No dia 30 de março, um dia antes do prazo, uma dupla de pontes rolantes com capacidade de içamento de 1.500 toneladas entrou no edifício tokamak, oficialmente conectando-o com um vizinho.
Os guindastes com ~ 1000 toneladas de carga de teste são conduzidos do prédio de pré-montagem para a sala do reator pela primeira vez.
Deve-se notar que duas alas estão firmemente presas ao edifício tokamak - um edifício de diagnóstico do sudoeste e um edifício de fábrica de trítio do nordeste. O primeiro foi concluído em 2018 e está se instalando desde então, mas o prédio de trítio congelou no nível do andar L2 mais ou menos na mesma época, em 2018. As razões para isso não foram anunciadas, mas suspeito que outra reformulação dos sistemas seja a culpada. No entanto, o trítio no projeto ITER não será necessário até 2030, portanto, ainda há tempo para a conclusão.
Montagem e instalação
Em 2020, no local em Cadarache, os trabalhos de montagem e instalação de elementos dos sistemas ITER aumentaram visivelmente, desde a parte elétrica comum até partes muito específicas do futuro reator - por exemplo, telas criogênicas. Mas as primeiras coisas primeiro.
Uma renderização de um edifício tokamak com toda (ou a maior parte) da saturação. Você pode ver linhas bege de bandejas de cabos, linhas amarelas para barramentos e comutação, linhas azuis para água de resfriamento, linhas azuis para criogenia, linhas verdes claras para ventilação, linhas verdes escuras para equipamentos científicos, linhas vermelhas para sistemas de aquecimento, etc.
Todos os sistemas ITER especializados, como conversores de energia magnética, aquecimento de elétron-ciclotron de micro-ondas ou conjuntos de diagnóstico, dependem de sistemas de serviço mais básicos, dos quais quatro podem ser diferenciados: alimentação de energia, remoção de calor, alimentação com crio-fluidos e vácuo. É bastante óbvio que, sem a introdução desses subsistemas, é impossível comissionar todo o resto. O mais básico, obviamente, é a fonte de alimentação, sem a qual nem a remoção de calor, nem a criocombina, nem as bombas de vácuo funcionarão. Em 2019, foi colocado em operação um quadro de distribuição de 22 quilovolts, responsável por cerca de 110 megawatts de consumidores, principalmente para cargas de serviço.
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Load Center 14, 2020 .
Em 2020, deu-se continuidade à criação deste subsistema com a construção e instalação de centros de carga - interruptores de entrada locais localizados junto aos principais consumidores (criocombina, sistemas de liberação de calor, aquecimento de RF e edifícios de pré-montagem). O aperto dos cabos de consumo também foi realizado.
Uma foto sombria de um canal subterrâneo em que você pode ver muitos cabos de 66 quilovolts indo para os consumidores. Em geral, o ITER possui cerca de 3 km dessas galerias subterrâneas.
A segunda parte do sistema de alimentação é o “sistema de alimentação de carga variável” PPEN, que inclui principalmente sistemas de aquecimento e controle de corrente em ímãs. No momento do tiro de plasma, essa parte consumirá até 500 megawatts de potência da rede nacional, enquanto até 2 gigawatts de potência instantânea circularão dentro do sistema magnético. Aqui, em 2020, um grande quadro de distribuição aberto de 66 quilovolts foi instalado, cabos foram puxados para os principais consumidores (conversores magnéticos e um edifício de aquecimento de radiofrequência) e um equipamento para uma estação de controle de energia reativa foi instalado, na verdade, um conjunto de capacitores e indutores comutados que trocarão energia com bobinas supercondutoras gigantes. Ímãs ITER, reduzindo a carga na rede nacional francesa.
Edifícios de conversores magnéticos em processo de instalação de equipamentos.
Beco dos transformadores de corrente de medição e conjuntos de capacitores de filtros ativos do sistema de compensação de potência reativa.
A prontidão do subsistema de energia possibilitou, ao longo de 2020, avanços significativos na instalação do maior consumidor de energia elétrica - o sistema de liberação de calor.
Na época dos experimentos termonucleares mais poderosos, esse sistema receberá até 1150 megawatts de calor termonuclear e do calor de mecanismos e sistemas. O calor será descarregado a uma taxa de 500-600 megawatts por meio de 10 torres de resfriamento com ventilador, e a diferença será armazenada em uma piscina quente e fria. Em todo o site do ITER, os tubos de três circuitos de refrigeração já foram estendidos, fornecendo cerca de 10 pontos de troca de calor com água fria.
Como há um ano atrás, as fotografias das primeiras unidades de equipamentos instalados eram muito agradáveis, no final do ano agradam aos olhos com os testes funcionais deste equipamento. A foto mostra uma piscina de água fria sob as torres de resfriamento.
Em novembro, as bacias hidrográficas foram verificadas com sucesso quanto a vazamentos e, em dezembro, começou o comissionamento de um complexo bastante complexo de 27 bombas, 20 trocadores de calor, um sistema de tratamento de água, centenas de sensores, dezenas de acionamentos de válvula com um consumo total de até 67 megawatts. A previsão é que no 1º semestre de 2021 este sistema esteja pronto para atender alguns consumidores, em especial a criocombina, outro importante sistema de atendimento do ITER.
O criocombinante ITER será a maior crio-instalação concentrada do mundo (o criossistema LHC é ainda maior, mas é dividido em vários blocos). É composto por um parque de reservatórios de gás e tanques criolíquidos, um gerador de nitrogênio, 2 compressores de nitrogênio, 2 colunas de liquefação de nitrogênio, 18 compressores de hélio organizados em 3 linhas, sistemas de purificação de hélio a partir de óleo e água e, como o auge de tudo isso, três caixas de vácuo para liquefação de hélio.
2 de 4 "caixas frias" do criocombinante - recipientes a vácuo com equipamento para liquefazer hélio localizados em seu interior - trocadores de calor, circuladores, evaporadores, turboexpansores, etc.
A partir de uma lista dos blocos principais, fica claro que o número de dutos de conexão ficará fora de escala e o comissionamento não será rápido. Em particular, em 2020, os instaladores instalaram ~ 800 seções de apenas dutos criogênicos na criocombina (não há informações exatas para dutos "quentes", mas acho que não há menos). Também em 2020 houve o aperto dos cabos de força e controle, a instalação da eletrônica de potência. No segundo semestre de 2021, está prevista a partida do criocombinante - justamente no momento em que o sistema de liberação de calor poderá receber calor dos compressores em operação (até 30 megawatts no pico).
Um detalhe interessante estão em primeiro plano 5 aquecedores elétricos com capacidade total de 800 quilowatts, que são necessários para aquecer rapidamente os ímãs supercondutores à temperatura ambiente quando a instalação é interrompida para manutenção.
Há realmente uma coisa, mas - entre a criocombina e a construção do tokamak, um viaduto deve ser colocado, onde os oleodutos com transportadores de crio-calor passarão. Mas sua construção ainda nem começou, e ainda não há consumidores no prédio do tokamak. Portanto, antes de ~ 2023, não veremos nenhum benefício da criocombina.
Apesar da complexidade aparentemente proibitiva - toda a criocombina é montada a partir de sistemas já industrialmente prontos, ou seja, há MUITO de tudo, mas pelo menos não à beira da fantasia.
Um dos principais consumidores de criotemperaturas será o sistema de vácuo ITER. Esta é a quarta baleia "de serviço" na qual o tokamak funciona. Por exemplo, a aceitação complexa de ímãs supercondutores e todos os equipamentos do reator começará com a evacuação. Infelizmente, no final de 2020, era o sistema mais atrasado em termos de instalação. No outono de 2020, as instalações de encaixe de dutos de vácuo apenas começaram, mas basicamente todos os seus elementos estão em diferentes estágios de produção. Em particular, tubulações, válvulas gaveta, válvulas estão sendo ativamente produzidas, caixas de junção e gabinetes, partes de bombas de vácuo padrão foram encomendadas. A produção de bombas não padronizadas também está em andamento - bombas de criossorção de primeira linha, bombas de criocondensação que separarão os isótopos de hidrogênio e hélio.Um sistema crítico de controle e detecção de vazamentos está sendo desenvolvido, para o qual IDOM, 40-30 e Gutmar receberam um contrato em 2020
Um conjunto de analisadores de gás para gases residuais de um volume de vácuo e fontes externas de hélio / detectores de hélio devem detectar e localizar vazamentos de vácuo.
No entanto, chega de banal. Vamos dar uma olhada em algumas coisas mais exclusivas. Em 2020, teve início a instalação de barramentos para o sistema de alimentação de ímãs supercondutores. São barramentos de alumínio com seção transversal de 100x160 a 400x700 mm com refrigeração ativa a água, de apenas dois prédios de conversão magnética para as entradas tokamak, 24 linhas de barramento duplo devem ser estendidas. Deve-se notar que esses dutos de barramento, suas conexões e suportes, equipamentos de comutação são produzidos na Rússia como parte de uma contribuição para o projeto. É gratificante ver hardware "ao vivo" e até mesmo um visual tão :)
As últimas três fotos são linhas de barramento no porão do edifício de diagnóstico (anexo ao edifício tokamak), onde alguns dos equipamentos de comutação estarão localizados.
Em 2020, a instalação dos barramentos no prédio conversor e no andar inferior do prédio tokamak estava quase concluída. À frente está a instalação de seções verticais nos poços do edifício tokamak, no último andar e em duas pontes que vão conectar tudo.
E é assim que as linhas de barramento começam no edifício de conversão magnética - dos conversores (apenas indutores de desacoplamento e um jumper ativo são visíveis) e através da ponte até o edifício de diagnóstico.
Além disso, em 2020 estavam sendo instalados no edifício tokamak seções de criolina, ventilação e ar condicionado, tubos de refrigeração líquida, bandejas de cabos e centenas de suportes para tudo isso. Em geral, a instalação de sistemas no edifício tokamak foi oficialmente iniciada.
Sem ventilação e ar condicionado, não será possível acionar pelo menos os gabinetes eletrônicos de controle, pelo que a instalação deste sistema com antecedência agrada.
Outro marco pequeno, mas importante, foi a transferência para o ITER de uma oficina auxiliar em pleno funcionamento (Edifício B61). Existem sistemas para a preparação de água desmineralizada, ar comprimido e nitrogênio, chillers que fornecem água a uma temperatura de 10 graus, etc. Este edifício foi o primeiro concluído no local (em 2016), foi também o primeiro em que todos os sistemas foram instalados (no início de 2019), e agora está totalmente comissionado.
B61 no canto superior esquerdo da moldura. E à direita, no centro, você pode ver uma extensão “edifício de trítio” que não foi concluída em 4 andares.
E finalmente - para o principal “evento de edição de 2020”. Claro, estamos falando do início da montagem do próprio reator em seu eixo. Assista a este vídeo, que mostra os principais estágios da montagem do tokamak ITER:
De 25 a 26 de maio, após cerca de um mês de preparação, a parte mais pesada do reator - a base do criostato (1250 toneladas!) Foi movida para o poço e baixada para a posição de pré-projeto, em macacos.
Em meados de abril, a base do criostato foi puxada para o prédio de pré-montagem.
Em seguida, a geometria real da lacuna foi medida até a base de concreto e ~ 100 espaçadores foram feitos para nivelar a base com uma precisão de 2 mm do horizonte. E finalmente, em junho, foi instalada a primeira parte da parte oficial do reator - suportes que perceberão cargas verticais, horizontais e tangenciais ao círculo, que a parte eletromagnética do reator generosamente compartilhará.
É interessante que a montagem da peça, que é pesada por todos os cânones mundiais, tenha sido gerida por engenheiros da empresa chinesa "Rosatom" CNNC, que em cooperação com os europeus receberam um contrato para a montagem da secção do reactor ITER.
Em 31 de agosto, ocorreu a operação de transferência e instalação do cilindro inferior do criostato e, em 2 de outubro, começaram a ser soldadas “partes” do criostato com costura de 90 metros com seção transversal de 60 mm.
Enquanto isso, na sala de montagem preliminar, a atividade de preparação dos próximos elementos do tokamak estava crescendo. Em setembro, foi instalado o primeiro dos 9 setores da câmara de vácuo para preparação. Até o final de 2020, estavam em andamento trabalhos para remover a geometria de precisão do setor, reavaliar a densidade do vácuo, soldar os suportes de centenas de sensores de sistemas de diagnóstico técnico e científico e instalar os próprios sensores e seus cabos.
No início de 2020, está previsto inclinar o setor (pesando 440 toneladas) para a posição vertical e instalá-lo em um estande de montagem, onde será circundado por crioscopia a vácuo e conectado a duas bobinas toroidais.
Ai sim! Telas Cryo. Se eles não estivessem no projeto ITER, valeria a pena inventar algo assim. Enormes estruturas prateadas com desenhos misteriosos - que melhor ilustração de um grandioso projeto de ficção científica?
Seção cilíndrica inferior da tela criostática externa. À direita estão os coletores dos quais o hélio é distribuído e coletado a uma temperatura de 80K.
Elemento de crioscópio separando a câmara de vácuo quente do ímã frio
Em 2020, 2 das quatro seções da crio-tela da câmara de vácuo foram preparadas (e instaladas no suporte de montagem) e a montagem cilíndrica inferior estava quase concluída, que ficará dentro da base do criostato e protegerá os ímãs supercondutores do calor do mundo externo. No início de 2021, esta seção cilíndrica deverá ser instalada dentro do criostato, para o qual já está instalado o equipamento.
A seção envolta da crioscreen no estande de montagem, com a ajuda da qual será colocada no setor da câmara de vácuo. Além dessa parte, também haverá uma seção interna da tela e duas iguais à esquerda.
No final de 2020, iniciou-se também a instalação de criofeders do sistema magnético - produtos multímetros por meio dos quais corrente, refrigerantes, sinais de medição e controle são injetados em um ambiente criogênico a vácuo.
Sistema
crioalimentador ITER em render e elemento alimentador na realidade.
Por fim, quero adicionar um pouco de mosca na pomada a essa poça de mel. Já a olho nu, percebe-se a defasagem dos planos. Assim, inicialmente, no final de 2020, estava planejado instalar 18 suportes de ímãs toroidais (como tudo o mais no ITER - dispositivos complexos com resfriamento ativo e uma característica complicada de rigidez) de produção chinesa.
Suporte toroidal próximo ao eixo do reator durante um teste de vazamento.
Em 2019, os chineses fizeram os 6 primeiros apoios e prometeram enviar os 12 restantes até o início de 2020. No entanto, agora esse prazo foi deslocado para fevereiro de 2021 e já afeta diretamente o cronograma de instalação.
A bobina PF5, que é produzida no site do ITER em uma planta especial desde 2017, também fica para trás. Em dezembro de 2020, uma bancada de testes criogênica acaba de ser instalada, o que significa que não a veremos na posição projetada antes de maio de 2021, com data inicial em fevereiro.
Instalação do PF5 em um criostato, início de dezembro de 2020. Um detalhe interessante para mim é um gabinete inteiro de várias conexões elétricas para o PF5, que é usado para o teste.
Portanto, embora a instalação esteja indo melhor do que as expectativas pessimistas, mas pior do que as otimistas, a data do primeiro plasma em dezembro de 2025 permanece indefinida.
Continuação sobre a produção de componentes e P&D na segunda parte.