Construcción, instalación, producción, coordinación y comunicación de participantes de diferentes países: todo esto se reconstruyó rápidamente a medida que cambiaba la situación y, como resultado, el progreso del proyecto en 2020 fue muy impresionante. El proyecto también tuvo suerte con la financiación, por lo que, el principal rezagado, Estados Unidos, en 2020 aumentó financieramente las inyecciones al proyecto incluso por encima de sus obligaciones directas, cubriendo las deudas acumuladas en años anteriores. Todo ello ha supuesto un impresionante avance técnico en el que nos sumergiremos.
Construcción
El encabezado “construcción” solía ocupar al menos la mitad de todo el texto anual, pero ahora claramente se está agotando su tiempo, luego de la finalización de la parte de construcción del proyecto. A finales de 2020, se pusieron en servicio 16 de los 18 edificios del “mínimo de puesta en marcha de 2025” y se inició la construcción de 17, el edificio de control, donde se ubicarán el ITER MCC y la infraestructura de TI. No obstante, cabe señalar el evento principal que tuvo lugar en 2020: la finalización del “edificio tokamak”.
8 de enero de 2020: los constructores están terminando las estructuras metálicas de la superestructura de tokamak y comienzan a revestir. Como resultado, la brecha con el calendario de 2015 fue de ~ 6 meses.
Este edificio es el centro de todo el complejo, la instalación más pesada y compleja construida. 120x90 metros en planta, 7 pisos en vertical, ~ 300 mil toneladas de peso, ~ 250 millones de euros, cuya construcción tomó alrededor de 7 años.
Diciembre de 2013: el inicio de la instalación del piso del sótano inferior del complejo de edificios tokamak.
La estructura metálica final que cubre la sala del reactor y proporciona un camino para las grandiosas grúas puente se ensambló en solo seis meses, y en febrero de 2020, comenzó el desmantelamiento del muro temporal entre la sala de preensamblaje y el edificio tokamak. El 30 de marzo, un día antes de la fecha límite, un par de puentes grúa con una capacidad de elevación de 1.500 toneladas ingresaron al edificio tokamak, conectándolo oficialmente con un vecino.
Las grúas con ~ 1000 toneladas de carga de prueba se conducen desde el edificio de premontaje hasta la sala del reactor por primera vez.
Cabe señalar que dos alas están firmemente unidas al edificio tokamak: un edificio de diagnóstico del suroeste y un edificio de fábrica de tritio del noreste. El primero se completó en 2018 y se ha estado instalando desde entonces, pero el edificio de tritio se congeló en el nivel del piso del piso L2 aproximadamente al mismo tiempo, en 2018.Las razones de esto no se han anunciado, pero sospecho que la culpa es de otro rediseño de los sistemas. Sin embargo, el tritio en el proyecto ITER no será necesario hasta 2030, por lo que todavía hay tiempo para su finalización.
Montaje e instalación
En 2020, en el emplazamiento de Cadarache, se han incrementado notablemente los trabajos de montaje e instalación de elementos de los sistemas ITER, desde los eléctricos habituales hasta partes muy concretas del futuro reactor, por ejemplo, crio cribas. Pero lo primero es lo primero.
Un render de un edificio tokamak con toda (o la mayor parte) de saturación. Puede ver líneas beige de bandejas de cables, líneas amarillas para barras colectoras y conmutación, líneas azules para agua de refrigeración, líneas azules para criogénicos, líneas verde pálido para ventilación, líneas verde oscuro para equipos científicos, líneas rojas para sistemas de calefacción, etc.
Todos los sistemas ITER especializados, como los convertidores de energía magnética, la calefacción por microondas de electrones-ciclotrón o los conjuntos de diagnóstico, dependen de sistemas de servicio más básicos, de los que se pueden distinguir cuatro: alimentación, extracción de calor, alimentación con crio-fluidos y vacío. Es bastante obvio que sin la introducción de estos subsistemas, es imposible poner en servicio todo lo demás. La más básica, obviamente, es la fuente de alimentación, sin la cual no funcionarán ni la extracción de calor, ni una criocombina, ni bombas de vacío. En 2019, se puso en funcionamiento un conmutador de 22 kilovoltios, que es responsable de ~ 110 megavatios de consumidores, principalmente para cargas de servicio.
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Load Center 14, 2020 .
En 2020, la creación de este subsistema continuó con la construcción e instalación de centros de carga - aparamenta de entrada local ubicada cerca de los principales consumidores (criocombina, sistemas de liberación de calor, calefacción por RF y edificios de premontaje). También se llevó a cabo el tensado de cables de consumo.
Una foto lúgubre de un canal subterráneo en la que se pueden ver muchos cables tendidos de 66 kilovoltios que van a los consumidores. En general, el ITER tiene unos 3 km de este tipo de galerías subterráneas.
La segunda parte del sistema de alimentación es el “sistema de alimentación de carga variable” PPEN, que incluye principalmente sistemas de calefacción y control de corriente en imanes. En el momento de la toma de plasma, esta parte tomará hasta 500 megavatios de energía de la red nacional, mientras que hasta 2 gigavatios de energía instantánea circularán dentro del sistema magnético. Aquí, en 2020, se instaló una gran aparamenta abierta de 66 kilovoltios, se llevaron los cables a los principales consumidores (convertidores magnéticos y un edificio de calefacción por radiofrecuencia) y se instaló el equipo para una estación de control de potencia reactiva, de hecho, un conjunto de condensadores e inductores conmutados que intercambiarán energía con bobinas superconductoras gigantes. Imanes ITER, reduciendo la carga en la red nacional francesa.
Edificios de convertidores magnéticos en proceso de instalación de equipos.
Callejón de transformadores de corriente de medida y conjuntos de condensadores de filtros activos del sistema de compensación de potencia reactiva.
La preparación del subsistema de energía hizo posible durante 2020 lograr avances significativos en la instalación del mayor consumidor de electricidad: el sistema de liberación de calor.
En el momento de los experimentos termonucleares más potentes, este sistema recibirá hasta 1150 megavatios tanto de calor termonuclear como de calor de mecanismos y sistemas. El calor se descargará a una velocidad de 500 a 600 megavatios a través de 10 torres de enfriamiento de ventiladores, y la diferencia se amortiguará en una piscina fría y caliente. En todo el sitio del ITER, las tuberías de tres circuitos de refrigerante ya se han extendido, proporcionando aproximadamente ~ 10 puntos de intercambio de calor con agua fría.
Como hace un año, las fotografías de las primeras unidades de equipos instalados fueron muy agradables, a fin de año son agradables a la vista con las pruebas funcionales de estos equipos. La foto muestra una piscina de agua fría debajo de las torres de enfriamiento.
En noviembre, se verificaron con éxito los depósitos de agua para detectar fugas y, en diciembre, se inició la puesta en servicio de un complejo bastante complejo de 27 bombas, 20 intercambiadores de calor, un sistema de tratamiento de agua, cientos de sensores, docenas de accionamientos de válvulas con un consumo total de hasta 67 megavatios. Se espera que en el 1er semestre de 2021 este sistema esté listo para dar servicio a algunos consumidores, en particular a la criocombina, otro importante sistema de servicio del ITER.
El criocombinante ITER será la crioinstalación agrupada más grande del mundo (el criosistema LHC es aún más grande, pero está dividido en varios bloques) Consta de un parque de depósitos de gas y tanques de crioliquido, un generador de nitrógeno, 2 compresores de nitrógeno, 2 columnas de licuefacción de nitrógeno, 18 compresores de helio organizados en 3 líneas, sistemas de purificación de helio a partir de aceite y agua y, como colofón de todo ello, tres cajas de vacío para licuefacción de helio.
2 de 4 "cajas frías" del criocombinante - recipientes de vacío con equipo para licuar helio ubicados en su interior - intercambiadores de calor, circuladores, evaporadores, turboexpansores, etc.
A partir de una lista de los bloques principales, queda claro que la cantidad de tuberías de conexión se saldrá de escala y la puesta en servicio no será rápida. En particular, en 2020, los instaladores instalaron ~ 800 secciones de tuberías solo criogénicas en la criocombina (no hay información exacta para las tuberías "calientes", pero creo que no hay menos). También en 2020 hubo un endurecimiento de los cables de potencia y control, la instalación de electrónica de potencia. En la segunda mitad de 2021, se puede esperar la puesta en marcha del criocombinante, justo en el momento en que el sistema de liberación de calor podrá recibir calor de los compresores en funcionamiento (hasta 30 megavatios en el pico).
Un detalle interesante son en primer plano 5 calentadores eléctricos con una capacidad total de 800 kilovatios, que son necesarios para calentar rápidamente los imanes superconductores a temperatura ambiente cuando la instalación se detiene por mantenimiento.
Realmente hay una cosa, pero: entre la criocombina y la construcción del tokamak, se debe colocar un paso elevado, por donde pasarán las tuberías con portadores de calor criogénico. Pero su construcción ni siquiera ha comenzado todavía, y todavía no hay consumidores en el edificio tokamak. Entonces, antes de ~ 2023, no veremos ningún beneficio de la criocombina.
A pesar de la complejidad aparentemente prohibitiva, toda la criocombina se ensambla a partir de sistemas ya listos para la industria, es decir hay MUCHO de todo, pero al menos no al borde de la fantasía.
Uno de los principales consumidores de temperaturas criogénicas será el sistema de vacío ITER. Esta es la cuarta ballena de "servicio" en la que funciona el tokamak. Por ejemplo, la compleja aceptación de los imanes superconductores y todo el equipo del reactor comenzará con la evacuación. Desafortunadamente, a finales de 2020, era el sistema más retrasado en términos de instalación. En el otoño de 2020, las instalaciones de ajuste de tuberías de vacío recién comenzaron, pero básicamente todos sus elementos se encuentran en diferentes etapas de producción. En particular, se están produciendo activamente tuberías, válvulas de compuerta, válvulas, cajas de conexiones y armarios, que forman parte de las bombas de vacío estándar. También está en marcha la producción de bombas no estándar: bombas de criosorción de primera línea, bombas de criocondensación que separarán los isótopos de hidrógeno y helio.Se está desarrollando un sistema de control crítico y detección de fugas, para el cual IDOM, 40-30 y Gutmar recibieron un contrato en 2020
Un conjunto de analizadores de gas para gases residuales de un volumen de vacío y fuentes externas de helio / detectores de helio internos deben detectar y localizar fugas de vacío.
Sin embargo, basta de lo banal. Echemos un vistazo a algunas cosas más únicas. En 2020, comenzó la instalación de barras colectoras del sistema de energía de imanes superconductores. Se trata de barras colectoras de aluminio con una sección de 100x160 a 400x700 mm con refrigeración activa por agua, desde solo dos edificios de conversión magnética a las entradas tokamak, se deben extender 24 líneas de doble barra colectora. Cabe señalar que estos conductos de bus, sus conexiones y soportes, equipos de conmutación se producen en Rusia como parte de una contribución al proyecto. Es gratificante ver hardware "en vivo", e incluso algo tan visual :)
Las últimas tres fotos son líneas de barras en el sótano del edificio de diagnóstico (un anexo al edificio tokamak), donde se ubicarán algunos de los equipos de conmutación.
En 2020, la instalación de barras colectoras en el edificio del convertidor y en la planta baja del edificio tokamak estuvo casi terminada. Por delante está la instalación de secciones verticales en los ejes del edificio tokamak, en el piso superior y en dos puentes que conectarán todo entre sí.
Y así es como comienzan las líneas de barras colectoras en el edificio de conversión magnética: desde los convertidores (solo se ven los inductores de desacoplamiento y un puente activo) y cruzando el puente hasta el edificio de diagnóstico.
Además, en 2020, en la construcción del tokamak, se realizó la instalación de criolinas, secciones de ventilación y aire acondicionado, tuberías de enfriamiento de agua, bandejas de cables y cientos de soportes para todo esto. En general, la instalación de sistemas en el edificio tokamak ha comenzado oficialmente.
Sin ventilación y aire acondicionado, no será posible encender al menos los gabinetes de la electrónica de control, por lo que la instalación de este sistema por adelantado agrada.
Otro hito pequeño pero importante fue la entrega al ITER de un taller auxiliar en pleno funcionamiento (Edificio B61). Existen sistemas para la preparación de agua desmineralizada, aire comprimido y nitrógeno, enfriadoras que entregan agua con una temperatura de 10 grados, etc. Este edificio fue el primero que se completó en el sitio (en 2016), también fue el primero en el que se instalaron todos los sistemas (a principios de 2019), y ahora se ha puesto en marcha por completo.
B61 en la esquina superior izquierda del marco. Y a la derecha en el centro se puede ver una ampliación “edificio de tritio” que no se ha completado en 4 plantas.
Y finalmente, al principal "evento de edición de 2020". Por supuesto, estamos hablando del inicio del montaje del propio reactor en su eje. Mire este video, que muestra las principales etapas del ensamblaje del tokamak ITER:
El 25 y 26 de mayo, después de ~ un mes de preparación, la parte más pesada del reactor, la base del criostato (¡1250 toneladas!), Se movió al eje y se bajó a la posición de diseño previo, en gatos.
A mediados de abril, la base del criostato se introdujo en el edificio de premontaje.
Luego, se midió la geometría real del espacio hasta la base de concreto y se hicieron ~ 100 espaciadores para nivelar la base con una precisión de 2 mm desde el horizonte. Y finalmente, en junio, se instaló la primera parte de la parte oficial del reactor, soportes que percibirán cargas verticales, horizontales y tangenciales al círculo, que compartirá generosamente la parte electromagnética del reactor.
Es interesante que el montaje de la pieza, que pesa todos los cánones del mundo, estuvo a cargo de ingenieros de la empresa china "Rosatom" CNNC, quienes en cooperación con los europeos recibieron un contrato para el montaje de la sección del reactor ITER.
El 31 de agosto se llevó a cabo la operación de traspaso e instalación del cilindro inferior del criostato, y en octubre se empezaron a soldar 2 “partes” del criostato con una costura de 90 metros con una sección de 60 mm.
Mientras tanto, en la sala de asambleas preliminares, la actividad sobre la preparación de los siguientes elementos del tokamak estaba creciendo. En septiembre, se instaló el primero de los 9 sectores de la cámara de vacío para su preparación. Hasta finales de 2020, se estaba trabajando para eliminar la geometría de precisión del sector, volver a verificar la densidad de vacío, soldar los soportes de cientos de sensores para sistemas de diagnóstico técnico y científico e instalar los propios sensores y sus cables.
A principios de 2020, está previsto inclinar el sector (con un peso de 440 toneladas) a una posición vertical e instalarlo en un soporte de montaje, donde estará rodeado por criopantallas de vacío y luego conectado a dos bobinas toroidales.
¡Oh si! Pantallas criogénicas. Si no estuvieran en el proyecto ITER, valdría la pena pensar en algo así. Enormes estructuras plateadas con dibujos misteriosos, ¿qué mejor ilustración de un grandioso proyecto de ciencia ficción?
Sección cilíndrica inferior de la criopantalla externa. A la derecha están los colectores de los que se distribuye y recoge el helio a una temperatura de 80K.
Elemento criopantalla que separa la cámara de vacío caliente del imán frío
En 2020, se prepararon 2 de las cuatro secciones de la criopantalla de la cámara de vacío (e instalaron en el soporte de ensamblaje) y el ensamblaje cilíndrico inferior estuvo casi terminado, que se ubicará dentro de la base del criostato y protegerá los imanes superconductores del calor del mundo exterior. A principios de 2021, esta sección cilíndrica deberá instalarse dentro del criostato, para lo cual ya se ha instalado el equipo en él.
La sección envuelta de la criopantalla en el soporte de montaje, con la ayuda de la cual se colocará en el sector de la cámara de vacío. Además de esta parte, también habrá una sección interior de la pantalla y dos de la misma a la izquierda.
A fines de 2020, también comenzó la instalación de crioalimentadores del sistema magnético: productos multimétricos a través de los cuales se inyectan corriente, refrigerantes, señales de medición y control en un entorno criogénico de vacío.
Sistema de criofeder ITER en render
Y el elemento alimentador en la realidad.
Finalmente, quiero agregar un poco de mosca en el ungüento a este charco de miel. Ya a simple vista, se puede ver el desfase detrás de los planos. Entonces, inicialmente, para fines de 2020, se planeó instalar 18 soportes de imanes toroidales (como todo lo demás en ITER: dispositivos complejos con enfriamiento activo y una astuta característica de rigidez) de producción china.
Soporte toroidal cerca del eje del reactor durante una prueba de fugas.
En 2019, los chinos hicieron los primeros 6 soportes y prometieron enviar los 12 restantes a principios de 2020. Sin embargo, ahora esta fecha límite se ha trasladado a febrero de 2021 y ya afecta directamente el calendario de instalación.
La bobina PF5, que se ha producido en el sitio del ITER en una planta especial desde 2017, también se queda atrás. En diciembre de 2020 se acaba de instalar un banco de pruebas criogénicas, lo que significa que no lo veremos en la posición de diseño antes de mayo de 2021, con fecha inicial en febrero.
Instalación de PF5 en un criostato, principios de diciembre de 2020. Un detalle interesante para mí es un gabinete completo de varias conexiones eléctricas a PF5, que se utiliza para la prueba.
Entonces, si bien la instalación va mejor que las expectativas pesimistas, pero peor que las optimistas, la fecha del primer plasma en diciembre de 2025 sigue siendo difícil de alcanzar.
Continuación sobre la producción de componentes e I + D + i en la segunda parte.