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科技前瞻 | 中国“人造太阳”不断创世界纪录背后的电源力量

发布日期:2021-06-07 浏览次数:101

      中科院合肥物质科学研究院“人造太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的世界纪录,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。实现新纪录,进一步证明核聚变能源的可行性,也为迈向商用奠定物理和工程基础。



      磁约束可控核聚变装置中的重要支撑工程——高功率电源系统十分重要。为了实现1亿度以上的等离子体,必须通过中性束注入(NBI)、低杂波(LHW)和电子回旋(ECRH)辅助加热系统实现长脉冲高功率注入,为高温等离子体实现提供保障,这需要特高压电源。高温等离子体必须受到磁约束,而超强磁场的建立,基于超强电流流经超导线圈,包括极向场线圈和纵场线圈。尤其是极向场线圈需实现高功率强电流下的双向四象限运行,控制难度极高。更为重要的,为了实现长脉冲稳态定运行,需要通过快控电源进行稳定保障。以上电源系统,在特高压、强电流、快响应方面都达到了电力电子装置的极致。



      依托EAST装置,我们成功实现了从并跑到领跑的跨越。在这个跨越的过程中,聚变高功率电源起到了关键作用。在国际合作ITER项目中,中国提供了极向场线圈及其电源系统。在地球上打造“人造太阳”,重力场远远不够,必须通过强磁场进行约束。ITER极向场电源体现了国际合作中的中国力量。



      ITER建成后将实现聚变功率500兆瓦长脉冲氘-氚燃烧等离子体,如果进展顺利。同时,我国已经完成中国聚变工程试验堆(CFETR)的设计,并且在2019年9月正式启动了聚变堆关键系统综合研究设施(CRAFT)项目,计划利用五年多的时间完成CFETR关键技术难点的攻关。



聚变装置高功率电源技术以电力电子的前瞻性工程技术基础,为能源互联网的发展提供了科技成果转化的源泉。核聚变能商业化运用之前,其电源支撑系统核心技术可以先行商业化。在双碳战略目标的指引下,聚合高功率电力电子技术、物联网技术和人工智能技术,促进新一代电力系统的构建与发展。尤其是园区级微电网”源、网、荷、储“的高效电能变换和集约化智能控制系统,极具产业化前景,有利于大规模可再生能源的利用,是在聚变终极科技目标实现前率先的服务低碳发展的一步。中国“人造太阳”不断创世界纪录背后的电源力量,不仅为聚变事业保驾护航,也成为碳达峰碳中和战略的生力军。