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中國西電為“人造太陽”貢獻力量
發布時間:2020-08-04        文章來源:       
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7月28日,國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃重大工程安裝啟動儀式7月28日在法國該組織總部舉行。國家主席習近平致賀信。

習近平指出,科學無國界,創新無止境。國際科技合作對于應對人類面臨的全球性挑戰具有重要意義。國際熱核聚變實驗堆計劃承載著人類和平利用核聚變能的美好愿望,計劃實施以來,中方始終恪守國際承諾,中國企業和科研人員勇挑重擔,與國際同行齊心協力,為計劃的順利推進貢獻了中國智慧和中國力量。十多年來的積極探索和實踐充分證明,開放交流是探索科學前沿的關鍵路徑。

習近平強調,當前,全球正面臨新冠肺炎疫情帶來的嚴峻挑戰,人類比以往任何時候都更需要攜手前行、共克時艱。中方愿繼續同各方加強科研交流合作,合力突破重大關鍵科學和技術,推進全球科技創新,為增進各國人民福祉、實現全球可持續發展不斷作出新貢獻。

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PART 01 科普時間

關于“人造太陽”,你想知道的都在這里

什么是“人造太陽”?

“人造太陽”是可控核聚變裝置的俗稱,又名 TOKAMAK(托卡馬克)。開發聚變能源是全球核聚變人一代代接力奔跑,致力于照亮人類未來的終極能源夢想。國際熱核聚變實驗堆計劃是當今世界規模最大、影響最深遠的國際大科學工程,我國于2006年正式簽約加入該計劃。

看名字就知道,它本質就是個核反應堆。但為什么能夠叫做“人造太陽”呢?那是因為,太陽產生能量是通過核聚變的方式。而 ITER 的“人造太陽”產生能量,原理正是模仿太陽核聚變的過程。所以從這個角度看,太陽和“人造太陽”,本質是一樣的。

可能有好奇寶寶會提問,咱們人類不是早就把核電站建出來了嗎,這個人造太陽有什么不同?稍微科普一下啦,它們本質上就不是同一個東西:

核裂變 → 現有的核電站

核聚變 → 太陽、“人造太陽”

現在的核電站,都是利用核裂變的原理來產生能量。但常見的核裂變反應原料,比如說鈾235,地球上的儲量非常稀少。并且,核裂變還會產生放射性的污染物。萬一操作不當,切爾諾貝利、福島核電站的慘況,咱們仍歷歷在目。而核聚變就很不一樣了,例如氘和氚的核聚變反應,原料能夠直接從海水中提取。核聚變最關鍵還是安全,只要結束對核的約束,反應立即停止。用一個詞來概括,那就是可控。與此同時,核聚變的核廢料污染還極小,甚至連碳排放都幾乎沒有……

這么一對比,“人造太陽”的優勢就很明顯啦。既然大家都知道,核聚變比核裂變要好,為什么不一開始就去研究核聚變呢?原因是:

“人造太陽”的條件很嚴苛

核聚變什么都好,唯一的缺點是,反應所需要的環境條件很苛刻:

超高壓、超高溫

天上的太陽,需要 2000 億個大氣壓的壓力,還有 1500 萬度的溫度,才能把氫原子聚變成氦原子。但在地球上,這條件,想都別想。于是科學家另辟蹊徑,地球搞不了超高壓力,咱們先把溫度搞上去。維基百科說,ITER 的“人造太陽”,最佳反應速率是在發生在大約在 100000000K 的溫度下。換算成咱們常見的攝氏度,那就是接近 1 億攝氏度。

這就是為什么“人造太陽”的研究舉步維艱。

So,在這個背景下,ITER 成立了,希望造出一個東西滿足上面說到的條件,于是“人造太陽”的想法出現。

這堪稱人類現代奇跡的工程,咱們國家也是其中一個成員國。整個“人造太陽”,足足有 100 多萬個部件,它們由各個成員國研發、制造,最后才組裝起來。不夸張的說,就是現代的一次壯舉。

為什么要建人造太陽?

給大家看兩個數據:

ITER 項目的核電站將產生大約 500 兆瓦的熱能。如果持續運行并接入電網,產生的能量將轉化為大約 200 兆瓦的電能,足夠 20 萬戶家庭使用。

商業核聚變電站可能采用稍大一點的等離子體室,一座電站可以提供的電力相當于 ITER 的 10 到 15 倍。一座 2000 兆瓦的核聚變電站可以為 200 萬戶家庭供電。

第一個是這次“人造太陽”的實驗數據,第二個是如果實驗成功,未來核聚變電站商業化后,一座電站就能滿足 200 萬戶家庭供電。


PART 02 西電貢獻

為“人造太陽”貢獻中國智慧和中國力量

中國西電承擔了“人造太陽”項目14臺整流變壓器、14組GW4-72.5隔離開關、42臺66kV避雷器產品的研制安裝任務,公司上下高度重視“人造太陽”項目,從2012年接到項目訂單開始,就統籌安排、精心組織該項目產品的研制工作,并高質量履約。

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▲中國西電研制的部分整流變壓器產品完成現場安裝


ITER項目用整流變壓器對技術水平、生產環境、工藝設計標準的要求非常高,需要頻繁承受短時過負載運行工況的要求;閥側采用大電流非同相逆并聯的出線結構;冷卻介質第一次選用高燃點、高粘度、環保無害、低噪音、100%可回收再利用的硅酮變壓器油;同時還要連同外接封閉母線、極向場變流器共同承受額定負載下的溫升試驗、動熱穩定試驗等。為此,公司所屬西電西變在已有成熟的整流變壓器設計制造技術的基礎上,整合技術、制造、質量控制、產品試驗等方面的優質資源,進行科研攻關、自主創新,精益求精、精心打造,最終研制成功14臺ITER項目極向場整流變壓器。其主要用途就是將66kV網側進線電壓,轉變為1.05kV的閥側電壓輸送給變流器,與其共同完成熱核聚變實驗堆極向場電源電壓的交、直流轉換。自2016年以來,中國西電集團共分5批次將這14臺整流變壓器陸續發往法國南部,先后共派出現場安裝人員8人次,目前有2人在法國南部現場進行安裝工作,預計2020年底現場安裝工作全部結束。


▲中國西電集團研制的隔離開關產品

ITER項目用GW4-72.5型隔離開關是雙柱水平開啟式戶外高壓電器,用于額定電壓72.5kV的電力系統中,供高壓線路有電壓無載荷換接以及對被檢修的高壓母線、斷路器等電器設備與帶電高壓線路之電器隔離用,該產品采用雙柱水平旋轉式結構和高強度的底架和絕緣子,結構合理,可靠性高;同時采用了U形觸頭,保證了產品的通流能力。由于該產品是首次應用在核電項目中,公司所屬西開有限高度重視,從工程提圖確認、技術投入、生產成套、出產試驗等環節指定專人負責,多次組織項目評審會和技術評審會,在原有產品的基礎上,根據國外標準及應用場景,增加鋼支架高度、優化包裝運輸方案,并按照客戶要求,按時完成所有產品的研制任務。目前,前十三組產品已經抵達用戶現場,并根據現場進度做了安裝準備工作。中國西電集團將全力克服任務重、工期緊、疫情影響的多重壓力,派出經驗豐富、技術過硬的技術人員前往現場進行技術指導和服務工作。

ITER項目用66kV避雷器由避雷器元件、上下連接金具及計數器等組成,考慮到產品的安裝、運輸及現場環境等諸多因素,為提高避雷器的機械性能和電氣性能,保證產品使用的可靠性,公司所屬西電避雷器采用110kV避雷器產品結構組裝為66kV避雷器。避雷器避雷器元件由具有優良伏安特性氧化鋅電阻片串并聯組裝并通過彈簧壓緊封裝在外套內,避雷器帶有壓力釋放裝置,當避雷器內部發生短路故障時,能可靠釋放內部壓力。外套采用大小傘防污結構,具有良好的防污性能。避雷器選用具有非線性伏安特性、良好的老化特性、大電流能力的氧化鋅閥片,在持續運行電壓下避雷器具有極高的電阻;在過電壓作用下,避雷器呈低阻性,其端子間電壓被限制允許的范圍內,從而可靠地保護設備免受過電壓破壞。中國西電集團將于9月初派專業人員前往法國現場指導安裝。

中國西電將勇于擔當,與國際工程建設者齊心協力,堅定信心、攻堅克難,保質保量完成任務,為“人造太陽”順利推進貢獻中國智慧和中國力量。

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