Construction, installation, production, coordination et communication des participants de différents pays - tout cela a été rapidement reconstruit à mesure que la situation changeait et, par conséquent, l'avancement du projet en 2020 était très impressionnant. Le projet a également eu de la chance avec un financement, donc, le principal à la traîne - les États-Unis, ont augmenté financièrement en 2020 les injections dans le projet encore plus élevées que leurs obligations directes, couvrant les dettes accumulées au cours des années précédentes. Tout cela a conduit à un progrès technique impressionnant, dans lequel nous allons plonger.
Construction
La rubrique «construction» occupait autrefois au moins la moitié de la totalité du texte annuel, mais maintenant son temps est clairement écoulé, après l'achèvement de la partie construction du projet. Fin 2020, 16 des 18 bâtiments du «minimum de démarrage 2025» ont été mis en service et la construction de 17 a commencé - le bâtiment de contrôle, où seront implantés ITER MCC et l'infrastructure informatique. Néanmoins, il faut noter l'événement principal qui a eu lieu en 2020 - l'achèvement du «bâtiment tokamak».
8 janvier 2020 - Les constructeurs finissent les structures métalliques de la superstructure du tokamak et commencent le revêtement. En conséquence, l'écart par rapport au calendrier 2015 était d'environ 6 mois.
Ce bâtiment est le centre de tout le complexe, l'installation la plus lourde et la plus complexe construite. 120x90 mètres en plan, 7 étages verticalement, ~ 300 mille tonnes de poids, ~ 250 millions d'euros, dont la construction a duré environ 7 ans.
Décembre 2013 - début du coulage du sol du sous-sol inférieur du complexe tokamak.
La dernière structure métallique couvrant le hall du réacteur et fournissant un chemin pour les ponts roulants grandioses a été assemblée en six mois seulement, et en février 2020, le démantèlement du mur temporaire entre le hall de pré-assemblage et le bâtiment tokamak a commencé. Le 30 mars, un jour avant la date limite, une paire de ponts roulants d'une capacité de levage de 1 500 tonnes est entrée dans le bâtiment tokamak, le reliant officiellement à un voisin.
Les grues avec ~ 1000 tonnes de charge d'essai sont conduites du bâtiment de pré-assemblage dans le hall du réacteur pour la première fois.
Il convient de noter que deux ailes sont étroitement attachées au bâtiment tokamak - un bâtiment de diagnostic du sud-ouest et un bâtiment de l'usine de tritium du nord-est. Le premier a été achevé en 2018 et s'est installé depuis lors, mais le bâtiment en tritium a gelé au niveau du sol de l'étage L2 à peu près au même moment, en 2018. Les raisons n'ont pas été annoncées, mais je soupçonne qu'une autre refonte des systèmes est à blâmer. Cependant, le tritium dans le projet ITER ne sera pas nécessaire avant 2030, il reste donc encore du temps pour l'achèvement.
Montage et installation
En 2020, sur le site de Cadarache, les travaux d'assemblage et d'installation des éléments des systèmes ITER se sont sensiblement multipliés, de l'électrique banale à des pièces très spécifiques du futur réacteur - par exemple les cryo-écrans. Mais tout d'abord.
Un rendu d'un bâtiment tokamak avec tout (ou presque) la saturation. Vous pouvez voir les lignes beiges des chemins de câbles, les lignes jaunes pour les jeux de barres et la commutation, les lignes bleues pour l'eau de refroidissement, les lignes bleues pour la cryogénie, les lignes vert pâle pour la ventilation, les lignes vert foncé pour les équipements scientifiques, les lignes rouges pour les systèmes de chauffage, etc.
Tous les systèmes ITER spécialisés, tels que les convertisseurs d'énergie magnétique, le chauffage électron-cyclotron à micro-ondes ou les ensembles de diagnostic, dépendent de systèmes de service plus basiques, dont quatre peuvent être distingués: alimentation électrique, évacuation de la chaleur, alimentation en cryo-fluides et vide. Il est bien évident que sans l'introduction de ces sous-systèmes, il est impossible de mettre en service tout le reste. Le plus élémentaire, évidemment, est l'alimentation électrique, sans laquelle ni l'évacuation de la chaleur, ni une cryo-installation, ni des pompes à vide ne fonctionneront. En 2019, un appareillage de commutation de 22 kilovolts a été mis en service, ce qui est responsable d'environ 110 mégawatts de consommateurs, principalement pour les charges de service.
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Load Center 14, 2020 .
En 2020, la création de ce sous-système s'est poursuivie avec la construction et l'installation de centres de charge - appareillages d'entrée locaux situés à proximité des principaux consommateurs (cryocombine, systèmes de dégagement de chaleur, chauffage RF et bâtiments de pré-assemblage). Le serrage des câbles grand public a également été réalisé.
Une photo sombre d'un canal souterrain dans lequel vous pouvez voir beaucoup de câbles de 66 kilovolts posés allant aux consommateurs. En général, ITER possède environ 3 km de ces galeries souterraines.
La deuxième partie du système d'alimentation est le «système d'alimentation à charge variable» PPEN, qui comprend principalement des systèmes de chauffage et de contrôle du courant dans des aimants. Au moment du coup de plasma, cette partie absorbera jusqu'à 500 mégawatts de puissance du réseau national, tandis que jusqu'à 2 gigawatts de puissance instantanée circuleront à l'intérieur du système magnétique. Ici, en 2020, un grand appareillage ouvert de 66 kilovolts a été installé, des câbles ont été tirés vers les principaux consommateurs (convertisseurs magnétiques et un bâtiment de chauffage par radiofréquence), et un équipement pour une station de commande de puissance réactive a été installé, en fait, un ensemble de condensateurs commutés et d'inducteurs qui échangeront de l'énergie avec des bobines supraconductrices géantes. Aimants ITER, réduisant la charge sur le réseau national français.
Bâtiments de convertisseurs magnétiques en cours d'installation d'équipement.
Allée de mesure des transformateurs de courant et des assemblages de condensateurs des filtres actifs du système de compensation de puissance réactive.
La disponibilité du sous-système «électricité» a permis en 2020 de faire des progrès significatifs dans l'installation du plus gros consommateur d'électricité - le système de dégagement de chaleur.
Lors des expériences thermonucléaires les plus puissantes, ce système recevra jusqu'à 1150 mégawatts de chaleur thermonucléaire et de chaleur des mécanismes et des systèmes. La chaleur sera évacuée à un taux de 500 à 600 mégawatts via 10 tours de refroidissement à ventilateur, et la différence sera tamponnée dans une piscine chaude et froide. Sur l'ensemble du site ITER, les conduites de trois boucles de liquide de refroidissement ont déjà été prolongées, fournissant environ 10 points d'échange thermique avec de l'eau froide.
Comme il y a un an, les photographies des premières unités d'équipement installées étaient très agréables, en fin d'année elles plaisent aux yeux avec des tests fonctionnels de cet équipement. La photo montre une piscine d'eau froide sous les tours de refroidissement.
En novembre, les bassins d'eau ont été contrôlés avec succès pour détecter les fuites et en décembre, la mise en service d'un complexe assez complexe de 27 pompes, 20 échangeurs de chaleur, un système de traitement de l'eau, des centaines de capteurs, des dizaines d'actionneurs de vannes avec une consommation totale allant jusqu'à 67 mégawatts a commencé. Il est prévu qu'au 1er semestre 2021, ce système soit prêt à servir certains consommateurs, en particulier la cryocombine, un autre système de service important d'ITER.
Le cryocombinant ITER sera la plus grande cryo-installation groupée au monde (le cryosystème du LHC est encore plus grand, mais il est divisé en plusieurs blocs). Il se compose d'un parc de réservoirs de gaz et de réservoirs de cryoliquides, d'un générateur d'azote, de 2 compresseurs d'azote, de 2 colonnes de liquéfaction d'azote, de 18 compresseurs d'hélium organisés en 3 lignes, de systèmes de purification d'hélium à partir d'huile et d'eau et, comme le summum de tout cela, de trois boîtes à vide pour la liquéfaction de l'hélium.
2 "boîtes froides" sur 4 du cryocombinant - cuves à vide avec équipement de liquéfaction de l'hélium situées à l'intérieur - échangeurs de chaleur, circulateurs, évaporateurs, turbo-détendeurs, etc.
À partir d'une liste des principaux blocs, il devient clair que le nombre de canalisations de raccordement sera hors échelle et que la mise en service ne sera pas rapide. En particulier, en 2020, les installateurs ont installé ~ 800 sections de canalisations cryogéniques uniquement dans la cryocombine (il n'y a pas d'informations précises pour les canalisations «chaudes», mais je pense qu'il n'y en a pas moins). En 2020 également, il y a eu un resserrement des câbles d'alimentation et de commande, l'installation d'électronique de puissance. Dans la seconde moitié de 2021, on peut s'attendre au démarrage du cryocombinant - juste au moment où le système de dégagement de chaleur pourra recevoir la chaleur des compresseurs en fonctionnement (jusqu'à 30 mégawatts en pointe).
Un détail intéressant est au premier plan 5 radiateurs électriques d'une capacité totale de 800 kilowatts, qui sont nécessaires pour réchauffer rapidement les aimants supraconducteurs à température ambiante lorsque l'installation est arrêtée pour maintenance.
Il y a vraiment une chose mais - entre la cryocombine et la construction du tokamak, un viaduc devrait être posé, là où passeront des canalisations avec des caloporteurs cryogéniques. Mais, sa construction n'a même pas encore commencé et il n'y a pas encore de consommateurs dans le bâtiment tokamak. Donc avant ~ 2023, nous ne verrons aucun avantage de la cryocombine.
Malgré la complexité apparemment prohibitive - l'ensemble de la cryocombine est assemblé à partir de systèmes industriels prêts à l'emploi, c.-à -d. il y a juste BEAUCOUP de tout, mais du moins pas au bord de la fantaisie.
L'un des principaux consommateurs de cryotempératures sera le système de vide ITER. C'est la quatrième baleine «de service» sur laquelle fonctionne le tokamak. Par exemple, l'acceptation complexe des aimants supraconducteurs et de tous les équipements du réacteur commencera par l'évacuation. Malheureusement, à la fin de 2020, c'était le système le plus en retard en termes d'installation. À l'automne 2020, les installations de montage de canalisations sous vide viennent de commencer, mais fondamentalement tous ses éléments sont à différents stades de production. En particulier, des pipelines, des vannes d'arrêt, des vannes sont activement produits, des boîtes de jonction et des armoires, une partie des pompes à vide standard ont été commandées. La production de pompes non standard est également en cours - pompes de cryosorption de première ligne, pompes de cryocondensation qui sépareront les isotopes de l'hydrogène et de l'hélium.Le développement du système de surveillance et de détection des fuites le plus important est en cours, pour lequel IDOM, 40-30 et Gutmar ont obtenu un contrat en 2020
Un ensemble d'analyseurs de gaz pour les gaz résiduels d'un volume de vide et des sources externes d'hélium / détecteurs d'hélium à l'intérieur devrait détecter et localiser les fuites de vide.
Cependant, assez sur le banal. Jetons un coup d'œil à des choses plus uniques. En 2020, l'installation des jeux de barres du système d'alimentation à aimant supraconducteur a commencé. Il s'agit de jeux de barres en aluminium d'une section de 100x160 à 400x700 mm avec refroidissement actif par eau, de seulement deux bâtiments de conversion magnétique aux entrées tokamak, 24 lignes de jeux de barres doubles doivent être prolongées. Il est à noter que ces gaines bus, leurs connexions et supports, les équipements de commutation sont fabriqués en Russie dans le cadre d'une contribution au projet. C'est gratifiant de voir du matériel "live", et même un tel visuel :)
Les trois dernières photos sont des lignes de jeu de barres au sous-sol du bâtiment de diagnostic (annexe du bâtiment tokamak), où se trouveront certains des équipements de commutation.
En 2020, l'installation des jeux de barres dans le bâtiment du convertisseur et à l'étage inférieur du bâtiment tokamak était presque terminée. Ahead est l'installation de sections verticales dans les puits du bâtiment tokamak, au dernier étage et sur deux ponts qui relieront tout ensemble.
Et c'est ainsi que les lignes de jeu de barres commencent dans le bâtiment de conversion magnétique - depuis les convertisseurs (seuls les inducteurs de découplage et un cavalier actif sont visibles) et à travers le pont jusqu'au bâtiment de diagnostic.
De plus, en 2020, des sections de cryoline, de ventilation et de climatisation, des tuyaux de refroidissement par eau, des chemins de câbles et des centaines de supports pour tout cela étaient en cours d'installation dans le bâtiment tokamak. En général, l'installation des systèmes dans le bâtiment tokamak a officiellement commencé.
Sans ventilation et climatisation, il ne sera pas possible de démarrer au moins les armoires électroniques de commande, donc l'installation de ce système à l'avance plaît.
Un autre jalon, petit mais important, a été la remise à ITER d'un atelier auxiliaire pleinement opérationnel (bâtiment B61). Il existe des systèmes de préparation d'eau déminéralisée, d'air comprimé et d'azote, des refroidisseurs fournissant de l'eau à une température de 10 degrés, etc. Ce bâtiment a été le premier achevé sur le site (en 2016), c'était aussi le premier dans lequel tous les systèmes ont été installés (début 2019), et maintenant il est entièrement mis en service.
B61 dans le coin supérieur gauche du cadre. Et sur la droite, au centre, vous pouvez voir une extension «bâtiment tritium» qui n'a pas été achevée sur 4 étages.
Et enfin - au principal «événement d'édition de 2020». Bien entendu, nous parlons du début de l'assemblage du réacteur lui-même dans son puits. Regardez cette vidéo, qui montre les principales étapes de l'assemblage du tokamak ITER:
Les 25 et 26 mai, après ~ un mois de préparation, la partie la plus lourde du réacteur - la base du cryostat (1250 tonnes!) A été déplacée dans le puits et abaissée en position de pré-conception, sur des vérins.
À la mi-avril, la base du cryostat a été tirée dans le bâtiment de pré-assemblage.
Ensuite, la géométrie réelle de l'espace a été mesurée à la base en béton et ~ 100 entretoises ont été faites pour niveler la base avec une précision de 2 mm de l'horizon. Et enfin, en juin, la première partie de la partie officielle du réacteur a été mise en place - des supports qui accepteront des charges verticales, horizontales et tangentielles au cercle, que la partie électromagnétique du réacteur partagera généreusement.
Il est intéressant de noter que l'installation de la pièce, lourde selon tous les canons du monde, a été gérée par des ingénieurs de la société chinoise "Rosatom" CNNC, qui en coopération avec les Européens a reçu un contrat pour l'installation de la section réacteur ITER.
Le 31 août, l'opération de transfert et d'installation du cylindre inférieur du cryostat a eu lieu, et le 2 octobre, des «parties» du cryostat ont commencé à être soudées les unes aux autres avec un joint de 90 mètres d'une section de 60 mm.
Pendant ce temps, dans la salle de montage préliminaire, l'activité sur la préparation des éléments suivants du tokamak se développait. En septembre, le premier des 9 secteurs de la chambre à vide a été installé pour la préparation. Jusqu'à fin 2020, des travaux étaient en cours pour supprimer la géométrie de précision du secteur, revérifier la densité du vide, souder les supports de centaines de capteurs pour les systèmes de diagnostic technique et scientifique, et installer les capteurs eux-mêmes et leurs câbles.
Début 2020, il est prévu d'incliner le secteur (pesant 440 tonnes) en position verticale et de l'installer sur un support de montage, où il sera entouré d'écrans cryogéniques sous vide puis connecté à deux bobines toroïdales.
Oh oui! Écrans Cryo. S'ils ne faisaient pas partie du projet ITER, il serait intéressant de proposer quelque chose comme ça. D'énormes structures argentées avec des dessins mystérieux dessus - quelle meilleure illustration d'un projet de science-fiction grandiose?
Section cylindrique inférieure de l'écran cryogénique externe. Sur la droite, vous pouvez voir les collecteurs à partir desquels l'hélium est distribué et collecté à une température de 80K.
Élément Cryoscreen séparant la chambre à vide chaude de l'aimant froid
En 2020, 2 des quatre sections du cryo-écran de la chambre à vide ont été préparées (et installées sur le support d'assemblage) et l'assemblage cylindrique inférieur était presque terminé, qui se tiendra à l'intérieur de la base du cryostat et protégera les aimants supraconducteurs de la chaleur du monde extérieur. Début 2021, cette section cylindrique devrait être installée à l'intérieur du cryostat, pour lequel l'équipement y est déjà installé.
La section enveloppée de l'écran cryogénique sur le support de montage, à l'aide de laquelle elle sera placée sur le secteur de la chambre à vide. En plus de cette partie, il y aura également une section intérieure de l'écran et deux de la même sur la gauche.
Fin 2020, l'installation de cryofeders du système magnétique a également commencé - des produits multimètres à travers lesquels le courant, les liquides de refroidissement, les signaux de mesure et de contrôle sont injectés dans un environnement cryogénique sous vide.
Système ITER cryo
-feeder sur le rendu ET l'élément feeder dans la réalité.
Enfin, je veux ajouter une petite mouche dans la pommade à cette piscine de miel. Déjà à l'œil nu, on peut voir le décalage derrière les plans. Ainsi, dans un premier temps, d'ici fin 2020, il était prévu d'installer 18 supports d'aimants toroïdaux (comme tout le reste dans ITER - des dispositifs complexes avec refroidissement actif et une caractéristique de rigidité intelligente) de la production chinoise.
Support toroïdal près de l'arbre du réacteur lors d'un test d'étanchéité.
De retour en 2019, les Chinois ont réalisé les 6 premiers supports et ont promis d'envoyer les 12 autres supports d'ici début 2020. Cependant, cette date limite est maintenant passée à février 2021 et affecte déjà directement le calendrier d'installation.
La bobine PF5, produite sur le site ITER dans une usine spéciale depuis 2017, est également à la traîne. En décembre 2020, un banc d'essai cryogénique vient d'être installé, ce qui signifie que nous ne le verrons pas en position de conception avant mai 2021, avec la date initiale en février.
Installation de PF5 dans un cryostat, début décembre 2020. Un détail intéressant pour moi est toute une armoire de diverses connexions électriques à PF5, qui est utilisée pour le test.
Ainsi, alors que l'installation se déroule mieux que les attentes pessimistes, mais pires que les optimistes, et que la date du premier plasma en décembre 2025 reste insaisissable.
Poursuite de la production de composants et R&D dans la deuxième partie.