核聚变电源行业分析:核聚变装置的动脉系统,受益于核聚变加速浪潮.pdf

  • 上传者:风****
  • 时间:2025/06/18
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核聚变电源行业分析:核聚变装置的动脉系统,受益于核聚变加速浪潮。电源系统是托卡马克装置的核心设备之一。核聚变电源系统主要任务 是:(1)提供能量;(2)产生磁场;(3)供电与保护。电源系统主要 组成包括:稳态和脉冲高压变电站、磁体电源系统、辅助加热系统、 电网。电源系统也是托卡马克装置的重要成本项。在 ITER 实验堆阶段: 加热系统与电流驱动等电源系统成本占比 7%。在 DEMO 示范堆阶段, 加热系统与电流驱动等电源系统成本占比 8%。

磁体电源系统:产生核聚变磁场的核心装置。磁体电源系统包括 400kV 的高压变电站、磁体变流电源(AC/DC 变流器)、无功补偿、直流开 关网络、泄放回路以及其控制系统等。其中,变流器电源系统是核聚 变装置实现成功且安全磁约束聚变反应的关键;脉冲高压变电站主要 实现电力传输功能;无功补偿和滤波系统是稳定电网电压的必要装置, 目前主要以 SVC 和调谐滤波器共同组成。。

辅助加热电源系统:实现核聚变反应所需温度的必要装置。为了实现 聚变点火、维持等离子体的自持燃烧,等离子体温度必须达到 10 keV 以上。因此,必须采用辅助加热手段对等离子体进行进一步加热。目 前常见的辅助加热手段有射频加热与中性束注入加热。其中,射频加 热根据共振频率及主要作用对象的不同分为:离子回旋共振加热 (ICRH)、低混杂波共振加热(LHRH)、电子回旋共振加热(ECRH); 中性束注入加热(Neutral Beam Injection Heating,NBIH)是辅助加 热手段中效率最高的一种。高压电源是辅助加热系统的核心部件和技 术难点之一,其性能与辅助加热系统的性能密切相关。基于 PSM 技术 的高压电源结构简单,效率高,电压调整范围宽、精度高,输出电压 纹波小,便于容量升级,是当前国内外辅助加热高压电源的主流方案。

储能系统:解决核聚变有功功率补偿的较优方案。增加电网容量、加 装脉冲发电机以及加装储能原件是解决当前有功功率补偿的常用方 案。然而,增加电网容量不具备经济性,加装脉冲发电机发电时间短、 维护成本高,而储能技术在解决功率冲击问题上的优势明显。聚变冲 击补偿需求兼具能量型和功率型储能特征,锂离子电容器作为混合电 容方案,可以将锂离子电池的高能量与双电层电容器的高功率密度相 结合,或将成为核聚变储能较优方案。

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