EO

140 MW om plasma te verhitten

20 maart 2018 om 10:53 uur

Artist impression van de constructie van de Iter-tokamak met als referentie recht onderin de afbeelding van een persoon. Credit © ITER Organization

Het bedrijf Ampulz in Coevorden heeft onlangs een aanbesteding gewonnen om voor het Max-Planck Institut für Plasmaphysik in Duitsland een 140 MW gelijkstroomsysteem te ontwerpen en te leveren. Hun ambitie? Deze technologie inzetten voor een modulair systeem om energie te dirigeren in elke gewenste richting.

 

Door Erwin Lenten

 

Met de zon als het grote voorbeeld wordt al vele jaren onderzoek gedaan naar de mogelijkheden en praktische toepassingen voor het gebruik van kernfusie. Dit gebeurt veelal onder de paraplu van het internationale project Iter (zie kader). Wetenschappers gebruiken daar zogenaamde tokamaks voor, ‘donutvormige' reactoren waarin waterstofgassen gedurende enkele seconden worden verhit tot een plasma van miljoenen graden. Supergeleidende magneten worden tot -269 graden afgekoeld en genereren een sterk magnetisch veld om het geïoniseerde plasma in de tokamak te laten circuleren, waarbij het niet de metalen wanden raakt. Het voedingssysteem van Ampulz zal de energie leveren die voor het verhitten en het modeleren van het plasma nodig is.

 

Uitbreiding voedingsinstallatie

Het Max-Planck instituut, dat met hun onderzoek bijdraagt aan de voorbereidingen van het Iter-project, wil de komende jaren de plasma-verhittingstijd verlengen tot 10 s voor hun tokamak. Deze dient als opstap naar de uiteindelijke Iter-tokamak. Naast een langere verhittingstijd is er ook behoefte aan een betrouwbaar systeem met een geringe kans op storingen. Door deze eisen vormen de voedingssystemen steeds meer de limiterende factor voor de huidige tokamaks.

 

Het Max-Planck Institut für Plasmaphysik (IPP) wil daarom de huidige voedingsinstallatie voor hun eigen tokamak uitbreiden. Via een openbare aanbesteding zijn de daarvoor benodigde eisen als een functionele specificatie beschreven en nu is het aan Ampulz om dit op basis van hun winnende ontwerp te realiseren. Ampulz maakt zelf het ontwerp en voor de realisatie werkt het bedrijf als hoofdcontractor samen met zo'n dertig toeleveranciers. Eind 2019 zal het nieuwe systeem dan getest en wel in Duitsland beschikbaar moeten zijn voor onderzoek bij IPP.

 

Belangrijkste functies

In de specificatie zijn een aantal belangrijke functies opgesteld waaraan het nieuwe systeem moet voldoen voor het optimaliseren van het blindstroomverbruik en voor een vier kwadrantenbedrijf zodat het plasma in de tokamak zo goed mogelijk kan worden verhit en worden afgekoeld. Ampulz zal het systeem ook voorzien van een nieuw digital control en data-acquisition platform. Dat moet in hoge mate modulair zijn opgebouwd om bestaande AD-converters te kunnen vervangen in geval van storing en zodra er nog strengere eisen zullen gelden voor de gewenste verhittingstijd.

 

Het nieuwe digitale control platform regelt de aansturing van het nieuwe voedingssysteem. Dit platform bestaat uit een verzameling PCB's die met glasvezel gegevens uitwisselen. Om de veiligheid en consistentie van foutafhandeling te garanderen worden voor bijna alle functies (steeds goedkoper wordende) FPGA's gebruikt. Zo kan de benodigde processing voor een applicatie gedecentraliseerd worden. Het platform verwerkt de metingen van een ADC direct om vervolgens gebruik te maken van de maximale sample snelheid en om in staat te zijn om een hogere regelbandbreedte te kunnen halen.

 

De 1000 Mbit fysieke laag (volgens het OSI-model) van de IEEE Ethernetstandaard zorgt voor de uitwisseling van de data tussen de verschillende PCB's. Daar bovenop draait een eigen protocol van Ampulz dat voorziet in de benodigde snelle responsetijd en real-time karakteristieken.

 

Er zijn meer dan vijftig PCB's nodig om alle meetgegevens voor de besturing te verwerken. Maar dankzij de schaalbaarheid van het control platform kan Ampulz een project als dit voor het IPP aannemen.

Die schaalbaarheid en het real-time gedrag van het nieuwe control platform is een belangrijk element voor toekomstige functionaliteit. Het biedt nieuwe mogelijkheden in decentrale distributie en opslag van energie. De meerderheid van de PCB's zijn ADC-functies die met drie Msample/s 8 kanalen tegelijkertijd metingen uitvoeren om de werking en veiligheid van het systeem te waarborgen. Het IPP kan echter als klant gebruik maken van de normale ethernet verbinding om live meetgegevens binnen te krijgen van het systeem.

 

Nieuwe toepassingen

De ontwikkeling van het nieuwe control platform biedt de mogelijkheid nieuwe hoogwaardige technologie te ontwikkelen ten behoeve van nauwkeurige energy flow control. Een voedingssysteem met 4 kwadrantenbedrijf maakt het mogelijk om naast positieve en negatieve energiestromen ook blindstroomcompensatie te regelen in Q1, Q2, Q3 en Q4-bedrijf.

 

kwadHet 4 kwadrantenbedrijf

 

Ondanks dat het systeem voor IPP zeer geavanceerd wordt qua control, vraagt de applicatie vanwege de grote stromen om traditionele schakeltechnieken met thyristoren en nulpunts-thyristoren voor blindstroom optimalisatie. Thyristoren zijn qua prestaties bij hoge vermogens nog steeds niet te evenaren met nieuwere technologieën zoals IGBT's en SiCFET's.  Echter, bij lagere vermogens tot 10MW is het mogelijk de thyristoren te vervangen door bijvoorbeeld IGBT's in een Active Front End (AFE) configuratie. Hiervoor kan hetzelfde control platform worden gebruikt. Een AFE is een bi-directionele AC- naar DC-converter die een vergelijkbare functie vervult; het kan AC-energie uit het net halen, bufferen en terugleveren aan hetzelfde net of aan een ander net, op elk gewenst moment. Technologie die relevant is voor het regelen van elektrische energiestromen in iedere gewenste richting, bijvoorbeeld opslag in accu's of naar lokale gebruikers die daar om vragen.

 

De regelprincipes en functionaliteit die binnen het IPP project worden geïmplementeerd vormen daarmee direct een basis voor AFE-toepassingen. Daarmee komen kennis en functionaliteiten vanuit het IPP-project direct beschikbaar voor andere hoogvermogen DC-applicaties waarbij modulariteit, decentrale regeling en specifieke implementatie ter voorkoming van netvervuiling een grote rol spelen.

 

www.ampulz.nl/

 

Video's

Robot kan willekeurige, onbekende objecten oppakken

Robot kan willekeurige, onbekende objecten oppakken

Aan MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) heeft men een robot…

3D-print je eigen Terminator schedel, compleet met bewegende ogen en kaak

3D-print je eigen Terminator schedel, compleet met bewegende ogen en kaak

Het kost even 70 uur printen, en dan nog even schuren (weer ongeveer 70 uur), maar dan heb je ook…

Duitse architect ontwerpt kam om oceaan plasticvrij te maken

Duitse architect ontwerpt kam om oceaan plasticvrij te maken

Pacific Garbage Screening (PGS) is een nieuwe oplossing om uiteindelijk tot schone oceanen te komen.…

Batterijloze drone vliegt hele dagen op zonne-energie

Batterijloze drone vliegt hele dagen op zonne-energie

Een team van de universiteit in Singapore heeft een quadrocopter gebouwd die urenlang in de lucht…

 Is die helm echt nodig?

Is die helm echt nodig?

De 1500 kg zware Bugatti Chiron van Lego is niet alleen gemaakt op ware grootte, hij rijdt nog ook.…

Meer videos »

Laatste nieuws

Onderbezetting, weinig investeringen en menselijke fouten bedreigen cybersecurity in industrie

Onderbezetting, weinig investeringen en menselijke fouten bedreigen cybersecurity in industrie

Volgens Kaspersky Labs onderzoek ‘State of Industrial Cybersecurity (ICS) 2018’ zijn onderbezetting, gebrek aan investeringen en menselijke fouten de belangrijkste bedreigingen voor de digitale veiligheid van vitale…

Feda stelt werknemers van de toekomst centraal tijdens WoTS

Feda stelt werknemers van de toekomst centraal tijdens WoTS

Feda reikt tijdens WoTS de Young Professional Award uit. Daarnaast grijpt de vereniging de beurs aan om haar Technische Leergang nummer 10 te presenteren.

InMotion wil als eerste E-team aan Le Mans meedoen

InMotion wil als eerste E-team aan Le Mans meedoen

TU/e-team InMotion heeft de mock-up onthuld van de Vision: de elektrische raceauto waarmee ze in 2023 willen deelnemen aan de 24 uur van Le Mans. De auto moet in twee minuten volledig kunnen opladen, iets waar huidige…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

13 september 2018, Utrecht

Leiderschapsontwikkeling voor ingenieurs

Voor een succesvolle carrière in de techniek is het steeds belangrijker dat je, naast actuele kennis van...

18 september 2018, Breda

SIL & PL Specialist, machine safety met TÜV persoonscertificaat

Dé 6-daagse opleiding over functionele veiligheid! In deze praktijkgerichte training leren cursisten...

19 september 2018, Eindhoven

Data-analyse en toegepaste statistiek

Data is overal. De kunst is om daaruit belangrijke verbanden en trends te halen.

Meer agendapunten »