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

Sponsored content - Pilz' nieuwe trainingen voor 2019

Sponsored content - Pilz' nieuwe trainingen voor 2019

De trainingen van Pilz zijn al jaren gericht op het aspect: doen. Alle trainingen zijn…

Anymal: de bot die plants inspecteert

Anymal: de bot die fabrieken inspecteert en boeven vangt

Anymal is een hond-achtige robot die geschikt is voor zware industriële omgevingen, zoals…

Robot ruimt je troep op

Robot ruimt je troep op

Het Japanse bedrijf Preferred Networks heeft een robot ontwikkeld die zelfstandig een ruimte kan…

Waarom drones verboden zijn bij vliegvelden

Waarom drones verboden zijn bij vliegvelden

Het is verboden om nabij vliegvelden met drones te vliegen. Dit filmpje van de universiteit van…

Kleine vliegende drone verplaatst grote gewichten

Kleine vliegende drone verplaatst grote gewichten

Een klein vliegend botje dat op onmogelijke plekken kan komen, is natuurlijk sowieso al handig, maar…

Meer videos »

Laatste nieuws

Mini-documentaire over 30 jaar open internet (video)

CWI viert 30 jaar open internet met mini-documentaire (video)

Op zaterdag 17 november om 14.28 uur is het exact dertig jaar geleden dat Nederland als eerste land in Europa werd aangesloten op het Internet. Systeembeheerder Piet Beertema van het Centrum Wiskunde & Informatica …

Chinees vraagt vooral ruimtelijk inzicht

Chinees vraagt vooral ruimtelijk inzicht

Goed nieuws voor techneuten met de ambitie om nog eens een tijdje in het land van de rijzende zon door te brengen. Chinees blijkt namelijk relatief gemakkelijk te zijn voor mensen met een goed ruimtelijk inzicht.

Utrechtse natuurkundigen bouwen fractalvorm van elektronen

Utrechtse natuurkundigen bouwen fractalvorm van elektronen

Het is bekend dat elektronen zich heel anders gedragen in drie dimensies (kubus), twee dimensies (vlak) of één dimensie (draad). Die gedragingen creëren verschillende mogelijkheden voor technologische toepassingen en…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
NIEUW! Pilz Veiligheidslaserscanner PSENscan

Met de tweedimensionale veiligheidslaserscanner van Pilz, de PSENscan, beveiligt u gevarenzones optimaal.

Agenda

13 november 2018, München

Electronica 2018

Inside tomorrow

13 november 2018, ‘s-Hertogenbosch

Week van de Oppervlaktetechnologie

De Week van de Oppervlaktetechnologie vindt dit jaar plaats van 13 tot en met 15 november 2018 in de...

14 november 2018

Precisiebeurs 2018

Op de Precisiebeurs tref je kennis om op het hoogste niveau en volgens de hoogste kwaliteitseisen te...

Meer agendapunten »