《美国能源部推进普林斯顿等离子物理实验室旗舰设施诊断》

  • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
  • 编译者: 魏韧
  • 发布时间:2021-03-16
  • 美国能源部(DOE)提供2100万美元用于安装和操作普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)核聚变设备上的新型科学仪器。DOE表示,为期五年的资助将用于对国家球形托卡马克实验升级(NSTX-U)进行最先进的诊断,其目标着眼于探究关键物理问题,验证复杂的计算机模型,并为下一阶段聚变能源研究发展指明方向。来自美国10个机构的专家参与该工作。该设施正处于维修阶段,预计维修将持续到2021年5月,最晚到2022年7月。
    NSTX-U是一种球形托卡马克,为聚变反应提供燃料。研究表明,相比于传统托卡马克,NSTX-U可在反应器条件下更好地限制等离子体能量。
    普林斯顿大学机械与航空航天工程系的助理教授Egemen Kolemen领导团队为PPPL开发仪器,他计划开发Thomson散射系统,使其能够探测并实时控制NSTX-U上为核聚变反应提供燃料的等离子体的温度和相关关键特性。对球形托克马克的研究不仅为下一步设备的设计提供信息,而且可能为未来的聚变反应堆提供紧凑的设计路径。
    资金来源于NSTX-U的五年计划,计划列出了需要进行的等离子体测量工作以及实现这些测量所需的时间。
    近年来,聚变能研究中最重要的发展之一就是越来越多地使用复杂的计算机建模和仿真,以更好地了解等离子体的行为和聚变反应堆的运行。验证这些模型需要开发更复杂的诊断设备,这一计划将为此做出重大贡献。

  • 原文来源:https://www.pppl.gov/news/2020/09/doe-provides-21-million-advance-diagnostics-flagship-facility-pppl
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    • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者:魏韧
    • 发布时间:2021-03-16
    • 二十多年来,威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们开展Pegasus实验,推进聚变能源领域发展。目前,该项目正在改造升级,以期在美国能源部聚变能源科学办公室支持的国家聚变研究项目中发挥更大的作用。这项研究的最终目标是帮助降低未来聚变反应堆的成本和复杂性,提供丰富的清洁能源。 美国能源部向Pegasus聚变研究计划提供790万美元拨款和其他资助,使该计划的预算增加了一倍多。首席研究员Ray Fonck和他的团队将增加工作人员,并重新配置退役的Pegasus环形实验,将其转换为功能更强大的设施,并扩大科学计划。 这个实验称为Pegasus-III,全面升级的设施将提供一个美国专用的平台,研究启动等离子体的创新技术。它将成为国家聚变计划的一个独家组成部分,重点关注一个问题,即用强电流启动等离子体的最佳方法。从某种意义上说,他们正在致力于提供点燃未来反应堆中的聚变之火的方法。 Pegasus-III实验由一个紧凑的环状的托克马克组成,用来容纳非常高温的等离子体。世界上几乎每一个托卡马克式的聚变反应堆都使用磁感应技术驱动产生等离子体电流。然而,磁感应有其局限性——特别是在近似球形或紧凑的托卡马克中。它们的形状像一个有核的苹果,中心有一个小孔,而磁感应中心没有空间,因此紧凑型、球形托卡马克必须解决如何在没有磁感应的情况下启动兆安培电流的问题,这一问题已经被列入清单长达15到20年。即使是标准的大型托卡马克反应堆,如果能消除典型的感应磁铁(typical induction magnet),也将降低成本和复杂性。 包括Fonck在内的许多研究小组都在这一领域取得了部分进展,但还没有明确的成功者。现在,Pegasus-III实验成为国家聚变研究计划的比较试验场,研究人员将测试少数几个最有潜力的概念。他们最终将在美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的大型国家实验中实施最佳解决方案。 美国能源部的资助将提供磁场提高4倍的新磁线圈,提供高达250兆瓦脉冲电力的新电力系统、新的控制系统、新的加热系统和新的控制室,还将实现新的关键诊断功能。 华盛顿大学参与合作,提供另外的等离子体触发技术,其他的合作方还包括橡树岭国家实验室和普林斯顿实验室。 Pegasus-III的升级诊断技术使研究人员能够更多地了解等离子体中发生的事情。一个重要的能力是测量离子活性的能力。 考虑到不使用磁感应时电流的形成方式,他们使用了磁重联的过程。基本上打破磁场线的过程会加热离子,观察它们可以了解等离子体的许多细节以及驱动电流的过程。 与世界上其他大型托卡马克实验不同,实验中缺少等离子体磁感应启动的传统工具——螺线管中央磁感应器。这需要一些新的启动技术组合可靠地工作,使得研究项目更具风险性,也更令人兴奋。 一种新的无线电波系统将取代螺线管磁铁,完成维护等离子体电流的任务,新的实验还将包括诊断确定无线电波如何帮助驱动产生电流。 Pegasus升级的工作已经开始,但由于新冠肺炎疫情,目前建造活动被搁置。工作人员和学生们正在远程继续他们的设计、采购和项目协调工作,同时为未来的设施建造工作做准备。
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    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-03-16
    • 据外媒报道,美国能源部日前表示,将投资7500万美元建立一个国家级的储能技术研究与开发(R&D)设施,预计将在2025年开通运营。 这个名为Grid Storage Launchpad(GSL)的研发设施将设有30个独立研究实验室,其中包括技术原型测试室和其他测试实验室,这些实验室将在现实世界的电网条件下对各种储能技术进行测试,还将具有不同的团队可以在其中协作研究的工作区。 该研究室将特别关注加速低成本、长时储能系统开发和部署。GSL设施将由总部在华盛顿州里奇兰市的美国西北太平洋国家实验室(PNNL)上建造。美国能源部指定该实验室作为这个研发设施的运营方。华盛顿特区、非营利科技发展组织Battelle和美国西北太平洋国家实验室(PNNL)为该设施的建设提供资金支持。 美国西北太平洋国家实验室(PNNL)主任Steven Ashby说,“锂离子电池技术的发展和成熟花费了40年时间,但我们需要更快地开发出持续放电时间更长、成本更低的电池,以应对能源系统脱碳的重大挑战。GSL研发设施将通过完成开发和部署新的电网规模储能技术所需的工作来显著加快该过程。” 美国能源部(DoE)日前发布的公告只是标志着该设施设计和建造阶段的开始:接下来,美国西北太平洋国家实验室(PNNL)需要选择承包商来构建GSL研发设施。美国能源部指出,该设施的建设可能在今年晚些时候开始。 研发设施将推进清洁能源和储能技术发展和进步 最近任命的美国能源部长Jennifer Granholm在日前的一份声明中概述了构建GSL研发设施的优势。 Granholm说:“GSL设施将把来自美国各地的研究人员和行业厂商聚集在一起,对电网进行现代化改造,增加电网的灵活性,推进储能技术的发展,促进清洁能源的利用。部署新的电网技术意味着我们可以在电力系统上获得更多的可再生能源电力,支持不断增长的电动汽车,使我们的电网更加可靠、更具弹性,并确保清洁能源的未来发展。” Granholm一直以来倡导清洁能源事业的发展,在被任命美国能源部长之后的首次讲话中表示,美国将在未来四年内需要部署数百吉瓦的无碳能源,并表示这将为清洁能源的增长和减少二氧化碳的排放提供巨大的机会。 他在上任时还宣布,美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)也将获得大量资金,并且还恢复了贷款计划办公室的运行。Granholm指出,在美国前任总统特朗普执政期间,该办公室并没有开展工作。美国太阳能行业和清洁能源融资行业资深人士Jigar Shah被任命为该办公室的主任,负责监管为制造业、金融和下一代能源基础设施项目和技术提供的约400亿美元贷款。 美国储能协会在今年2月底对于Granholm的任命表示赞赏,并指出,Granholm长期以来一直在支持美国储能技术的创新、制造和部署。 美国储能协会表示,这项任命是在美国能源部在关键时刻作出的。最近的重要发展包括2020年底通过的法案,授权在五年内提供10亿美元用于储能技术的研究、开发和部署。美国总统拜登的一项行政命令指示立即审查电池和储能材料供应链,并启动“储能大挑战”计划,该计划为长时储能的开发商带来了竞争和希望。美国能源部还于2020年底发布了第一份关于储能系统的综合战略文件,其名称为《储能大挑战路线图》,以应对储能系统在技术和部署方面的挑战,并制定成本降低和改进技术的基准。此外,美国政府宣布重新加入有关气候危机的多边《巴黎协定》。 此外,英国最近也发起了一项类似于“储能大挑战”的倡议,将为储能技术提供6800万英镑(9490万美元)的财政预算,长时储能的开发商可以参与其中,这个计划名称为“更长时间的储能示范创新竞赛”。采用的电化学、热储能和“Power-to-X”储能技术需要证明持续放电时间至少为4小时或更长时间,持续放电时间越长,得分更高,其理想的目标是持续放电时间达到几天到几周,这项计划将一直持续到2025年。