Transcript Pizzuto
Italian ITER Business Forum 2014 La Partecipazione Italiana al Programma Internazionale sulla Fusione Aldo Pizzuto Direttore Unità tecnica Fusione ENEA Milano 26 giugno 2014 ENEA – agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile ENERGIA • Fusione • Fissione • Rinnovabili • Tecnologie avanzate per l’energia e l’industria SVILUPPO ECONOMICO SOSTENIBILE • Monitoraggio, prevenzione e Recupero Ambientale • Tecnologie ambiemtali • Protezione sismica • Radioprotezione • Sviluppo Sostenibile e Innovzione del sistema Agro-‐Industriale NUOVE TECNOLOGIE • Applicazioni delle radiazioni • Tecnologia dei Materiali • Modellis?ca per l’Energia e l’Ambiente • ICT Che cos’è la fusione? È la reazione: • all’origine dell’Universo • che alimenta il sole e tutte le altre stelle • che darebbe enormi vantaggi una volta ‘imbrigliata’ sulla terra La fusione è: intrinsecamente sicura - no melting down praticamente inesauribile - riserve per migliaia di anni - zero emissioni CO2, no attinidi, elio come cenere a bassissimo impatto ambientale strategica: elimina le tensioni geopolitiche sull’approvvigionamento energetico - combustibile’ diffuso uniformemente sulla crosta terrestre e nelle acque. La reazione D-T Fusione: ~ 3.5 MeV per Nucleone E’ una reazione nucleare in cui due nuclei leggeri (idrogeno) si fondono dando origine ad un nucleo più pesante (elio) con conseguente rilascio di energia Fissione: ~ 1 MeV per Nucleone Per 1GWe necessarie 9000 t di carbone/g (~40 GWe per l’Italia) con 30,000 t di CO2 e altri gas nocivi quali SO2 and NO2. Resa energe?ca un milionesimo delle fon? nucleari. Il Programma Fusione: le motivazioni Fabbisogno energetico mondiale IEA World Energy Outlook Le fon? principali restano quelle di origine fossile con impaWo devastante sull’ambiente (tra 30 anni l’emissione di CO2 raddoppierà) La fusione è ad emissioni zero e potrà competere sia per la produzione di eleWricità che per usi come la produzione di idrogeno Il Programma Fusione: le sfide Imbrigliare la fusione è una grande sfida scientifica-tecnologica-ingegneristica ed industriale che richiede un programma Ricerca di Fisica R&S tecnologico e ingegneria Fortemente interconnesso Industria Formazione e integrato su scala europea e mondiale IL CONTESTO: in ITALIA L’Italia è tra i principali artefici del programma fusione europeo e mondiale. ENEA è coordinatore nazionale del programma cui partecipano: -CNR -Consorzio RFX -Consorzio CREATE -Molte Università (tra cui Bicocca, PoliMi) In totale 600 tra ricercatori e tecnici °CNR Milano ° CRFX Padova ° PolitoTorino ° ° ENEA Brasimone Uni Firenze ° ENEA FRASCATI Roma Tor ENEA Vergata ° °Cassino Frascati Napoli ° ° Reggio Calabria ° °Catania …..in Europa La ricerca, destinata alla realizzazione dell’energia da fusione, fa parte del programma EURATOM, integrato attraverso: - Accordi di Associazione con EURATOM fino al 2013. - Consorzio EUROfusion in Horizon 2020 Nella Roadmap di Horizon 2020 per la fusione il coinvolgimento dell’industria è considerato un elemento strategico. Nel programma Fusione tutti i paesi EU più la Confederazione Svizzera …..nel mondo: ITER, una impresa senza precedenti Valore: 6.6 B€ per la sola Europa. (80% PIL e 50% popolazione mondiale) European Domestic Agency for ITER: Fusion for Energy (F4E) (Barcelona, Spain) Site: Cadarache (France) Il confinamento magnetico • riscaldare il gas di deuterio-trizio a 150-200 milioni di °C • mantenerlo in un’opportuna configurazione di equilibrio • evitarne il contatto con le pareti della camera di reazione Confinamento magnetico Il gas (plasma) è confinato in una camera a forma di ciambella mediante intensi campi magnetici prodotti da bobine magnetiche avvolte intorno alla camera stessa ITER Ciclo del reattore a fusione Combustibile: deuterio, litio - Prodotto finale: elio Deuterio : 1 g in 39 litri di acqua Litio : molto abbondante nelle rocce, oceani D+T! 4He +n Trizio: prodotto in ciclo chiuso nel reattore n + 6Li → 4He + T 100 l acqua (2.5 g deuterio) + 100 g li?o (7.5 g li?o-‐6) = -‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐-‐ 600 000 kWh termici 40% efficienza di conversione 240 000 kWhe (50 ton petrolio → ~150 ton CO2) La ‘road map’ Accompanying program FAST JT60SA Broader Approach Present machine DEMO Tore supra ITER JET FTU Alterna?ve concepts 2006 2040 2018 Materials EVEDA IFMIF ITER il prossimo passo , poi DEMO • per dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione per la generazione di energia elettrica in condizioni simili a quelle del reattore Guadagno di potenza JET 0.65 (1997) ITER 5 - 10 DEMO Reattore 30(pulsato) 50 (continuo) ITER Le Tecnologie • Magneti superconduttori a bassa temperatura • Materiali e componenti per alti flussi termici • Meccanica di precisione • Manutenzione remota, sistemi metrologici e sensoristica • Tecnologie del vuoto • Alimentazioni elettriche, elettronica & elettrotecnica • Sistemi di controllo impianti ed acquisizione dati • Progettazione (elettromeccanica, termoidraulica, nucleare) • Tecnologie per radiofrequenza • Tecnologie nucleari • Edilizia, impiantistica Sicurezza e protezione ENEA può supportare nella comprensione degli aspeb nucleari dell’impianto h\p://fus-‐se.frasca`.enea.it Competenze Sviluppate Fisica • Sperimentazione FTU&RFX • Potenza Addizionale per Hea?ng & Current Drive(LH, EC, IC and NB) • Teoria e Modellizzazione • Diagnos?che Tecnologia • Supercondulvità • Componen? per al? flussi termici • Manutenzione remota e metrologia • Neutronica • Materiali (struWurali, funzionali e fer?li) • Mantello fertile • Ciclo del combus?bile • ……… Ingegneria • Meccanica • Elettrica • Elettronica • Nucleare • Controlli • Sicurezza ed Impatto Ambientale PRINCIPALI ESPERIMENTI DI FISICA RFX-‐Pd Tokamak FTU ABC Chamber CNR-‐MI ECRH Lab. ITER -‐ un cuore targato Italia L’Italia sta oWenendo successi straordinari nella costruzione di ITER. I componen` più importan? sono sta? assegna? a industrie italiane con gare compe``ve a livello europeo (deWagli presentazione L. Biagioni). Questo successo, dovuto alla capacità tecnologica e imprenditoriale delle nostre industrie, è stato costruito nel tempo anche grazie alla collaborazione con en` di ricerca e alla partecipazione a progel di elevato contenuto tecnologico. Necessario me\ere a sistema questo esempio virtuoso e per questo serve il coinvolgimento di tul gli Stakeholder is?tuzionali e non. Dopo l’assegnazione dei grandi componen? si procederà con le gare per l’impian`s`ca: una ulteriore grande opportunità da cogliere. R&D con industria per ITER I Magneti ENEA ASG Componenti affacciati al plasma Anelli Precompressione Ansaldo Nucleare SIMIC ENEA Ansaldo Nucleare – SIMIC Ansaldo Nucleare – SIMIC ENEA DATA BASE NEUTRONICO FNG – Frascati Neutron Generator Validazione dati per i Data Base EFF/EAF Qualifica componenti funzionali (elettronica, fibre ottiche, etc.) Misure: n/g flusso & spettro, attivazione, Calore di decadimento W mock up Analisi Sensibilità/Incertezza basata su approccio probabilistico (Monte Carlo) e deterministico Manutenzione Remota e Sistemi visione/ Metrologia DRP Plagorm Step : - 1mm Step : - 2mm Step : - 3mm Radar Obco (laser) ITER First Wall accuracy < 0,5 mm Ciclo del combus`bile Reattore per la produzione di idrogeno d etanolo/ metanolo Rea\ore a membrana Pd-‐Ag per la separazione del Trizio Tri`um separa`on reactors based on Pd-‐Ag PRIMA: Facility Iniettori di Neutri - Consorzio RFX Pd Una Facility fondamentale per ITER Power Transmission Line at 1 MV SF6 Insulating gas HV Bushing 16.5 MW 9 m 0.03 Pa – 0.001 Pa Vacuum 2 NBIs (+1) Pbeam = 16.5 I = 40 V = 1 Tpulse = 3600 residual ion dump MW A MV s 15m Ion Source 5m ICAS: ENEA - TRATOS Cavi- CRIOTEC Spool cavo Linea cablatura Sez. Cavo SuperconduWore ConduWore con Jacket Bobine di campo toroidale di ITER Panckake bobina toroidale Forno traWamento SC AnsaldoNucleare A Finmeccanica Company Fornitura dei se\ori della Camera da Vuoto di ITER ITER VV – Hot forming of VV stainless steel plates (60 mm thickness) ITER VV – Assembly for welding trials ITER VV – Mock up of upper poloidal segment of VV Sector Interazione Plasma Parete ENEA, Ansaldo Nucleare, SIMIC CONSIDERAZIONI FINALI La Fusione in Italia è un caso di successo scien`fico, tecnologico ed industriale per aver saputo meWere a sistema in modo sinergico il seWore della ricerca, quello dell’Industria e dell’ Università, unico modo per competere e vincere in sistemi sempre più compe??vi e agguerri?. Questo straordinario successo potrà e dovrà consolidarsi se si saprà garan?re a quelle industrie che per competere necessitano di aggregarsi un supporto stru\urato per trovare le giuste sinergie. Questo patrimonio di conoscenze e di capacità organizza?va rischia di essere dilapidato se non si cambia paradigma nella pianificazione a livello Paese, servono inizia?ve di alto profilo su cui aggregare le migliori risorse e formarne di nuove. I fondi stru\urali possono essere una grande occasione per consolidare ed estendere l’esempio virtuoso che la Fusione rappresenta. GRAZIE PER L’ATTENZIONE