Teknologiasta liiketoimintaa

Tulosta Lähetä linkki

Fuusioenergiatutkimus etenee Tampereella

02.06.2010

Kokemukset ITER-huoltojärjestelmän toimivuudesta lupaavia

Fuusiotutkimuksessa ollaan siirtymässä uuteen vaiheeseen globaalin ITER-hankkeen myötä - tavoitteena on osoittaa fuusion teknillinen ja taloudellinen soveltuvuus energialähteeksi. ITER on ihmiskunnan haastavimpia energiahankkeita, jossa myös Suomen teollisuus ja tutkimus ovat mukana. VTT:n ja TTY:n vastuulla on Ranskaan rakennettavan fuusiolaitoksen kriittisimpien osien huollon kehittäminen.

”Tähän mennessä olemme onnistuneet siirtämään kuljetusrobotilla 10 tonnia painavan reaktorielementin noin +/- 1 millimetrin tarkkuudella haluttua rataa pitkin ja asemoimaan kasetin vastaavalla tarkkuudella reaktoriin. Mekaaniset joustot eri tilanteissa pystytään kompensoimaan ohjauksessa niin hyvin, että päästään +/- 1 millimetrin tarkkuuteen. Joustot pystytään myös näyttämään operaattorille virtuaalimallilla, joka vastaa todellisuutta”, kertoo DTP2 (Divertor Test Platform) -hankkeen johtaja, vt. tutkimusprofessori Mikko Siuko VTT:ltä.

”Huoltotyön testaus on vasta alkuvaiheessa, ja monia vaativia työvaiheita tulee vielä testata. Toimintoja testataan nyt lähinnä ns. perustapauksissa, minkä jälkeen tuodaan asteittain mukaan erilaisia mahdollisia häiriöitä ja virhetilanteita, joita todellisuudessa voi tulla eteen. Tähän asti saadut kokemukset kehitetystä järjestelmästä antavat meidän jatkaa valittuun suuntaan luottavaisin mielin”, Siuko toteaa.

Jatkossa testijärjestelmää laajennetaan ja lisää työvaiheita ja laitteita otetaan mukaan. Järjestelmää täydennetään mm. reaktorissa ympyräradalla kulkevalla kuljetusrobotilla. Laajennus edellyttää myös mm. erilaisia käsittely- ja liitostehtäviä sekä putki- ja rakennehitsauksia.

Etäoperoinnilla ja virtuaalitekniikoilla keskeinen rooli

ITER-reaktorin huollossa etäoperoinnilla ja virtuaalitekniikoilla on keskeinen sija, ja niillä on lukuisat sovellusmahdollisuudet myös teollisuudessa. Virtuaalimallien avulla laitteet kehitetään ja testataan ennen varsinaisten prototyyppien rakentamista. Näin voidaan erilaisten tietokonesimulointien avulla varmistaa, että kaikki järjestelmät sopivat yhteen ja mahtuvat toimimaan ahtaissa tiloissa sekä saavutetaan tarvittavat voimat ja sallituissa rajoissa pysyvät joustot. Robottien tehtäväsuunnittelussa ja ohjauksessa virtuaalitekniikat ovat avainasemassa. Niillä mm. korvataan puutteellista kamerakuvaa ja täydennetään operaattorin aisteja.

Lisätyn todellisuuden tekniikoilla voidaan kamerakuvaan tuoda tietokoneella mallinnettuja osia tai muuta tietoa ja tarkastella mallinnettua laitetta tai rakennusta lopullisessa toimintaympäristössään. Rakennus- tai kokoonpanotyön etenemistä voidaan seurata vaihe vaiheelta. Virtuaaliprototypoinnin eli digitaalisen koneenrakennuksen avulla laitteiden tuotekehitysaikaa voidaan oleellisesti nopeuttaa ja rakennettavien prototyyppien määrää vähentää. Lisäksi voidaan tehdä rinnakkain asioita, jotka aiemmin on pitänyt tehdä peräkkäin - mm. ohjausjärjestelmän ohjelmointi ja testaus voidaan aloittaa jo hyvän virtuaalimallin avulla.

Massiivinen eurooppalainen etähuoltojärjestelmien testaus- ja kehitysympäristö otettiin käyttöön Tampereella tammikuussa 2009. DTP2-tutkimusympäristössä kehitetään laitteita, menetelmiä, ohjelmistoja ja kaikkia digitaalisen koneenrakennuksen osa-alueita ITER-etäkäyttötarpeisiin seuraavina vuosikymmeninä yhteistyössä muiden eurooppalaisten yritysten ja tutkimuslaitosten kanssa. ROViR (Remote Operation and Virtual Reality Centre) -keskuksen kautta pyritään tuomaan ITERin energiahankkeeseen liittyvän huippututkimuksen tuloksia nopeasti suomalaisten yritysten käyttöön tuottavuuden ja kilpailukyvyn parantamiseksi. Kooltaan DTP2 on täysmittakaavainen malli fuusioreaktorin pohjaosasta, ns. Divertor-alueesta. Itse testialusta on noin 20 m pitkä ja painaa noin 65 tonnia.

Suomalaista fuusio-osaamista arvostetaan EU-yhteistyössä

”Kansallinen fuusiotutkimus on integroitu EU:n fuusiotutkimusohjelmaan Tekesin ja Euratomin sopimuksen kautta. Tekesin rahoittaman fuusiotutkimuksen kokonaislaajuus on nykyisin noin 5 miljoonaan euroa vuodessa, josta Tekes rahoittaa noin 2 miljoonaa euroa.  Suomi on alusta alkaen ollut mukana EU:n fuusiotutkimusyhteistyössä kansallisesti valituilla tutkimusalueilla, joista on kertynyt erityisosaamista niin tutkimukselle kuin teollisuudelle”, yksikön päällikkö Juha Lindén Kaakkois-Suomen ELY-keskuksesta kertoo.

”ITER-rakennushankkeen kustannusten kasvusta huolimatta voidaan arvioida, että Suomi on enemmän saaja kuin maksaja. Suomalaisella tutkimuksella ja teollisuudella on kertyneen osaamisen ansiosta hyvät asemat sekä ITERin rakentamiseen vaadittavaan tutkimus- ja kehitystyöhön ja -palveluihin että teollisuuden toimituksiin ja palvelusopimuksiin”, Lindén sanoo.

VTT:n tutkimus edustaa noin puolta Suomen fuusiotutkimuksesta, jonka raameina ovat Euratom-Tekes -assosiaatio, EFDA (European Fusion Development Agreement) ja F4E (Fusion for Energy). VTT keskittyy hankkeessa etähuoltojärjestelmiin yhdessä TTY:n kanssa, uusiin hitsausmenetelmiin ja hitsausrobotteihin yhdessä Lappeenrannan teknillisen yliopiston kanssa, materiaalitutkimukseen, magneettiseen diagnostiikkaan (MEMS-magnetometrit) ja ensiseinämädiagnostiikkaan (smart tiles). Lisäksi VTT osallistuu Euratomin fuusiokokeisiin (JET ja AUG) ja tekee massiivista laskentaa fuusioplasmoille ja plasma-materiaalivuorovaikutuksille. Näillä kaikilla osa-alueilla on tärkeä merkitys ITERin rakentamiselle, turvallisuusasioille ja tulevalle koeohjelmalle.

ITERissä vaadittavalta uudelta teknologialta edellytetään paljon, sillä sen avulla hallitaan sadassa miljoonassa celsiusasteessa palavaa fuusioplasmaa. Fuusioreaktiossa tritium- ja deuteriumytimet sulautuvat heliumiksi. Reaktiossa vapautuu neutroneja, joihin sitoutunut energia muuttuu lämmöksi reaktorin seinämissä.

Eurooppa-vetoisessa ITER-hankkeessa ovat EU:n lisäksi mukana Japani, USA, Venäjä, Kiina, Intia ja Etelä-Korea. Onnistuessaan hanke tuo fuusion todelliseksi tulevaisuuden energiavaihtoehdoksi ja tärkeän lisän tulevaisuuden kestävään energiapalettiin. Fuusioenergian etuja ovat käytännössä rajattomat polttoainevarannot ja mm. ilmastoystävällisyys. ITER on myös valtava teknologian kehitysalusta monilla huipputekniikan aloilla ja lisää Euroopan teknologiateollisuuden kilpailukykyä uuden osaamisen kautta.

Maailmanlaajuisen ITER-fuusioreaktorihankkeen rakennuskustannukset on arvioitu noin 15 miljardiksi euroksi vuosina 2007 - 2020. 500 MW:n koevoimalan sijoituspaikka on valmiina ja kaivaustyöt ovat alkaneet Caradachessa Etelä-Ranskassa. Tärkeimpien komponenttien (magneetit ja vakuumikammio) ja rakennusten toimitusjärjestelyistä on myös sovittu.

Mediamateriaali:
Kuva 1:
Kuva 2:
Kuva 3:

Kuivanen esitys: New opportunities for the industry
Siuko esitys: Promising results from the operation of the ITER Maintenance System

ITER lisätietoa: http://www.hermia.fi/rovir/
ITER video: http://www.vtt.fi/video/cmm_minuutin_demo.wmv