核聚變電源行業(yè)分析：核聚變裝置的動(dòng)脈系統(tǒng)，受益于核聚變加速浪潮.pdf

核聚變電源行業(yè)分析：核聚變裝置的動(dòng)脈系統(tǒng)，受益于核聚變加速浪潮。電源系統(tǒng)是托卡馬克裝置的核心設(shè)備之一。核聚變電源系統(tǒng)主要任務(wù) 是：（1）提供能量；（2）產(chǎn)生磁場(chǎng)；（3）供電與保護(hù)。電源系統(tǒng)主要 組成包括：穩(wěn)態(tài)和脈沖高壓變電站、磁體電源系統(tǒng)、輔助加熱系統(tǒng)、 電網(wǎng)。電源系統(tǒng)也是托卡馬克裝置的重要成本項(xiàng)。在 ITER 實(shí)驗(yàn)堆階段： 加熱系統(tǒng)與電流驅(qū)動(dòng)等電源系統(tǒng)成本占比 7%。在 DEMO 示范堆階段， 加熱系統(tǒng)與電流驅(qū)動(dòng)等電源系統(tǒng)成本占比 8%。

磁體電源系統(tǒng)：產(chǎn)生核聚變磁場(chǎng)的核心裝置。磁體電源系統(tǒng)包括 400kV 的高壓變電站、磁體變流電源（AC/DC 變流器）、無功補(bǔ)償、直流開 關(guān)網(wǎng)絡(luò)、泄放回路以及其控制系統(tǒng)等。其中，變流器電源系統(tǒng)是核聚 變裝置實(shí)現(xiàn)成功且安全磁約束聚變反應(yīng)的關(guān)鍵；脈沖高壓變電站主要 實(shí)現(xiàn)電力傳輸功能；無功補(bǔ)償和濾波系統(tǒng)是穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的必要裝置， 目前主要以 SVC 和調(diào)諧濾波器共同組成。。

輔助加熱電源系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)所需溫度的必要裝置。為了實(shí)現(xiàn) 聚變點(diǎn)火、維持等離子體的自持燃燒，等離子體溫度必須達(dá)到 10 keV 以上。因此，必須采用輔助加熱手段對(duì)等離子體進(jìn)行進(jìn)一步加熱。目 前常見的輔助加熱手段有射頻加熱與中性束注入加熱。其中，射頻加 熱根據(jù)共振頻率及主要作用對(duì)象的不同分為：離子回旋共振加熱 （ICRH）、低混雜波共振加熱（LHRH）、電子回旋共振加熱（ECRH）； 中性束注入加熱（Neutral Beam Injection Heating，NBIH）是輔助加 熱手段中效率最高的一種。高壓電源是輔助加熱系統(tǒng)的核心部件和技 術(shù)難點(diǎn)之一，其性能與輔助加熱系統(tǒng)的性能密切相關(guān)。基于 PSM 技術(shù) 的高壓電源結(jié)構(gòu)簡單，效率高，電壓調(diào)整范圍寬、精度高，輸出電壓 紋波小，便于容量升級(jí)，是當(dāng)前國內(nèi)外輔助加熱高壓電源的主流方案。

儲(chǔ)能系統(tǒng)：解決核聚變有功功率補(bǔ)償?shù)妮^優(yōu)方案。增加電網(wǎng)容量、加 裝脈沖發(fā)電機(jī)以及加裝儲(chǔ)能原件是解決當(dāng)前有功功率補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅?案。然而，增加電網(wǎng)容量不具備經(jīng)濟(jì)性，加裝脈沖發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)間短、 維護(hù)成本高，而儲(chǔ)能技術(shù)在解決功率沖擊問題上的優(yōu)勢(shì)明顯。聚變沖 擊補(bǔ)償需求兼具能量型和功率型儲(chǔ)能特征，鋰離子電容器作為混合電 容方案，可以將鋰離子電池的高能量與雙電層電容器的高功率密度相 結(jié)合，或?qū)⒊蔀楹司圩儍?chǔ)能較優(yōu)方案。