Simulation Weltweit erste Fusionsdemonstrationsanlage

Anbieter zum Thema

Comsol Multiphysics GmbH

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

FAULHABER Antriebssysteme

PEAK-System Technik GmbH

Der kanadische Spezialist für Fusionsenergietechnologie General Fusion nutzt multiphysikalische Simulationen, um das Innenleben einer Fusionsdemonstrationsanlage zu analysieren und deren Leistung vorherzusagen. Mithilfe von Comsol Multiphysics konnte das Unternehmen die weltweit erste Fusionsdemonstrationsanlage entwickeln und optimieren.

Ingenieure des Unternehmens General Fusion, einem kanadischen Spezialisten für Fusionsenergietechnologie, haben die Multiphysics Software von Comsol für die Konstruktion und Optimierung einer groß angelegten Fusionsdemonstrationsanlage eingesetzt. Diese Anlage namens Lawson Machine 26 (LM26) wurde nun erfolgreich in Betrieb genommen. Sie wird dazu dienen, das Risiko der späteren kommerziellen Magnetized-Target-Fusion-Anlage (MTF) von General Fusion zu minimieren, die durch die Komprimierung eines magnetisierten Plasmas mit einem Flüssigmetall-Liner die für die Fusion erforderlichen hohen Temperaturen und Drücke erzeugt.

Mit der MTF-Technologie will General Fusion bis Anfang bis Mitte der 2030er Jahre Fusionsenergie in das kommerzielle Stromnetz einspeisen. MTF-Kraftwerke haben das Potenzial, mit vergleichsweise kostengünstiger Technologie und ohne CO₂-Emissionen erhebliche Energiemengen zu produzieren.

Die Partnerschaft von General Fusion mit Veryst Engineering, einem Comsol Certified Consultant mit Spezialisierung auf hochgradig nichtlineare Simulationen und Materialmodellierung, war für die Entwicklung des LM26 von entscheidender Bedeutung. Sean Teller, leitender Ingenieur bei Veryst, arbeitete gemeinsam mit Jean-Sebastien Dick, Engineering Analysis Manager bei General Fusion, an der Entwicklung von Materialmodellen, mit denen das Team die Reaktion der Lithium-Liner der Anlage genau simulieren konnte. Diese Informationen waren für die genaue Vorhersagemodellierung der LM26-Liner von entscheidender Bedeutung, sodass General Fusion den LM26 entwickeln und montieren konnte.

Das Team konnte die Designs schnell iterieren

Teller erklärte: „Wir haben die Simulation mit Comsol Multiphysics mit integrierten Versuchsplänen und Validierungen genutzt, damit das Team von General Fusion die Designs für LM26 schnell iterieren konnte. Die Vorhersagemodelle sind entscheidend für das Erreichen der Fusionsbedingungen auf dem Weg zu einer realisierbaren und ergiebigen sauberen Fusionsenergie.“ Mit der Software von Comsol, einem weltweit führenden Anbieter von Modellierungs- und Simulationssoftware, ließen sich verschiedene KM46-Designs simultan analysieren. Im Rahmen der Validierung der Modelle wurden 40 Lithium-Liner elektromagnetisch komprimiert. Das Team führte physikalische Experimente mit einem kleinen Prototyp des Kompressionssystems durch. Durch Modellierung und Simulation konnte General Fusion die Impedanz der Stromversorgung anpassen, die Auswirkungen von Designänderungen auf die Leistung erkennen und die Kompressionseffizienz maximieren.

„Dank des Comsol-Frameworks konnten wir die Komplexität schrittweise erhöhen, Vertrauen in unsere Designvorstellungen aufbauen und Wiederholungen in den Designphasen vermeiden“, so Dick. „Wir mussten keine wesentlichen Teile dieser Experimente ändern. Sie verliefen stets wie vorgesehen.“ General Fusion hat im April mit LM26 einen wichtigen Meilenstein erreicht. Das vollständig integrierte System und die Diagnosefunktionen funktionierten wie vorgesehen, und eine erste Auswertung der Daten lieferte positive Ergebnisse.