Partecipazione ai progetti della Fusione Nucleare della Fusione Nucleare

l’Esperienza Ansaldo

G.P. Sanguinetti; E. Verdesio

CENTRO CONGRESSI UNIONE INDUSTRIALE

Via Vela 17, Torino17 Maggio 2011

Fusione Nucleare: esperienza Ansaldo

Ansaldo è coinvolta da oltre 30 anni nei programmi di ricerca sullaFusione Nucleare ed ha contribuito a tutti i principali prog etti europei, siacon attività di ingegneria e progettazione sia con la fornitu ra dicomponenti ad alta tecnologia.

In particolare Ansaldo ha contribuito:

• alla realizzazione e successive modifiche della macchina JET (JointEuropean Torus), la principale macchina di ricerca sulla fusione operativa,European Torus), la principale macchina di ricerca sulla fusione operativa,costruita dall’EURATOM nel sito di Culham (UK) e funzionante dal 1983

(L’esperienza del JET ha rappresentato la principale base s cientifica etecnologica per la progettazione di ITER)

• Alla realizzazione della macchina FTU a Frascati, funzi onante dal 1989

• Alla progettazione della macchina IGNITOR, su commes se ENEA

• ad ITER (progettazione, R&D, fornitura di prototipi, realizza zione dicomponenti chiave della macchina in corso)

JET: Attività successive alla costruzione (1990 - 1998)

Unità motrici ed End Effector per il manipolatore in vessel

Sistema per il controllo della stabilità verticale del plasma

Sistema per la movimentazione remota del divertore Mock ups di divertore

IGNITOR – Attività di Ingegneria (1986 -2009)

Modello 3D CATIA di integrazione dell’assieme macchina

Modelli 3D CATIA ed ANSYS del settore di camera a vuoto

Fornitura Magneti (1985 -2000)

ITER – Prototipo Bobina Toroidale Bobine Toroidali per ASDEX UG (IPP)

Nel 2001 il ramo di azienda dedicato alla progettazione e costruzione deimagneti è stato ceduto da Ansaldo ad un imprenditore privato (GruppoMalacalza) che ha proseguito l’attività nella stessa sede, con una nuovasocietà: ASG Superconductors SpA

ITER – Attività di Ingegneria (1994 – 2011)

Le attività di progettazione per ITER sono state acquisite principalmenteattraverso il consorzio EFET, che raggruppa le principali industrie NucleariEuropee (www. efetgrouping.com), a cui la Commissione Europea avevaassegnato un ordine quadro per la progettazione ingegneristica di ITER (1994 –2004)

La progettazione Ansaldo ha riguardato:

� ITER

Inoltre Ansaldo ha ricevuto contratti diretti sia da ITER sia da F4E

� ITER- componenti e sistemi della macchina:

• camera a vuoto, divertore, magneti,• manipolazione remota, alimentazioni elettriche, sistema di raffreddamento

primario della macchina - design & cost assessment- studi sul sito

� DEMO (dimostrativo di reattore a fusione)

� Power Plant Conceptual Studies (studi possibile reattore commerciale a Fusione)

ITER: Progettazione del sistema di raffreddamento primario

Ansaldo Nucleare ha svolto la progettazione impiantistica del sistema di raffreddamento primario di ITER, inclusiva della validazione in caso di sisma e del programma di costruzione/installazione

Layout del sistema di raffreddamento primario nella parte superiore dell’edificio reattore

Layout del sistema di raffreddamento nell’edificio trizio

ITER: Divertore e Camera a vuoto

Camera a vuoto

Divertore

ITER – Attività di R&D e realizzazione prototipi (1994 – 2011)

Attività di R&D e realizzazione prototipi a piena scala sono stati acquisite in gare europee ed hanno riguardato, sostanzialmente

– Camera a vuoto– Divertore

Tali attività sono state svolte con il ricorso a PMI per gli aspetti fabbricativi ed ad ENEA-Fusione per quelli legati a particolari tecnologie

La realizzazione di prototipi è stata rilevante anche per il progetto ITER:La realizzazione di prototipi è stata rilevante anche per il progetto ITER:

Camera a vuoto• il prototipo a piena scala di una parte del settore poloidale ha dimostrato la

fattibilità della costruzione della camera a vuoto, con particolare riferimento alle strette tolleranze finali richieste

Divertore • I prototipi a piena scala delle parti strutturali del divertore (inner ed outer vertical

target, dome liner e cassetta) hanno confermato la loro fabbricabilità e permesso di capire le problematiche della loro integrazione

• L’industrializzazione della tecnologia ENEA per i componenti ad alto flusso ha spezzato il monopolio esistente per tali prodotti

ITER - Prototipi: Settore poloidale della camera a vuoto (VVPSM) - 2007

VVPSM

Settore di Camera a vuoto

VVPSM alla fine della costruzione

Ansaldo Ricerche si è aggiudicata tre gare europee per la progettazione erealizzazione dei prototipi a piena scala delle parti strutturali in acciaio deldivertore (inner ed outer vertical target, dome liner, cassetta)

Le forniture sono state completate con successo alla fine del 2006 (fabbricazionieseguite dalla SIMIC di Camerana, CN )

Inner Vertical Target

ITER - Prototipi: Componenti strutturali del Divertore

Outer Vertical Target

Dome liner

Cassetta

ITER - Prototipi: Componenti strutturali del Divertore

Componenti del divertore durante la fase di integrazione presso ENEA / Brasimone

Sviluppo congiunto con ENEA-Fusione

ITER – R&D: Componenti affacciati al plasma

Componenti monoblocco in W provati con successo in condizioni più severe di quelle di esercizio macchina (20 MW/m 2)

Componenti in CFC provati con successo in condizion i più severe di quelle di esercizio macchina (25 MW/m 2)

ITER - PROTOTIPI: Componenti del divertore affacciati al plasma

Ansaldo Ricerche, in collaborazione con ENEA, ha fabbricato un prototipo del vertical target del divertore che ha superato le prove di qualifica simulanti le reali condizioni di esercizio di ITER

Sono stati così qualificati per le forniture di ITER sia le tecnologie di fabbricazione,

Prototipo di qualifica del vertical target

tecnologie di fabbricazione, sia il fabbricante (Ansaldo)

ITER - PROTOTIPI: Componenti deldivertore affacciati al plasma

“Manufacturing of full Tungsten monoblock components”

Contratti in corso

E’ in corso la fabbricazione, in collaborazione con ENEA-FUS di prototipi e mock-ups rappresentativi delle unità ad alto flusso in W del divertore di ITER

2 W Vertical Target Qualification Prototypes

15 W Monoblock mock-ups

ITER - PROTOTIPI: Componenti deldivertore affacciati al plasma

“Manufacturing of CFC monoblock mock-ups with alternative CFC grade

Contratti in corso

E’ in corso la fabbricazione, in collaborazione con ENEA-FUS di 10 mock-ups in CFC (Carbon Fiber Composite)

CFC Monoblock mock-up

ups in CFC (Carbon Fiber Composite) rappresentativi delle unità ad alto flusso in CFC del divertore di ITER

ITER: Realizzazione dei settori della camera a vuoto

Il ragruppamento Ansaldo Nucleare-Mangiarotti-Walter Tosto (Ansaldo Nucleare leader) si è aggiudicato (ottobre 2010) la gara europea per la realizzazione dei settori della camera a vuoto di ITER

La camera da vuoto è il componente più importante della macchina di ITER: la sua complessità, le dimensioni, la quantità di saldatura e il grado di precisione

Il contratto, della durata di 6 anni e valore quasi 300 milioni di euro, è quello di maggior valore unitario del contributo europeo a ITER

saldatura e il grado di precisione necessari per fabbricarla, rendono il contratto uno dei più importanti e tecnologicamente impegnativi del progetto ITER.

• Fornitura di 7 settori della camera a vuotodi ITER (I restanti 2 necessari percompletare la camera toroidale sono fornitidalla Corea)

• La fornitura di ciascun settore comprende– Fabbricazione del “main vessel”o “D shape”,

scatolato a doppia parere, in acciaio inoxaustenitico 316L(N)IG, spessore 60 mm,comprensivo dei supporti per gli internals

ITER: Realizzazione dei settori della camera a vuoto

austenitico 316L(N)IG, spessore 60 mm,comprensivo dei supporti per gli internals(blanket, divertore, bobine di controllo plasmaed altra strumentazione) e del piping per il lororaffreddamento

– La saldatura a main vesseI dei ports” (Upper,forniti dalla Russia, lower, forniti dalla Corea),

– L’installazione degli IWS (In Wall Shielding),schermi neutronici forniti dall’India, daposizionare all’interno della doppia parete

MAIN VESSEL SEGMENTS

AMW Consortium Manufacturing Route

ITER: Realizzazione dei settori della camera a vuoto

Upper Segment VAR - AB

Inboard Segment VAR - ALower Segment VAR -

ABCDE

Equatorial Segment VAR - ABCD

L’approccio Generale è basato su quattro segenti

finiti partendo con la fabbricazione dall’inner

shell e finendo con l’outer

PS3 PS4PS2PS1

ITER: Realizzazione dei settori della camera a vuoto

shell e finendo con l’outer shell.

I quattro segmenti verranno assemblati e lavorati su un frame

dedicato.

� ITER è uno dei maggiori progetti di ricerca a livello mondial e, con dimensionimolto superiori a qualsiasi macchina per fusione realizzata f ino ad oggi

� ITER è una macchina nucleare, soggetta alle prescrizioni ed a utorizzazionidell’Ente di Sicurezza nelle fasi di progettazione, costruzion e ed esercizio

� ITER rappresenta un prototipo e non un “first of the kind” in senso industriale,

ITER - Peculiarità

Partecipazione ad ITER

� ITER rappresenta un prototipo e non un “first of the kind” in senso industriale,suscettibile di realizzazioni successive.

� La realizzazione dei componenti del cuore della macchina richi ede il possessopreesistente delle relative tecnologie di fabbricazione e c ontrollo

� Il valore stimato dei contratti di costruzione/forni tura è rilevante

Aspetti critici

� Attività non continuative

� Attività che richiedono l’utilizzo di risorse umane pregiate, che vengono così sottratte ad altri impieghi

� Attività complesse che presentano rischi tecnico/ec onomici

Partecipazione ad ITER

� E’ indispensabile notevole flessibilità tecnico/gestion ale: tempi diofferta brevi, tempi di assegnazione dell’ordine lunghi (6- 9 mesi)

� Alcune condizioni presenti nei contratti F4EResponsabilità del fornitoreInclude quella per danni indiretti e consequenziali; Diritti di proprietà intellettualeuso gratuito a F4E/ITER ed a pagamento a loro fornitori di tutto il know howpreesistente al contratto e necessario per la sua esecuzione

Aspetti Positivi

Le attività per la fusione hanno molta visibilità: ITER rapp resenta il 10%degli investimenti annuali nel sito di Cadarache ed il 90% de lla suavisibilità

Crescita del personale e delle imprese (attività complesse, in ambiente

Partecipazione ad ITER

Crescita del personale e delle imprese (attività complesse, in ambienteinternazionale, in regime di garanzia della qualità )

Crescita del know how tecnologico

Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzione

Gianpaolo Sanguinetti, Emanuele Verdesio