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Dissertação

{en_GB=Design of an Energy Storage System for the Tokamak ISTTOK} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O presente trabalho descreve o projeto de um sistema de armazenamento de energia para o dispositivo experimental de fusão nuclear ISTTOK. O propósito deste trabalho é estudar, simular e dimensionar um sistema suplementar para este tokamak, que tem um ciclo de operação caracterizado por 3 s de impulso e 15 min de repouso. O sistema é concebido para alimentar as bobinas que produzem o campo magnético toroidal, responsável por confinar o plasma, mas também reaproveitar parte da energia armazenada nestas bobinas durante a operação, evitando que esta seja injetada na rede publica. As soluções desenvolvidas são comparadas com base nas suas funcionalidades e requisitos, sendo a sua viabilidade avaliada. As características do tokamak ISTTOK são apresentadas, com particular destaque no sistema que produz o campo toroidal. A fonte de alimentação existente, de 1 MVA baseada em tirístores, também é alvo de estudo, assim, será realizada uma análise precisa e o sistema será simulado usando os programas Simulink e MATLAB. São propostas novas topologias de conversores ressonantes para recuperação de energia, capazes de lidar com correntes próximas de 10kA. As tecnologias de armazenamento de energia mais apropriadas são discutidas e comparadas com base nas características, desempenho e aplicação a este caso. Os sistemas de armazenamento mais adequados são as baterias de alta densidade de potência, flywheels, condensadores e supercondensadores, que neste caso aparenta ser a tecnologia mais efetiva. As células e dispositivos semiconductores disponíveis no mercado também são apresentados., en=The present thesis addresses the design of an energy storage system (ESS) for the research fusion device ISTTOK. The purpose of this work is to study, simulate and design a supplement for this tokamak, which has an operation cycle characterized by a pulse of 3 s and a rest period of approximately 15 min. The system is designed to supply the coils that produce the toroidal magnetic field (MF), used for plasma confinement, but also to retrieve most of the energy stored in these coils during the operation, avoiding the re-injection of this energy into the public grid. The solutions developed are compared based on their functionalities and requirements, lastly, the feasibility of each is accessed. The data and features of the tokamak ISTTOK are presented, with special emphasis on the toroidal field (TF) system. The existing 1 MVA thyristor based power supply is studied, and a precise analysis and simulation of the system is made using Matlab and Simulink. New energy recovery resonant converter topologies are proposed, to be able to cope with currents near 10 kA. The most appropriate energy storage technologies (ESTs) are discussed and compared based on their general characteristics, performance, and application to this specific case. The suitable energy storage systems analyzed are high power density batteries, flywheels, capacitors and supercapacitors, which in this case appears to be the most promising technology. The cells and semiconductor devices currently available on the market are also presented. }
Keywords: {pt=Tokamak, Armazenamento de energia, Fonte de Alimentação, Supercondensadores, Campo Toroidal, en=Tokamak, Energy Storage, Power supply, Supercapacitors, Toroidal Field}

Discussão: novembro 24, 2021, 8:30