核聚變產生能量與太陽發光發熱的原理相似，因此在地球上以探索清潔能源為目的的可控核聚變研究裝置，有「人造太陽」的美名。我國首臺大型立式脈衝發電機組研製成功，將滿足我國先進聚變研究裝置——中國環流器二號M（HL-2M）的特定需求，成為「人造太陽」的新型「充電寶」，為人類實現核聚變能源夢想添勁助力。
2019年1月17日，在中核集團核工業西南物理研究院，我國首臺30萬千伏安立式脈衝發電機組系統透過驗收。該機組的各項效能指標均得到驗收專家組的一致認可，總體引數達到國際先進水平，這也標誌著「人造太陽」的充電裝置研製成功。
該機組由中核集團核工業西南物理研究院與哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司共同研製。
研發團隊在行業上首創了多項特有技術，攻克了六相大電流發電機、大慣量高速轉子、寬頻變化控保系統等技術難題。同時，在研製過程中形成了一批擁有自主智慧財產權的創新成果。
▲我國首臺30萬千伏安立式脈衝發電機組系統透過驗收
「作為六相大電流脈衝發電機組，其在工作時約10秒內的放電功率，相當於裝機容量30萬千瓦的秦山一期核電站。」中核集團核工業西南物理研究聚變科學所副所長李強說。
30萬千伏安立式脈衝發電機組總重約800噸，總高約15.5米，將為我國自主研製的「人造太陽」聚變研究裝置——中國環流器二號M開展物理實驗和關鍵技術研究提供有力保障，滿足其大功率、高儲能的供電需求。
▲我國首臺30萬千伏安立式脈衝發電機組
工作時，該機組發電機由電動機拖動15分鐘後，轉速可由0至每分鐘498轉，隨後透過轉子加勵磁在15秒內將轉速下降至每分鐘335轉，同時釋放1350兆焦能量；發電機釋放能量後，轉速會再次提速到每分鐘498轉，並在保持5分鐘後再次下降轉速放電，完成一個工作迴圈。
「該機組的額定轉速每分鐘500轉，總儲能達到2600兆焦，額定電壓3千伏、額定電流29千安，也是目前國內容量最大的立式六項脈衝發電機組。」李強說，比較原有「中國環流器二號(HL-2A)」使用的3臺脈衝發電機組，「僅這一臺新機組的釋能能力和電功率輸出均相當於此前3臺的總和。」
脈衝發電機組分為立式、臥式兩種，傳統的臥式由於軸系受到轉子及飛輪自重的限制，不便於設計成大容量脈衝發電機組；而立式機組的軸系是豎直的則沒有這個問題。
▲西物院聚變科學所副總工宣偉民接受採訪
「作為國內首臺立軸式脈衝發電機，該機組無論從電機結構還是負載型別，都與常規的水輪發電機大不相同，此前甚至沒有成熟的計算方法和設計經驗，需要進行大幅度創新。」西物院聚變科學所副總工宣偉民說，巨大的脈衝發電機內，轉子的轉速不斷變化，如何保持裝置整體穩定性、震動幅度如何控制、冷卻系統如何設計、六相電機程式如何編寫都是前所未有的挑戰。
中國環流器二號M（HL-2M）是在我國首個具有偏濾器位形的大型託卡馬克裝置「中國環流器二號(HL-2A)」基礎上新研製的又一大型託卡馬克裝置，其科研目標是探索可控核聚變研究，實現「人造太陽」的人類終極能源追求。該脈衝機組的成功研製，將驅動HL-2M裝置的等離子體電流達到此前現有裝置的2倍以上、等離子體溫度超過1.5億度，從而為在這個裝置上開展近堆芯級引數下的等離子體物理實驗和關鍵技術研究提供有力保障。
▲西物院聚變科學所電機組年青一代
綜合：科技日報（ID：kjrbwx）、核工業西南物理研究院、成都日報
