Forthcoming Break-Even Conditions of Tokamak Plasma Performance for Fusion Energy Development (小特集 2050年にトカマク型実用核融合プラントを稼動させるために--ITERの役割とその後の展開)
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概要
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The present study reveals forthcoming break-even conditions of tokamak plasma performance for the fusion energy development. The first condition is the electric break-even condition, which means that the gross electric power generation is equal to the circulating power in a power plant. This is required for fusion energy to be recognized as a suitable candidate for an alternative energy source. As for the plasma performance (normalized beta value β_N, confinement improvement factor for H-mode HH, the ratio of plasma density to Greenwald density fn_<GW>), the electric break-even condition requires the simultaneous achievement of 1.2<β_N<2.7, 0.8<HH, and 0.3<fn_<GW><1.1 under the conditions of a maximum magnetic field on the TF coil B_<max>=16 T, thermal efficiency η_e=30%, and current drive power P_<NBI><200 MW. It should be noted that the relatively moderate conditions of β_N〜1.8, HH〜1.0, and/fn_<GW>〜0.9, which correspond to the ITER reference operation parameters, have a strong potential to achieve the electric break-even condition. The second condition is the economic break-even condition, which is required for fusion energy to be selected as an alternative energy source in the energy market. By using a long-term world energy scenario, a break-even price for introduction of fusion energy in the year 2050 is estimated to lie between 65 mill/kWh and 135 mill/kWh under the constraint of 550 ppm CO_2 concentration in the atmosphere. In the present study, this break-even price is applied to the economic break-even condition. However, because this break-even price is based on the present energy scenario including uncertainties, the economic break-even condition discussed here should not be considered the sufficient condition, but a necessary condition. Under the conditions of β_<tmax>=16 T, η_e=40%, plant availability 60%, and a radial build with/without CS coil, the economic break-even condition requires β_N〜5.0 for 65 mill/kWh of lower break-even price case. Finally, the present study reveals that the demonstration of steady-state operation with β_N〜3.0 in the ITER project leads to the upper region of the break-even price in the present world energy scenario, which implies that it is necessary to improve the plasma performance beyond that of the ITER advanced plasma operation.
- 社団法人プラズマ・核融合学会の論文
- 2005-11-25
著者
-
日渡 良爾
(財)電力中央研究所 原子力技術研究所
-
岡野 邦彦
電中研
-
岡野 邦彦
Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI)
-
日渡 良爾
Central Research Institute Of Electric Power Industry
-
日渡 良爾
関東・甲越支部 広報担当
-
朝岡 善幸
電力中央研究所
-
朝岡 善幸
Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI)
-
時松 宏治
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
-
小西 哲之
Institute of Advanced Energy, Kyoto University
-
小川 雄一
High Temperature Plasma Center, the University of Tokyo
-
時松 宏治
産業技術総合研究所
-
時松 宏治
地球環境産業技術研究機構
-
小西 哲之
京大
-
小西 哲之
Institute Of Advanced Energy Kyoto University
-
岡野 邦彦
(財)電力中央研究所:東京大学大学院新領域創成科学研究科連携講座
-
朝岡 善幸
Central Research Institute Of Electric Power Industry
-
岡野 邦彦
東京大学大学院新領域創成科学研究科・(財)電力中央研究所
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