초록 ▼

II. Virtual DEMO 개발 배경 및 필요성

□ 우리나라 핵융합 에너지 연구는 기술 추격 단계를 벗어나 기술 선도 단계에 진입
○ 이에 KSTAR와 ITER 사업을 통해 축적한 기술적 역량을 바탕으로 세계 핵융합 연구 선도 및 조기 핵융합 상용화 달성을 위한 K-DEMO 설계 및 건설 가속화 전략 마련이 필요

□ 또한 3차 핵융합에너지개발 진흥 기본 계획에 따르면, 현 단계는 K-DEMO 핵심기술 개발 기반 확보를 추진할 시점으로 핵융합 발전소 설계 기술 확보를 위한 전략 수립 필요

II. Virtual DEMO 개발 배경 및 필요성

□ 우리나라 핵융합 에너지 연구는 기술 추격 단계를 벗어나 기술 선도 단계에 진입
○ 이에 KSTAR와 ITER 사업을 통해 축적한 기술적 역량을 바탕으로 세계 핵융합 연구 선도 및 조기 핵융합 상용화 달성을 위한 K-DEMO 설계 및 건설 가속화 전략 마련이 필요

□ 또한 3차 핵융합에너지개발 진흥 기본 계획에 따르면, 현 단계는 K-DEMO 핵심기술 개발 기반 확보를 추진할 시점으로 핵융합 발전소 설계 기술 확보를 위한 전략 수립 필요

□ 우리나라는 KSTAR 사업을 통해 토카막 장치 건설 기술을 확보하고 노심 플라즈마 관련 기술을 개발하고 있으며, ITER 사업 참여를 통한 연소 기술 확보를 계획 중

□ K-DEMO는 현재 설계개념 연구(Pre-CDA) 중으로, ‘40년대 발전소 건설을 위해서는 ① KSTAR, ITER 실험 데이터의 체계적 해석 및 K-DEMO 공학설계 활용을 위한 연계 기술, ② 에너지 변환 기술 확보를 위한 블랑켓 실험 설비, ③ K-DEMO 성능 예측 외삽 (extrapolation) 기술 등의 확보 필요
○ 이는 우리나라를 비롯해 세계 각국이 직면한 공통과제로, 최근 미국, 일본, EU 등은 블랑켓 및 핵융합 재료 설계, 테스트 등에 필요한 중성자원 확보 추진과 함께 핵융합 시뮬레이션과 가상화 기술을 통한 해결 전략을 고민 중

□ 우리나라는 최근 슈퍼컴퓨팅, 인공지능, 빅데이터 등의 4차 산업혁명 기술을 통한 국가적 과제 해결과 산업 고도화를 추진 중으로, 특히 소프트웨어 기술 개발을 통한 원천기술 확보를 위해 다각적으로 노력 중

□ 핵융합 분야 또한 기술적 도전 극복과 K-DEMO 설계 기술 확보를 위해 4차 산업혁명 기술을 접목한 시뮬레이션과 가상화 기술 개발을 추진할 시점

□ 이에 본 기획과제는 시뮬레이션 기반의 가상 핵융합로(Virtual DEMO) 개발 방향과 전략을 수립하고 KSTAR, ITER에서 K-DEMO로 이어지는 국가핵융합에너지 개발의 당면 과제를 해결하기 위한 방안을 제시하는 것이 목적
○ 특히 Virtual DEMO 개발 지향점을 K-DEMO 설계 불확실성을 최소화할 수 있는 기술 확보에 두고 이를 위한 핵융합 시뮬레이션의 실험 검증 전략을 마련하고자 하며, KSTAR, ITER, 그리고 미래 블랑켓 실험 설비 운영과 연계한 로드맵 수립
○ 또한 4차 산업혁명 기술을 매개로 핵융합 분야가 IT 및 원자력 분야와 협력하고 기술 개발을 가속할 수 있는 방안을 모색

(출처 : 요약문 3p)

Abstract ▼

II. Project Context and Objectives (Virtual DEMO development background)

□ The fusion energy research in Korea started slow, but recently made remarkable progresses.
⭕ Especially rich technological experiences accumulated through KSTAR and ITER projects made it possible to play a leading r

II. Project Context and Objectives (Virtual DEMO development background)

□ The fusion energy research in Korea started slow, but recently made remarkable progresses.
⭕ Especially rich technological experiences accumulated through KSTAR and ITER projects made it possible to play a leading role in world fusion research.
⭕ Currently a strategy is needed to accelerate the K-DEMO design and construction, which eventually leads to commercial fusion energy development.

□ The 3^rd fusion energy development promotion basic plan specifies the current phase to build the foundations for K-DEMO core technologies and to establish strategies to acquire fusion power plant design technology.

□ Korea has experiences in tokamak construction, develops core plasma technologies by the KSTAR project, and plans to develop burning plasma technologies by the ITER project.

□ For fusion power plant construction in 2040s, K-DEMO pre-CDA (Conceptual Design Activity) is ongoing and activities are needed in many areas such as ① systematic analysis of experimental data from KSTAR and ITER, ② blanket experimental facility for energy conversion technology, and ③ extrapolation technology to predict K-DEMO performances.
⭕ All countries including Korea face the common issues. USA, Japan, EU aim to acquire neutron sources for blanket and fusion material development and at the same time consider strategies to combine simulations and virtualization technologies as a solution.

□ Korea has great interest in the 4th industrial revolution technologies such as supercomputing, artificial intelligence, big data etc. in order to solve national issues and advance industries. Particularly it makes an effort to secure fundamental technologies by software technology development in many different ways.

□ It is timely to drive simulation and virtualization technology development combined with the 4th industrial revolution technology in order to overcome technological challenges and K-DEMO design technologies.

□ This study aims to establish visions and strategies for Virtual DEMO development based on simulations and to suggest solutions for immediate issues of national fusion energy development that include KSTAR, ITER and K-DEMO projects.
⭕ Especially with the goal of Virtual DEMO development set to obtain technologies to minimize K-DEMO design uncertainties, strategies to verify and validate fusion simulations experimentally should be prepared in connection to a R&D roadmap of KSTAR, ITER and future blanket facility.
⭕ Collaborations with IT and nuclear power industries are needed in the 4th industrial revolution technologies to accelerate technology developments.

(source : Summary 15p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• Summary ... 15
• Contents ... 29
• 목차 ... 31
• 표목차 ... 36
• 그림목차 ... 38
• 제1장 서론 ... 41
• 제1절 추진 배경 및 연구 필요성 ... 41
• 1. 추진 배경 ... 41
• 2. 연구 필요성 ... 42
• 제2절 연구 내용 및 절차 ... 44
• 1. 연구 내용 ... 44
• 2. 추진전략 및 추진체계 ... 46
• 3. 연구성과의 활용방안 및 기대효과 ... 49
• 제2장 핵융합에너지개발과 V-DEMO ... 50
• 제1절 국가별 핵융합 실증로 로드맵 ... 50
• 1. 개요 ... 50
• 2. ITER 기구 ... 50
• 3. 일본 ... 52
• 4. EU ... 54
• 5. 영국 ... 56
• 6. 미국 ... 58
• 7. 중국 ... 60
• 제2절 핵융합에너지개발과 4차 산업혁명 ... 62
• 1. 4차 산업혁명 기술의 특징 ... 62
• 2. 4차 산업혁명 기술과 V-DEMO의 관계 ... 63
• 3. 우리나라 핵융합에너지개발과 V-DEMO ... 64
• 제3장 해외 기술 동향 분석 ... 68
• 제1절 일본 ... 68
• 1. 기본 추진방향 ... 68
• 2. 핵융합 시뮬레이션 기술 개발 현황 ... 68
• 3. DEMO 건설을 위한 시뮬레이션 기술개발 추진 일정 ... 72
• 제2절 EU ... 77
• 1. 기본 추진방향 ... 77
• 2. E-TASC 프로그램 ... 78
• 제3절 미국 ... 86
• 1. 기본 추진 방향 ... 86
• 2. SciDAC 핵융합 프로그램 ... 86
• 3. 엑사 스케일 슈퍼컴퓨팅 연계 핵융합 시뮬레이션 프로젝트 ... 89
• 4. 인공지능/기계학습을 활용한 핵융합 시뮬레이션 기술 고도화 ... 91
• 제4절 중국 ... 94
• 제5절 시사점 ... 95
• 제4장 Virtual DEMO 기술 범위 및 국내 기술 동향 ... 97
• 제1절 Virtual DEMO 개념 ... 97
• 제2절 Virtual DEMO 기술 범위 ... 102
• 1. 토카막 시뮬레이션 기술 범위 ... 102
• 2. 핵융합 공학 요소 시뮬레이션 기술 범위 ... 104
• 3. 핵융합 발전소 통합 시뮬레이션 기술 범위 ... 105
• 4. 핵융합 시뮬레이션과 공학 설계 연계를 위한 기술 개발 ... 106
• 제3절 국내 기술개발 현황 ... 108
• 1. 토카막 시뮬레이션 기술개발 현황 ... 108
• 2. 핵융합 공학 요소 시뮬레이션 기술개발 현황 ... 109
• 3. 통합 시뮬레이션 기술개발 현황 ... 110
• 4. 핵융합 장치 가상화 기술개발 현황 ... 111
• 5. 핵융합 빅데이터 기술개발 현황 ... 112
• 6. 요약 및 시사점 ... 113
• 제5장 Virtual DEMO 개발 방향 및 전략 체계 ... 114
• 제1절 Virtual DEMO 개발 방향 및 전략 ... 114
• 1. 핵융합 성능 및 안정성 정량적 예측 능력 확보 전략 ... 114
• 2. 핵융합 발전소 포괄적 모사 능력 확보 전략 ... 115
• 3. 소프트웨어 핵심·원천 기술 확보 전략 ... 116
• 4. 실험 검증을 통한 시뮬레이션 기술 신뢰성 확보 전략 ... 117
• 5. 공학 설계와 효율적 연계가 가능한 기술 개발 전략 ... 119
• 제2절 Virtaul DEMO 기술 개발 체계 ... 120
• 1. Virtual DEMO 기술 체계 ... 120
• 2. V-DEMO 기술 개발 체계 ... 128
• 제6장 Virtual DEMO 활용 및 기대 효과 ... 141
• 제1절 K-DEMO 설계를 위한 핵심 소프트웨어 확보 ... 141
• 제2절 K-DEMO 설계 평가 및 최적화 활용 ... 144
• 제3절 기대 및 파급 효과 ... 146
• 제4절 결론 및 정책 제언 ... 147
• 참고문헌 ... 149
• 부록. V-DEMO 요소기술별 추진전략 ... 166
• 끝페이지 ... 327