USA 3D tiskem mění vodní energii: Obří turbíny zlevní a zpřístupní 29 GW čistého potenciálu

Vědci ve Spojených státech vyvinuli systém 3D tištěných turbín, který by mohl výrazně zlevnit, urychlit a zjednodušit instalaci malých vodních elektráren u stávajících přehrad.

Vědci ve Spojených státech vyvinuli systém 3D tištěných turbín, který by mohl výrazně zlevnit, urychlit a zjednodušit instalaci malých vodních elektráren u stávajících přehrad. Tato inovace by mohla zpřístupnit obrovský, dosud nevyužitý potenciál vodní energie v zemi.

Na projektu spolupracoval startup Cadens z Wisconsinu, specializující se na nízkonákladové a vysoce účinné turbíny, s Manufacturing Demonstration Facility v Oak Ridge National Laboratory (ORNL) v Tennessee. Inženýři vytvořili odolné 3D tištěné turbíny a další klíčové komponenty vodních elektráren, které jsou schopny nepřetržitého provozu v náročných vodních podmínkách po mnoho let. Jsou přesvědčeni, že tento přístup by mohl rozšířit potenciál vodní energie v USA a odstranit stávající překážky pro její využití.

Malé vodní elektrárny s nízkým spádem mohou generovat až 100 kilowattů (kW) elektřiny u menších přehrad a vodních toků. V USA se nachází téměř 90 000 přehrad, ale méně než tři procenta z nich v současnosti vyrábí elektřinu. Data naznačují, že 51 000 lokalit po celé zemi by mohlo podporovat výrobu mikro-vodní energie, což představuje přibližně 29 gigawattů (GW) nevyužitého potenciálu. Vysoké náklady na výrobu zakázkových turbín a infrastruktury pro každou lokalitu však dosud činily tyto projekty finančně neproveditelnými.

K řešení tohoto problému se výzkumný tým obrátil k aditivní výrobě, tedy 3D tisku. Inženýři použili masivní trubky z polyvinylchloridu (PVC) jako hlavní vodní kanál a pomocí 3D tisku vyrobili zakázkové komponenty turbín. To jim umožnilo rychle přizpůsobit díly specifickým rozměrům dané lokality. Jednou z nejdůležitějších součástí je sací trubice, která zvyšuje účinnost turbíny řízením průtoku vody. Byla navržena ze dvou polovin z 20% uhlíkovými vlákny vyztuženého ABS polymeru a poté utěsněna do robustní jednotky o hmotnosti 312 kg. Pro pouzdro oběžného kola, které uzavírá turbínu, tým 3D vytiskl formu a poté finální komponentu odlil ze sklolaminátu. Tým také využil technologii Big-Area Additive Manufacturing (BAAM) k vývoji několika velkých dílů turbín, včetně podpěr potrubí, stěnových průchodek, koncových armatur a prvků systému oběžného kola použitého v konstrukci turbíny Fixed-Kaplan S.

Výsledky ukázaly, že aditivní výroba by mohla snížit náklady na vodní elektrárny na kilowatt až o 40 procent ve srovnání s tradičními výrobními metodami. Provozní prototyp běží v zařízení Cadens ve Wisconsinu již více než šest let a stal se platformou pro celoodvětvový pokrok. Systém se nyní používá pro testování materiálů a komponent, optimalizaci simulačních modelů a výzkum skladování energie. Společnost Cadens nyní pracuje na dalším rozšíření technologie a zlepšuje odolnost proti usazování nečistot a biologickému znečištění, které představují významné výzvy pro dlouhodobý provoz vodních elektráren v přírodních vodních tocích. Výzkum je podporován Úřadem pro pokročilé materiály a výrobní technologie (AMMTO) Ministerstva energetiky USA (DOE).