Нурлан Уразов В США насчитывается около 90 тысяч плотин, однако электричество на них вырабатывают менее трех процентов – остальные простаивают. По оценкам специалистов, порядка 51 тысячи гидротехнических сооружений обладают потенциалом для создания микро-ГЭС мощностью до 100 киловатт каждая. В совокупности это дает 29 гигаватт неиспользуемой энергии. Освоение этих объемов тормозит экономика – производство деталей для малых объектов требует индивидуального проектирования под конкретные условия рек, которые меняются в зависимости от сезона. Без быстрого снижения себестоимости оборудования эти плотины останутся невостребованными.
Попытку изменить ситуацию на рынке предпринял американский стартап Cadens из города Рим в штате Висконсин. Компания разработала программное обеспечение «Turbine Builder» для расчета параметров гидроагрегатов, но столкнулась с высокими затратами на традиционное производство. Для решения этой проблемы Cadens объединила усилия с Национальной лабораторией Оук-Ридж. Инженеры решили использовать технологии аддитивного производства. Перед ними стояла техническая дилемма – детали должны десятилетиями выдерживать напор воды, но при этом их цена не должна выходить за рамки рентабельности.
Выход нашли в комбинировании стандартных материалов и напечатанных на 3D-принтере элементов. Основным водоводом послужила обычная труба из поливинилхлорида большого диаметра. Отсасывающую трубу напечатали из АБС-пластика, армированного углеродным волокном. Деталь весом более 310 килограммов собрали из двух половин и герметизировали. Для камеры рабочего колеса турбины инженеры напечатали форму, в которую затем отлили саму деталь из стеклопластика. Точность размеров и влагозащиту обеспечили с помощью станков с ЧПУ и специальных аэрозольных покрытий. В результате команда создала полный комплект компонентов для поворотно-лопастной турбины Каплана S-образного типа.
Рабочий прототип установили на экспериментальной ГЭС «Каденс». Установка непрерывно функционирует уже более шести лет, предоставляя инженерам данные для доработки конструкции турбин и повышения эффективности преобразования энергии. Объект превратился в полноценную индустриальную площадку для тестирования материалов, оптимизации компьютерных моделей и испытания систем накопления энергии.
Успешная эксплуатация напечатанной на принтере турбины доказывает, что аддитивные технологии способны обеспечить качество на уровне традиционного машиностроения при кратно меньшей себестоимости. Сейчас компания работает над масштабированием производства и адаптацией систем к сложным полевым условиям – в том числе над защитой оборудования от речного мусора и биологического обрастания. Проект финансируется профильными структурами Министерства энергетики США.
