Применение 3D-печати в энергетической отрасли | Солнечные элементы, батареи и электростанции | Ветровые установки нового поколения | Графеновые и жидкостные аккумуляторы | 3D-печать в газовом секторе: лопатки турбин
В одной из недавних статей мы рассказали, насколько 3D-печать выгодна для производства солнечных панелей. Но это лишь частный случай применения аддитивных технологий в энергетике. Их потенциал гораздо шире – 3D-принтеры можно использовать для прототипирования и производства и в других секторах отрасли, например, в нефтегазовых компаниях или для создания ветряных и солнечных электростанций.
Аддитивное производство становится сильным союзником энергетики, позволяя осваивать новые направления и сферы применения. В этом материале мы обсудим все преимущества 3D-печати и расскажем о проектах, реализованных в энергетической отрасли с использованием аддитивных технологий.
Применение 3D-печати в энергетической отрасли
Прототипирование и производство
Сегодня 3D-печать используется уже не только для прототипирования, но и для производства новых деталей, устройств и конструкций. Примеры, которые мы приведем, прекрасно демонстрируют преимущества этой технологии.
3D-технологии позволяют эффективнее работать на самых разных уровнях. Вы можете можете прибегнуть к 3D-печати либо ограничиться 3D-моделированием, чтобы улучшить визуализацию своих проектов. 3D-модели – в том числе печатные – могут использоваться не только внутри компании, но и для демонстрации проектов заказчикам.
Кастомизация по более низким ценам
Аддитивное производство привлекает многие компании возможностью создания деталей с учетом индивидуальных требований. Если вы изготавливаете детали на заказ, то 3D-печать – это именно то, что вам нужно.
Не менее важен тот факт, что своему широкому использованию в энергетике 3D-технологии обязаны низкой стоимости, особенно это касается прототипирования — 3D-печать позволяет проводить столько итераций, сколько потребуется.
3D-печать в разработке новых устройств
Мы уже писали, что 3D-печать совершила настоящую революцию в возобновляемой энергетике и что солнечные панели, изготовленные на 3D-принтере, на 20% эффективнее стандартных. Новые материалы и технологии еще больше повышают эффективность устройств – к примеру, не так давно были разработаны материалы, позволившие переосмыслить производство солнечных панелей.
Возможности использования 3D-печати в энергетике очень широки, но для их реализации необходимы специальные материалы. Свойства материалов зависят от назначения конечных деталей – может потребоваться устойчивость к нагрузкам, давлению, химическим веществам или нагреву.
Технология 3D-печати, применяемая Siemens, позволяет ускорить процесс производства лопаток турбин на 90%
Инновации в энергетике: лучшие проекты с применением 3D-принтеров
Мы собрали примеры лучших энергетических проектов с использованием 3D-принтеров. Они помогут лучше понять текущие возможности и потенциал аддитивного производства в этой отрасли.
Солнечные элементы, батареи и электростанции
Компания из Дубая выбрала 3D-печать для реализации проекта под названием Smart Palm. Идея состоит в создании на городских улицах и пляжах станций, на которых люди смогут зарядить телефон, подключиться к сети Wi-Fi и т.д. «Умные пальмы» имеют современный дизайн и собирают солнечную энергию.
Станции печатаются на 3D-принтерах из армированного пластика. Сначала планировалось изготавливать их из стали, но создатели стремились снизить вес конструкции и поэтому выбрали 3D-печать из пластика.
Некоторые клиенты компании Sculpteo работают с солнечной энергией и используют 3D-печать. Например, основанная в 2014 году компания Simusolar налаживает работу солнечных электростанций в сельской местности Танзании, разрабатывая и внедряя компактные экологичные решения, которые помогают людям в повседневной жизни. Клиенты компании – фермеры, рыбаки и сельские жители, которым требуется оборудование, работающее от солнечного электричества. Simusolar использует 3D-печать, поскольку есть потребность во множестве кастомизированных деталей.
Австралийская организация CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) использует 3D-принтеры для печати рулонных солнечных элементов. CSIRO производит листы фотоэлектрических элементов формата A3, которые подходят для любых поверхностей (например, окон и зданий). Это открывает совершенно новые возможности: высокая эффективность солнечных панелей и технологии 3D-печати позволяют компании создавать точные и надежные системы. Как мы уже выяснили, солнечные панели, напечатанные на 3D-принтере, на 20% эффективнее традиционных.
На сегодняшний день это крупнейшие фотоэлектрические элементы. Они выполняются из эластичного легкого пластика. Исследователи разработали чернила с фотоэлектрическими свойствами, которые наносятся на полоску из эластичного пластика. Процесс производства включает в себя покрытие полосок с помощью гравированного цилиндра, нанесение чернил с использованием щелевой экструзионной головки, а также ракельную печать.
Ветровые установки нового поколения
Аддитивные технологии позволяют создавать новые виды ветровых установок. Известно, что ветроэлектростанции – эффективный источник энергии, но компания Orange Silicon Valley решила пойти еще дальше и узнать, возможно ли изготовить микротурбины, и если да, то каким способом.
Традиционные ветроэлектростанции сложно транспортировать – именно по этой причине компания занялась разработкой установок небольшого размера. Такие установки можно легко перевезти в местности, где затруднительно использовать традиционные ветрогенераторы. К тому же они идеально подходят для городских условий. Прототипы установок напечатали из ABS-пластика на настольном 3D-принтере.
Стартап RCAM Technologies решил внедрить 3D-печать для производства ветроэлектростанций. Цель проекта – создавать не микротурбины, а напротив, большие по высоте. Действительно, чем выше установка, тем эффективнее она работает. Идея проста: печатать некоторые детали ветроэлектростанции прямо на месте. В 2019 году аналитики StartUs Insights включили RCAM Technologies в список лучших стартапов, применяющих аддитивные технологии в энергетике.
Быстрое развитие крупногабаритной 3D-печати делает возможным осуществление все более масштабных проектов. Другими словами, 3D-принтеры позволят сделать ветроэнергетику более эффективной. На данный момент компания создает прототипы ветровых установок с помощью робота-манипулятора.
Графеновые и жидкостные аккумуляторы
Мы уже знаем о преимуществах графеновых аккумуляторов; но если печатать их на 3D-принтерах, они становятся еще производительнее и экологичнее. Исследователи из Городского университета Манчестера, университета Честера и Центрального южного университета в Китае создали совершенно новое устройство накопления энергии.
Внутри него находятся дисковые электроды, напечатанные графеном на 3D-принтере. Этот удивительный материал – будущее электротехники и электроники. В зависимости от целей проекта для печати можно использовать множество различных материалов. Аддитивные технологии позволяют создавать целые системы для получения и хранения возобновляемой энергии.
Исследователи из IBM и ETH Zurich создали первую жидкую батарею, одновременно производящую электроэнергию и холод. Она получила название «Redox Flow» и производится с помощью 3D-печати. Команда исследователей использует аддитивные технологии для создания системы микроканалов, по которым перемещается электролит. Это минимизирует расход энергии и позволяет избежать высокой внутренней температуры.
3D-печать в газовом секторе: лопатки турбин
Инженеры Siemens UK решили использовать для производства лопаток газовых турбин 3D-печать. Лопатки должны обладать устойчивостью к высокому давлению, скоростям до 1600 км/ч и выдерживать окружающую температуру 1250 °С с быстрым охлаждением до 400 °С.
Каковы преимущества 3D-печати для производства такого оборудования? Технология ускоряет процесс производства лопаток на 90%! Это типичный пример использования 3D-печати для нефтяных и газовых компаний.
Компоненты из стали отличаются дороговизной. Аддитивные методы могут снизить их стоимость и позволяют получать любые детали любых размеров, полностью адаптированные к конкретному оборудованию. У аддитивных технологий в энергетике большое будущее.
Автор: Люси Гаже. Перевод с английского. Оригинал материала на сайте Sculpteo
Фото в заставке: www.siemens.com
Надеемся, этот обзор поможет вам лучше понять преимущества 3D-печати для энергетической отрасли. Обратитесь к специалистам iQB Technologies: мы проконсультируем вас по вопросам внедрения аддитивных технологий, выполним тестовые услуги, разработаем готовое решение: info@iqb.ru, +7 (495) 223-02-06.
Статья опубликована 05.12.2019 , обновлена 04.07.2022
