2025年5月18日，美国橡树岭国家实验室（ORNL）制造示范设施通过增材制造技术显著降低了水力发电部件的成本，与初创公司Cadens合作研发的3D打印涡轮机原型已在测试设施中连续运行六年多，为微型水力发电领域带来了新的可能性。
美国约9万座水坝中，目前只有不到3%用于发电。其中约5.1万座被归类为微型水力发电设施（每座水坝发电能力可达100千瓦），意味着数千个地点约29吉瓦的能源尚未开发。经济因素严重阻碍了小型定制水电机组的规模化部署，导致单位成本居高不下。
位于威斯康星州罗马市的初创公司Cadens开发了一款名为“涡轮机设计器”的软件，能够为低水头电站设计水力发电组件。然而，这家公司一直苦于找不到经济实惠的组件制造方案，因此与美国能源部位于橡树岭国家实验室（ORNL）的制造示范设施（MDF）合作，探索增材制造技术能否填补这一空白。
3D打印组件成本效益：单位千瓦成本降低40%
ORNL研究人员发现，平衡标准化与场地特定定制是降低成本的关键。设计采用一根大型PVC管道作为主要水道，并利用3D打印聚合物组件匹配管道尺寸。
导流管分为两部分，采用含20%碳纤维的ABS聚合物3D打印而成，密封后重达688磅。对于导流板壳体，研究团队先3D打印模具，再用玻璃纤维浇铸壳体，最后通过CNC加工和喷涂密封处理，以确保尺寸精度和防水性能。
该团队采用大面积增材制造（BAAM）技术，结合CAD和3D Platform Workbench 400系列系统。打印部件包括尾水管、壁套、流道壳体模具、PVC端接头、管道支架以及固定式Kaplan S型涡轮机的流道系统。最终研制的原型机已在Cadens测试设施中连续运行六年多，产生的数据为后续涡轮机设计和能量转换研究提供了重要支撑。这座30英尺长的测试平台如今已成为业内材料与部件测试、模拟工作及储能研究的重要平台。ORNL报告显示，与传统制造方法相比，这种方法每千瓦的成本降低了高达40%，展现了增材制造在小型水力发电领域的巨大应用潜力。
来源：南极熊
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