3 貫流式水輪機(jī)的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展探討

　　我國水電資源豐富，第四次水力資源復(fù)查成果顯示，全國江河水電資源蘊(yùn)藏量達(dá)7億kW，可開發(fā)量5億kW，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量4億kW。現(xiàn)已開發(fā)量1億kW，只占到經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量的25%。我國江河的低水頭水力資源，根據(jù)文獻(xiàn)估算，水頭在10m左右的資源量占到可開發(fā)資源的約500，達(dá)0.2億kW以上。此外，我國大陸和島嶼海岸線蘊(yùn)藏著巨大的海洋潮汐能資源，可開發(fā)量超過0.21億kW，尚未進(jìn)行規(guī)模開發(fā)。以上數(shù)據(jù)說明，我國適用于貫流式水輪機(jī)開發(fā)的低水頭水能資源蘊(yùn)藏巨大，貫流式水輪機(jī)應(yīng)用前景廣闊，需求巨大。經(jīng)過40余年的研究與實(shí)踐，我國對(duì)貫流機(jī)組設(shè)備開發(fā)、研制以及貫流水電站設(shè)計(jì)和運(yùn)行技術(shù)都取得了很大的發(fā)展和成就。對(duì)于25m以下低水頭水電開發(fā)，優(yōu)先選擇貫流機(jī)組，已基本形成共識(shí)。但目前國內(nèi)貫流機(jī)組設(shè)備技術(shù)和供給能力還不能滿足水電建設(shè)的需要，許多大型或頂級(jí)的機(jī)組設(shè)備需要國際市場供貨，國內(nèi)外同類產(chǎn)品在設(shè)備性能、單位千瓦材料消耗等技術(shù)方面存在著較明顯的差別，中小型貫流機(jī)組產(chǎn)品的多樣性和技術(shù)適應(yīng)性也不能滿足國內(nèi)或適應(yīng)國際市場的需求。由于研發(fā)能力和技術(shù)水平的限制，又影響貫流式水輪機(jī)的廣泛應(yīng)用。因此，全面提升我國貫流式水輪機(jī)的技術(shù)水平，任務(wù)迫切，意義深遠(yuǎn)。

　　推進(jìn)我國貫流水輪機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)當(dāng)關(guān)注貫流機(jī)組大型化技術(shù)的發(fā)展，并致力于提高國內(nèi)貫流機(jī)組整體技術(shù)水平。

　　根據(jù)對(duì)貫流式水輪機(jī)的應(yīng)用及其技術(shù)發(fā)展的分析，應(yīng)用水頭逐漸提高、貫流機(jī)組大型化是國際貫流水輪機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢，這也和我國低水頭水電開發(fā)對(duì)大型貫流機(jī)組的應(yīng)用需求相吻合。貫流機(jī)組對(duì)開發(fā)低水頭水電資源具有優(yōu)勢，而這些資源的開發(fā)地點(diǎn)往往位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的平原或河谷地區(qū)，自然資源富集或處于交通要道(如黃河上游等地區(qū))。這類水電資源經(jīng)濟(jì)合理的開發(fā)，要求實(shí)現(xiàn)發(fā)電、防洪、航運(yùn)等綜合利用功能，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和土地資源，減少移民搬遷及交通設(shè)施等淹沒、浸沒及賠償，修建高壩大庫通常已不適宜。為了優(yōu)化開發(fā)方案和工程總體布置，便于工程綜合功能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)，有利于保護(hù)生態(tài)和環(huán)境等資源，往往需要采用單機(jī)容量(機(jī)組尺寸)更大或應(yīng)用水頭更高的貫流機(jī)組。

　　大型化貫流式水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)不存在重大的技術(shù)難題，但機(jī)組設(shè)計(jì)、制造與安裝等方面的一些關(guān)鍵技術(shù)，以燈泡機(jī)組為例，燈泡體及水輪機(jī)的支承結(jié)構(gòu)，軸系的分析計(jì)算、大噸位軸承的設(shè)計(jì)制造，發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻，機(jī)組的剛度及振動(dòng)特性的評(píng)估、優(yōu)化，大尺寸機(jī)組的安裝技術(shù)等，存在較大的技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。近年，我國水電業(yè)界結(jié)合湖南洪江、廣西惡灘擴(kuò)建工程、四川桐子林等水電站機(jī)組的選型設(shè)計(jì)，對(duì)此進(jìn)行了研究。在洪江水電站，對(duì)采用燈泡貫流機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)及制造難度，與日本只見、俄羅斯薩拉托夫等電站的大型燈泡機(jī)組進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)論是技術(shù)可行。該工程已成功實(shí)施，成為我國貫流電站技術(shù)進(jìn)步的典型案例。而惡灘擴(kuò)建工程采用燈泡貫流機(jī)組方案，其應(yīng)用水頭和單機(jī)容量等設(shè)計(jì)參數(shù)，機(jī)組設(shè)計(jì)制造的技術(shù)難度均已超越了世界上已運(yùn)行的同類電站機(jī)組，研究表明采用燈泡貫流機(jī)組在技術(shù)上是可行的。兩座電站的經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)也都表明，可節(jié)省建設(shè)投資和獲得年電量的增加，特別是惡灘擴(kuò)建工程采用8臺(tái)75MW燈泡貫流機(jī)組與采用4臺(tái)150MW軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組的方案比較，前者首臺(tái)機(jī)組提前9個(gè)月發(fā)電，工程總工期縮短一年，其提前發(fā)電的電費(fèi)收入，與比后者高出的投資差基本相抵(貫流機(jī)組方案設(shè)備投資概算按采用2臺(tái)進(jìn)口、6臺(tái)合作編制)，每年還可多獲得約3%的電量增加，其經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)越。上述研究也說明，開發(fā)、應(yīng)用25～35m水頭段的貫流式水輪機(jī)和單機(jī)容量75MW及以上的燈泡貫流機(jī)組，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上仍處于有利和合理范疇。

　　全面提高我國貫流式水輪機(jī)的整體技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)包括產(chǎn)品研制技術(shù)(水力開發(fā)、結(jié)構(gòu)分析、制造工藝、試驗(yàn)研究等)及產(chǎn)品的技術(shù)性能、貫流式水輪機(jī)應(yīng)用開發(fā)和運(yùn)行等技術(shù)水平的全面提升，結(jié)合國內(nèi)實(shí)際和借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)如計(jì)算機(jī)CFD、FE、CAD/CAM等及現(xiàn)代制造技術(shù)在貫流式水輪機(jī)開發(fā)、研制和運(yùn)行等領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)國際先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收．研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的貫流式水輪機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)，這是提升我國貫流式水輪機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競爭力的必然途徑。此外，我國的各類水電資源開發(fā)，包括廣大農(nóng)村中小低水頭資源及海洋潮汐能源的規(guī)模開發(fā)，需要技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性優(yōu)越的，包括各類貫流式水輪機(jī)在內(nèi)的多樣性的水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)軸伸貫流式水輪機(jī)的研究和推廣應(yīng)用，完善軸伸貫流水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的研究并形成系列型譜；應(yīng)加強(qiáng)對(duì)用于潮汐能源開發(fā)的雙向可逆貫流機(jī)組、全貫流機(jī)組及豎井貫流機(jī)組的技術(shù)開發(fā)和研究；對(duì)齒輪增速技術(shù)及設(shè)備在貫流機(jī)組的應(yīng)用，以及貫流水輪機(jī)適用的調(diào)速設(shè)備的開發(fā)等技術(shù)課題，應(yīng)進(jìn)行全面的規(guī)劃布局和系統(tǒng)的研究。

4 結(jié)語

　　推進(jìn)我國貫流式水輪機(jī)的技術(shù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展水平進(jìn)行客觀的評(píng)估，對(duì)貫流機(jī)組的需求情況(包括近期和遠(yuǎn)期需求)進(jìn)行分析預(yù)測，制訂技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，指導(dǎo)發(fā)展研究。我國有巨大的市場需求，全面提升貫流機(jī)組的技術(shù)及應(yīng)用水平，將為我國低水頭水電資源開發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也將為我國貫流式水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備提高競爭力，進(jìn)入國際市場提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。