3 貫流式水輪機的應用及技術發(fā)展探討

　　我國水電資源豐富，第四次水力資源復查成果顯示，全國江河水電資源蘊藏量達7億kW，可開發(fā)量5億kW，經(jīng)濟可開發(fā)量4億kW?，F(xiàn)已開發(fā)量1億kW，只占到經(jīng)濟可開發(fā)量的25%。我國江河的低水頭水力資源，根據(jù)文獻估算，水頭在10m左右的資源量占到可開發(fā)資源的約500，達0.2億kW以上。此外，我國大陸和島嶼海岸線蘊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開發(fā)的低水頭水能資源蘊藏巨大，貫流式水輪機應用前景廣闊，需求巨大。經(jīng)過40余年的研究與實踐，我國對貫流機組設備開發(fā)、研制以及貫流水電站設計和運行技術都取得了很大的發(fā)展和成就。對于25m以下低水頭水電開發(fā)，優(yōu)先選擇貫流機組，已基本形成共識。但目前國內(nèi)貫流機組設備技術和供給能力還不能滿足水電建設的需要，許多大型或頂級的機組設備需要國際市場供貨，國內(nèi)外同類產(chǎn)品在設備性能、單位千瓦材料消耗等技術方面存在著較明顯的差別，中小型貫流機組產(chǎn)品的多樣性和技術適應性也不能滿足國內(nèi)或適應國際市場的需求。由于研發(fā)能力和技術水平的限制，又影響貫流式水輪機的廣泛應用。因此，全面提升我國貫流式水輪機的技術水平，任務迫切，意義深遠。

　　推進我國貫流水輪機技術的進步，應當關注貫流機組大型化技術的發(fā)展，并致力于提高國內(nèi)貫流機組整體技術水平。

　　根據(jù)對貫流式水輪機的應用及其技術發(fā)展的分析，應用水頭逐漸提高、貫流機組大型化是國際貫流水輪機技術發(fā)展的趨勢，這也和我國低水頭水電開發(fā)對大型貫流機組的應用需求相吻合。貫流機組對開發(fā)低水頭水電資源具有優(yōu)勢，而這些資源的開發(fā)地點往往位于經(jīng)濟發(fā)達、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)濟合理的開發(fā)，要求實現(xiàn)發(fā)電、防洪、航運等綜合利用功能，保護生態(tài)環(huán)境和土地資源，減少移民搬遷及交通設施等淹沒、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)濟地實現(xiàn)，有利于保護生態(tài)和環(huán)境等資源，往往需要采用單機容量(機組尺寸)更大或應用水頭更高的貫流機組。

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

　　全面提高我國貫流式水輪機的整體技術水平，實現(xiàn)包括產(chǎn)品研制技術(水力開發(fā)、結構分析、制造工藝、試驗研究等)及產(chǎn)品的技術性能、貫流式水輪機應用開發(fā)和運行等技術水平的全面提升，結合國內(nèi)實際和借鑒國際先進經(jīng)驗，應加強計算機及信息技術如計算機CFD、FE、CAD/CAM等及現(xiàn)代制造技術在貫流式水輪機開發(fā)、研制和運行等領域的推廣和應用，還應加強對國際先進技術的引進、消化和吸收．研究具有自主知識產(chǎn)權的貫流式水輪機產(chǎn)品和技術，這是提升我國貫流式水輪機技術和產(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)，需要技術經(jīng)濟特性優(yōu)越的，包括各類貫流式水輪機在內(nèi)的多樣性的水輪發(fā)電機組設備，因此，應加強對軸伸貫流式水輪機的研究和推廣應用，完善軸伸貫流水輪機轉(zhuǎn)輪的研究并形成系列型譜；應加強對用于潮汐能源開發(fā)的雙向可逆貫流機組、全貫流機組及豎井貫流機組的技術開發(fā)和研究；對齒輪增速技術及設備在貫流機組的應用，以及貫流水輪機適用的調(diào)速設備的開發(fā)等技術課題，應進行全面的規(guī)劃布局和系統(tǒng)的研究。

4 結語

　　推進我國貫流式水輪機的技術發(fā)展，應對國內(nèi)的應用現(xiàn)狀和發(fā)展水平進行客觀的評估，對貫流機組的需求情況(包括近期和遠期需求)進行分析預測，制訂技術發(fā)展規(guī)劃，指導發(fā)展研究。我國有巨大的市場需求，全面提升貫流機組的技術及應用水平，將為我國低水頭水電資源開發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟效益，也將為我國貫流式水輪發(fā)電機組設備提高競爭力，進入國際市場提供強大的技術支持。