哈尔滨电站设备集团公司    陶星明

 

前  言

　　我国具有丰富的水能资源。根据2005年全国水力资源复查结果：理论蕴藏量约为6.08亿千瓦，年发电量约6万亿千瓦时；技术可开发装机容量5.42亿千瓦，年发电量2.47万亿千瓦时；经济可开发装机容量约4.02亿千瓦，年发电量1.75万亿千瓦时。水电作为清洁的可再生能源，“十一五”国家能源发展规划制定了在保护环境和做好移民工作的前提下积极开发水电的政策，水电建设近些年来得到快速发展，取得了很大的成绩，到2008年底，全国水电装机总容量达到1.63亿千瓦。但也仅占技术可开发量的30%，开发程度还很低。发改委《可再生能源中长期发展规划》中指出到2010年我国计划水电装机容量1.9亿千瓦、到2020年总装机容量3.0亿千瓦，另外，东南亚和南美等地区水电建设和发展的潜力很大。因此，今后十几年，水电设备市场前景广阔。

 

　　哈尔滨电站设备集团公司（简称哈电）是我国最大的发电设备、舰船动力装置研究、制造和成套设备出口基地。在大型水电设备研制及水电站工程总承包和设备成套供货方面具备很强的实力。哈电生产的水轮发电机组约占国产大、中型水电机组总装机容量的1/2。通过引进技术消化吸收和再创新，自主研制了目前世界上容量最大的三峡右岸全空冷额定容量700MW混流式水轮发电机组，制造了目前世界上最大容量的水口200MW轴流式水轮发电机组，已经形成了年产6000MW水轮发电机组的生产能力。2007年制造完成水电机组6080MW，2008年完成水电机组5646MW，在关键技术和制造能力等方面达到世界先进水平。2000年经国家计委批准以哈电为依托建设的发电设备国家工程研究中心已通过验收；2005年和2007年，国家科技部以哈电为依托，组建国家水力发电设备工程技术研究中心和水力发电设备国家重点实验室。

 

 

　　在建国初期，水电技术依靠建国前从国外学习归来的工程师们凭借当年美国有关公司的资料指导研制了共和国第一台云南苏雄800KW水轮发电机组。1954年开始学习前苏联技术，设计制造了72.5MW的新安江机组。从1960年起，在“自力更生、奋发图强”方针指引下，1964年设计制造了100MW的云峰机组，1968年及1972年分别设计制造了225MW和300MW的刘家峡机组。八十年代设计制造了白山300MW转轮直径5.5m混流式机组、125MW转轮直径10.2m的葛洲坝轴流转浆式机组。

 

　　改革开放后，与国外企业合作，吸收先进技术，按国际标准设计制造了加拿大尼泊温93MW水轮机埋件、鲁布格项目与挪威KEN合作制造高水头150MW混流式水轮发电机组、与GE合作制造了清江隔河岩300MW、二滩550MW混流式水轮发电机组；与德国的Voith合作制造了五强溪240MW转轮直径8.3m混流式水轮发电机组，与日本Hitachi合作制造了水口200MW世界上最大容量的轴流转桨式水轮发电机组和凌津滩、洪江、长洲、康扬等大型灯泡贯流式水轮发电机组。在此期间自主开发设计制造了天生桥二级225MW、岩滩302.5MW转轮直径8m 的大型混流式水轮发电机组。

 

　　1997年9月，哈电全面接受了法国ALSTOM-瑞士ABB-挪威KEN联合体三峡700MW混流式水轮发电机组设计制造关键技术，并通过消化吸收完成了左岸的分包任务，独立制造的左岸机组达到国外同等水平，目前在电站运行良好。在三峡右岸12台机组的国际招标中，哈电独立中标4台，在引进技术的基础上并结合自主开发与创新，走产学研结合的道路，制造的具有自主知识产权最大容量840MVA全空冷机组在2007年7月成功投运。2008年8月，在三峡公司溪洛渡18台单机容量770MW机组、向家坝8台单机容量800MW的我国水电历史上最大的招标项目中，哈电中标向家坝4台、溪洛渡6台，合同额44亿，无论是中标台份还是中标金额都是中外竞争厂商中最高的。标志着哈电大型水电机组研究开发的技术水平和制造能力有了跨越式地发展，迈入了具有国际竞争优势的企业行列。

 

　　目前哈电正在制造三峡右岸及地下厂房、龙滩、小湾、拉西瓦、向家坝、溪洛渡等电站共50多台套单机容量600MW以上级的巨型水轮发电机组，开始了在大型水电机组制造上完全用自主研制的设备装备我国电站的新时代。

 

 

　　哈电由于地理位置远离水电丰富的西南地区，确定了只有坚持技术领先和技术差异化战略，才能在市场竞争中取得优势。虽然在国家改革开放的形势下，我们有了和国外合作的机会，特别是在国家的主导下，通过三峡引进了大型水电机组的关键技术，但是，技术是在不断发展与进步的，哈电没有停留，而是在多年自主开发的基础上，结合引进技术不断创新，在水力设计与试验、电磁、通风、推力轴承、绝缘、结构优化、制造工艺等关键技术领域推动了技术的进步，在大型水电设备上开发出了更先进的技术和产品。

 

 

　　转轮是水轮机的核心部件，它将水流的能量转换成机械能，就像飞机的发动机，其性能直接影响机组运行的经济性和安全稳定性，是市场竞争的核心技术。

 

　　20世纪90年代末，在水轮机模型转轮的水力性能上，哈电与国外差距较大，大部分项目的转轮均采用的是国外引进技术，自主开发的转轮效率最好的在93%左右，而国外转轮的效率在94%以上。

 

　　通过三峡工程，哈电引入了先进的三维粘性流体计算软件和分析方法，并坚持以企业为主导，面向市场需求，加大科研投入，充分利用集团的研发机构哈尔滨大电机研究所的优势开展攻关，加上多年积累开发的各种型号和各种水头段设计试验的近千个模型转轮数据库为基础，在水力设计、模型试验、模型试验装置数控加工技术等方面加大开发力度，用不到5年的时间在转轮设计上赶上了世界先进水平。近年来开发了一大批性能优良的模型效率超过94%的转轮用于国内外大型水电站，某些项目效率超过95%，在国际竞争中改变了要靠国外提供水力设计技术的历史，实现了用我们自主开发的达到国际先进水平的水轮机转轮来装备电站的目标。

 

　　在三峡右岸新转轮的开发中，哈电通过引进技术的消化吸收，采用新的设计理念和方法，加大创新力度，开发出了性能全面超过左岸引进技术的新转轮。模型最高效率为94.63%，高于左岸。特别是在稳定性方面有了很大的突破，在整个运行区域内消除了高部分负荷压力脉动，解决了这个一直困扰业内的世界性技术难题。此项成果已被三峡右岸标书规定的由哈电、东电、ALSTOM、VOITH 4家参与在中国水利水电科学研究院同台对比复核试验所验证。成果将代替左岸引进转轮用于哈电中标的4台三峡右岸机组上，成为在大型水电设备研制上具有自主知识产权的关键核心技术，是引进技术消化吸收再创新的典范。该项成果获得了国家发明专利。到目前为止，哈电采用该转轮技术制造的三峡右岸4台机组已经全部投入运行，各项指标满足合同要求，运行的稳定性能优良。

 

　　在贵州乌江构皮滩水电站单机容量600MW水轮机开发中，哈电开发的模型转轮和全部的试验装置在瑞士的洛桑国际公认中立试验室由洛桑的试验专家进行试验测试来进行成果的最终验收，试验结果水轮机性能全部满足合同要求，模型水轮机最高效率高达95.17％，转轮具有优良的稳定性，达到世界领先水平。

 

　　2．巨型水轮发电机全空冷技术

 

　　水轮发电机全空气冷却是由电机转子产生的风来冷却。取消了水系统和泵系统，结构简单、运行可靠、维护方便、能有效地减少电厂的运行费用，得到用户的普遍欢迎。但随着发电机容量的增加，全空冷技术难度越来越大。国际上认为容量超过600MVA均应采用半水冷，所以三峡最大容量达840MVA的发电机，其他国内外公司全部选择了半水冷。但哈电通过多年的自主开发和技术引进及与高校合作开发，形成了一套自己的通风设计及分析技术。2007年7月8日，哈电通过4年艰辛努力研制的三峡首台26#全空冷水轮发电机成功并网发电。机组运行稳定，振动、摆度及温升等性能指标达到优良标准。2008年8月 22日，哈电为三峡右岸电站研制的最后一台机组（23#机 ）顺利通过72 小时带满负荷连续试运行，综合评价达到“精品机组”要求。

 

　　三峡电站的全空冷水轮发电机是目前世界单机额定容量最大和最大连续运行容量最大具有两项世界记录的全空冷水轮发电机，她的研制成功将在世界水电设备开发史上写上新的篇章，开创了大型水轮发电机组采用全空冷技术的新时代，技术领先国际3～5年。哈电通过大型空冷水轮发电机新产品的开发在水电市场上占据了优势并推动了技术的进步。

 

 

　　根据我国电力装机以燃煤机组为主的特点和为了能源结构的调整加快核电和风电建设速度的措施，抽水蓄能电站的建设必然得到较快发展。目前我国已建的抽水蓄能电站总容量9953MW，在建的12800MW，按有关专家预测2015年我国抽水蓄能电站装机容量为34000MW，2020年将达到50000MW，大容量抽水蓄能机组需求量较大。

 

　　在抽水蓄能机组研制方面，哈电采用日本日立水力设计制造的2台60MW蓄能机组安装在回龙电站，制造了白山2台150MW蓄能机组，分包制造了GE公司为韩国青松电站制造的300MW大型抽水蓄能机组。国家通过市场换技术，将宝泉、广东惠州、湖北白莲河共16台300MW抽水蓄能机组一次招标，中标方对中方分包企业全面转让技术，哈电从2005年开始从法国ALSTOM接受技术转让，目前正在消化吸收和承担这三个机组的分包制造任务，另外，以哈电为主采用ALSTOM水力设计技术的蒲石河4台300MW（338米水头）抽水蓄能机组也在研制中。2008年，哈电又获得了安徽响水涧4台250MW的抽水蓄能机组研制合同，这个项目是国家第一个大型抽水蓄能国产化依托工程，核心技术完全由哈电自主研制。

 

 

　　哈电从20世纪60年代的自主开发到80年代后按国外图纸生产，再到三峡引进技术消化吸收再创新并开发出具有自主知识产权的巨型三峡机组，实现了一次技术跨越的轮回，但这种轮回具有质的变化和更深刻的内涵，它昭示着在装备制造领域的大型水电设备技术领先目标的实现。总结这个过程，我们有以下体会：

 

 

　　大型水电设备的自主创新历来得到国家的高度重视，三峡技术引进和抽水蓄能打捆招标引进技术均为技术的跨越式发展创造了条件，同时也要求企业在引进技术的基础上加快消化吸收和国产化，提高自主创新能力。三峡总公司、大型电源建设集团和大型流域开发公司积极支持企业在大型水电设备关键技术方面的创新工作，提供项目、创作条件使企业的科研开发和技术创新有了可靠的保证。

 

 

　　哈电早在1959年建立了从事产品关键技术开发的哈尔滨大电机研究所并取得行业技术龙头的地位。每年都有针对性地开展大量科研课题研究并取得许多高水平的成果应用于产品上，科研分析手段和试验测试设备国内领先。正是有了这些基础，为引进技术的消化吸收并更好地进行创新创造了条件。也正是具有这样的基础，2005年和2007年，国家科技部以哈电和哈尔滨大电机研究所为依托，组建国家水力发电设备工程技术研究中心和水力发电设备国家重点实验室。

 

 

　　三峡左岸我们引进国外的技术消化吸收后制造的机组在电站运行良好，达到国外的同等水平。按常规来讲按照原图纸制造右岸机组是最稳妥可靠的。采用新设计和新技术要承担很大的风险，特别是像三峡这样得到国内外关注的巨型机组。但如果不这样，哈电将总是跟在国外的后面走，国外技术发展了我们就又落后了。在这样的机组上不进行创新和超越，就没有机会。我们只有在做好各项技术研究的基础上勇于面对这种风险和挑战。

 

 

　　为了做好三峡的技术引进、消化吸收和自主制造，国家在“九五”、“十五”均设立重大装备研制项目给予经费支持。哈电也每年在水电开发上投入了几千万用于软件更新和试验设备的技术改造与建设。并设立了重大攻关项目予以经费支持和对项目负责人重奖。特别是从2006年开始，每年增加3200万的科研投入来保证在重大产品研究领域掌握核心技术，取得优势。同时，坚持走产学研相结合的道路，以企业的需求为研究目标，企业以设计和制造工艺研究为主，哈尔滨大电机研究所开展关键技术的开发与应用研究，高校重点是基础分析计算和方法的研究，各方通过项目联系在一起并分工明确，使项目能取得好的结果。

 

　　感谢多年来支持哈电集团发展的国家各有关部门的领导和专家，感谢信赖和帮助哈电的广大业主和制造业的同行们，我们将进一步提高水电设备的自主创新能力，在做好目前在手合同制造任务的同时，要加快国家工程中心和重点实验室的建设，进一步提高自主创新能力；联合国内有优势的科研院所和高校重点开展以金沙江白鹤滩、乌东德水电站为依托的1000MW水电机组关键技术的研制任务。我们有信心通过加大自主创新和走产学研相结合的道路，大力促进大型水电机组核心技术的发展，在大型水电设备开发史上树立新的丰碑。