中国为何启动雅江水电工程？国产“水电心脏”不断刷新世界纪录

　　2025年7月2日，一件凝聚中国水电装备顶尖智慧的庞然大物，凝聚中国水电装备顶尖智慧的全球首台单机容量最大500兆瓦、转轮尺寸最大6.23米的冲击式水轮机核心部件——转轮，由哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司自主研制成功并发运。

　　该水轮机的成功研制并发运，引发了许多媒体的报道和关注，也标志着我国在高水头、大容量冲击式水轮机组核心装备领域实现历史性突破。不仅刷新了冲击式水轮机单机容量与转轮尺寸的世界纪录，更如利刃破冰，即将一举突破高水头、大容量冲击式机组技术的长期“封印”，实现我国冲击式水电机组从跟跑到领跑跨越......

　　据悉，该冲击式水轮机转轮将应用于西藏扎拉水电站，该站位于西藏自治区昌都市左贡县和林芝市察隅县境内的玉曲河上，是国家“藏电外送”的骨干电源电站，其在能源供应、技术创新等方面意义重大。

　　公开资料显示，西藏扎拉水电站项目在中国大唐集团有限公司的发展蓝图中深受重视。作为世界首台（套）500兆瓦高水头冲击式机组的依托工程，扎拉水电站不仅是国内唯一能够开展高水头、大容量冲击式机组科研攻关并付诸实践的水电项目，更是中国大唐科技创新与实力展现的标志性工程。

　　该站也是西藏自治区玉曲河流域水电规划第六级电站，坝址、厂址分别位于昌都市左贡县、林芝市察隅县境内，水库正常蓄水位2815米，装机101.5万千瓦（含生态电站1.5万千瓦），枢纽主要由混凝土重力坝、鱼道、生态电站、引水隧洞和地面厂房等组成。其是西藏自治区核准开工的首个百万千瓦级电站，承担着“央企攻坚工程”二期攻关任务“500兆瓦高水头大容量冲击式机组研发”，更是当今世界最大容量的冲击式机组。

　　作为中国大唐在西藏的重大投资项目和“壹号工程”，该项目不仅是促进西藏地区经济社会发展的重要基石，更是保障国家能源安全和推动清洁能源发展的关键一环。

　　中国大唐集团有限公司成立于2002年12月29日，是中央直接管理的国有特大型能源企业，注册资本金370亿元，主要业务覆盖电力、煤炭煤化工、金融、环保、商贸物流和新兴产业。所属二级单位包括45家分、子公司和2家直属机构。还有5家上市公司。

　　其中，5家上市公司分别是：首家在伦敦上市的中国企业、首家在香港上市的电力企业——大唐国际发电股份有限公司；较早在国内上市的大唐华银电力股份有限公司、广西桂冠电力股份有限公司；在香港上市的中国大唐集团新能源股份有限公司、大唐环境产业集团股份有限公司。

　　截至2024年底，中国大唐发电装机容量突破2亿千瓦。在役及在建资产分布在全国31个省（自治区、直辖市）和香港特别行政区，以及缅甸、柬埔寨、老挝、印尼等多个国家和地区，连续15次入选世界500强。

　　值得一提的是，中国大唐建成世界在役最大火力发电厂——内蒙古大唐国际托克托发电公司、我国首个百万千瓦风电基地——内蒙古赤峰塞罕坝风电场、世界首台六缸六排汽百万千瓦机组——大唐东营发电公司。肩负着首都一半以上电力供应的重任，承担着“三北”地区近9.3亿平方米供热任务。

　　而哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司官网显示，公司始建于1951年，是哈尔滨电气集团有限公司的核心子企业，公司集科、工、贸、服于一体，面向全球用户提供水电、火电、核电、气电、泵类、新能源等发电装备和配套控制设备，提供产品全生命周期和多元化订制服务，是中国技术领先、设备精良的大型发电装备制造商和服务提供商。

　　该公司研制的大型水电机组占国内总装机容量的1/2以上，大型汽轮发电机占国内总装机容量的1/3以上；研制的水轮发电机组最大容量1000兆瓦，汽轮发电机、核能发电机最大容量1350兆瓦；具备年产6500万千瓦发电机组的能力，产品遍布中国所有省份，出口到世界52个国家和地区。

　　其创造了我国发电设备制造史上的70多项“第一”，为我国电力事业发展做出了重要贡献，在大容量水、火、核电方面均取得了新的突破；抽水蓄能机组引领行业发展，引水大泵打破国外垄断，脉冲发电机填补国内空白，全空冷新型调相机国际首创、技术领先、指标优良，短路试验发电机在行业内保持着绝对领先优势。公司开发的远程故障诊断系统，推动了中国发电设备运行智能化发展。

　　在冲击式水轮机系统里，水斗式转轮是核心构件，如同机组的“引擎”，承担着将水流动能转化为机械能的关键任务，是水电机组名副其实的“心脏”，为机组运行提供动力支撑。

　　扎拉转轮在冲击式水轮机领域意义非凡。它在结构参数设定上极为精细，每一个数据都经过科学严谨的论证；对水力性能的要求近乎苛刻，力求最大程度挖掘水流能量；在制造工艺方面也有着极高标准，确保每个环节都精准无误。可以说，扎拉转轮代表了当前冲击式水电机组的最前沿技术水平。哈电电机凭借自身技术优势和丰富经验，专门为扎拉冲击式机组定制了高性能的水斗式转轮，为机组高效稳定运行提供保障。

　　据悉，此次成功研发的转轮由21个精密水斗构成，外径达6.23米、整轮高度1.34米、重量约80吨。其核心部件——轮毂锻件，更是目前世界最大的马氏体不锈钢锻件。这些突破性参数标志着该转轮在水力性能、高效运行区间和承压能力方面均实现行业颠覆性提升。

　　媒体报道称，“作为世界水电技术的巅峰之作，该转轮的研发过程堪称系统工程创新的典范”。具体而言，哈电电机的科研团队从保障机组安全与提升性能等多个角度入手，全面考虑了水斗与喷嘴的精准适配、射流直径与运行效率的统一性、射流和水斗之间的相互影响、多喷嘴相邻射流的干扰作用，以及水斗的刚度与强度指标等因素。团队借助水力发电设备全国重点实验室的冲击式水力试验台，创新性地融合了计算流体力学流动分析、高速摄影与流态观测技术，经过不断优化调整，最终达成了过流参数的极致化设计目标。

　　整个研发过程经历了4年、5次评审的攻坚克难。项目研发团队对百余种方案进行系统论证，制造了6个不同设计方向的观测转轮和6个性能试验模型转轮，经高精度冲击试验台验证，其最优效率和加权平均效率均刷新世界纪录，为机组安全高效稳定运行提供了坚实的保障。

　　此外，哈电电机组织联合攻关，采取了“化整为零、分散式加工”的策略，将数控程序从38万条精简至了27万条，提升车序效率21%、镗序效率27%。面对超大尺寸带来的应力挑战，团队运用数字仿真技术指导模锻研究，创新采用锻焊结合结构，精准设计分瓣位置以避开水斗高应力区。

　　在焊接环节，也采用了三维检测模拟、焊机群控系统等数字化手段，实现全程监控，优化工艺参数，提升接头冲击韧性及耐疲劳性能。同时，构建“7序14检”全生命周期检测体系，综合相控阵超声探伤等技术，形成“实体检测+数字仿真”双保障体系，实现焊后尺寸、应力、硬度测试一次合格，探伤合格率达98.04%，确保长期运行可靠性。

　　最后，项目加工团队还利用多轴数控机床，攻克了大深度、多曲面的复杂加工难题，确保转轮的水斗内型面加工符合精品标准。并通过数字编程、三维扫描仪与摄影测量系统、大型水斗在位检测技术，实现了加工过程实时监控与动态优化，为全球最大容量、最大尺寸冲击式转轮的研制提供加工保障。

　　央视新闻报道称，此次冲击式水轮机转轮的成功并发运，标志着我国在高水头、大容量冲击式水轮机组核心装备领域实现历史性的突破。那么，我国当下的水轮机研制现状如何呢？

　　根据罗兴锜、朱国俊、冯建军三位学者发布在《水力发电学报》上的《水轮机技术进展与发展趋势》一文可知， 水轮机作为水电能源开发的核心机械装备，其性能的优劣决定了水电能源的开发利用率。在现代科技进步的推动下，我国水轮机技术也已取得了长足发展。

　　具体而言，我国水轮机技术的发展经历了引进、吸收、消化和再创造的过程，特别是自2000年至2020以来，我国水轮机取得了快速的发展，使水轮机技术总体上达到国际先进水平。

　　回顾世界上各国水电发展历程，在发达国家中，美国在上世纪60—70年代间处于水电建设的高峰期，而现在水电建设速度有所减缓。挪威的水电发展则始于19世纪末，于第二次世界大战后迎来大规模开发，此后，20世纪60 年代迎来开发高峰期，进入80年代后有所减慢，但90年代后期装机容量基本趋于稳定。截至2020年，瑞士、法国及意大利的水电开发程度已超过80%，德国、日本、美国的水电开发程度也已在67%以上。

　　而我国虽然水电资源总量丰富，但开发起步远晚于西方发达国家。据悉，截至2020年，中国的水电开发程度仅为37%，远低于发达国家，因此水电能源的开发仍具有广阔的市场前景。而水轮机是水电能源开发中将水流能量转换为机械能的核心机械设备，其性能的优劣直接影响水电能源开发率。

　　自1827年美国工程师富尔内隆设计出Fourneyron反击式水轮机以来，国外水轮机技术已走过漫长的发展历程。在这一过程中，水轮机先后经历了初创、技术成长、高速发展及平稳发展四个阶段。

　　我国的水轮机研究起步较晚，真正意义上的系统性研究始于1949年之后。但是，尽管起步滞后，国内科研人员仍然凭借不懈钻研和刻苦学习的精神，推动我国水轮机技术实现了 跨越式发展。经过70多年的发展，尤其是近20年的快速进步，我国水轮机技术取得了许多显著性突破。

　　例如：混流式水轮机单机容量突破百万千瓦；轴流式水轮机领域，世界单机容量最大的大藤峡水电站（单机容量 200 兆瓦）首台机组投入运行；贯流式水轮机单机容量从白垢电站的 10 兆瓦提升至巴西杰瑞电站的 75 兆瓦；抽水蓄能机组走出一条 “引进—吸收—突破” 的逆袭之路，再到今天全球首台单机容量最大500兆瓦、转轮尺寸最大6.23米的冲击式水轮机核心部件——转轮的主研制成功并发运。

　　这些成果充分有力地证明了，我国水轮机技术总体已达到国际先进水平，且部分领域甚至可以说已经处于国际领先地位。而国内主要水轮机厂商如哈尔滨电机厂有限责任公司、东方电气集团东方电机有限公司、浙富控股集团股份有限公司，中国水利水电科学研究等仍在积极发力，为水轮机研发提供重要的技术支撑。

　　具体到冲击式水轮机发展方面，我国的冲击式水轮机技术同样起步较晚，但近20多年以来，发展迅速，经历了从无到有、自主设计和提升改进3个阶段，取得了突破性进展。根据罗兴锜等学者的定义，冲击式水轮机一般指水斗式水轮机，主要包括4个部件，分别为配水环管、喷嘴、转轮（水斗）和机架。其工作原理是配水环管首先将高水头的水流引导至喷嘴，在大气压下喷嘴将水流的压力势能转化为射流动能，然后射流冲击水轮机转轮（水斗）使其旋转从而将动能转化为机械能，最后通过发电机转为电能。

　　自1880年Lester A. Pelton 发明水斗式水轮机以来，冲击式水轮机已经发展了一个多世纪，其额定功率、运行范围和效率都在逐步提高，同时还发展了多种形式。根据工作水头和流量，常见的冲击式水轮机可分为水斗式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。对于高水头和大功率，水斗式水轮机使用最多，而斜击式水轮机和双击式水轮机通常在小功率下使用。

　　近年来，我国研发能力正迎头赶上，此次研发成功的西藏扎拉水电站冲击式水轮机组为国内冲击式水轮机组单机容量最大，同时也依托于玉松水电站研发500 MW级，1000 m以上的大型冲击式水轮发电机组。所以，可以说，冲击式水轮机作为高水头水电能源开发的主力机型近年来不断发展进步，国内高水头水电能源的开发具有广阔的市场前景。

　　但由于冲击式水轮机相比反击式水轮机结构复杂，数值研究的准确性和可视化试验的研究还存在一些限制，如何准确阐明冲击式水轮机水斗内的自由表面流动机理以及射流与水斗之间的相互作用等仍是研究的核心问题。

　　综上所述，我国水轮机发展已取得许多成就和飞速的进步，但也需意识到，当下，水轮机行业的发展仍面临着许多挑战。同时，挑战与机遇也是并存的，抓住发展机遇，才能更有利于我国水轮机行业的发展。

　　首先，在机遇方面。近年来，国家能源局紧扣碳达峰碳中和目标，在保障能源安全供应与推动绿色低碳发展之间做好统筹协调，全力提升清洁电力供给能力，可再生能源领域由此取得了新的进展。2024 年上半年，全国水电新增装机容量达4.99吉瓦；截至同年6月底，全国水电总装机容量已达427吉瓦，其中抽水蓄能累计装机容量为54.39吉瓦。随着水电及抽水蓄能装机规模的持续扩大，对水轮机及辅机设备的需求将进一步攀升，这意味着我国水轮机及辅机行业拥有十分广阔的发展前景。

　　其次，在市场需求方面，随着“双碳”目标的推进和绿色能源的普及，我国电力结构正加速向清洁、低碳方向转变，水能作为稳定且高效的清洁能源，其在国家电网中的占比将持续提升。根据中国水电发展远景规划，到2030年我国水电装机容量将达到5.2亿千瓦，其中，常规水电4.2亿千瓦，抽水蓄能1亿千瓦，水电开发程度约60%；到2060年，水电装机将达到约7.0亿千瓦，其中，常规水电5.0亿千瓦，新增扩机和抽水蓄能2.0亿千瓦，水电开发程度73%，基本达到西方国家的开发水平。为水轮机行业带来了巨大的市场机遇。

　　同时，随着大型水力资源的开发殆尽，人们的目光也将转向一些小型低水头甚至超低水头资源。而水轮机作为电站的核心部件，自然也朝着低水头水力资源乃至海洋能资源开发的方向发展。小型水轮机市场受益于分布式能源建设的加速推进以及农村地区的电力需求增加，市场规模有望实现更快增长。

　　最后，我国在水轮机技术研发方面不断突破，高效能、智能化、环保型水轮机的开发已成为行业关注焦点，我国水轮机企业在海外市场的影响力逐渐增强。通过技术合作、项目承建等方式，我国水轮机发展在国际市场的开拓方面也将迎来许多发展机遇，国际市场将成为推动中国水轮机行业增长的重要力量。

　　在市场挑战方面，随着全球化的发展，全球水轮机市场竞争激烈，跨国企业带来强大竞争压力。同时，原材料价格波动、劳动力成本上升等因素，增加了企业运营的成本压力，这要求企业通过技术创新和精细化管理来提升竞争力。

　　另外，近年来水电开发导致的珍稀鱼类生活环境破坏是约束水电发展的关键因素之一，受该因素的影响，很多水电站的规划都被迫取消，因此鱼类生态友好型水轮机的发展和研发也至关重要。行业在追求经济效益的同时，需满足可持续发展要求，应对环境保护压力，包括提高资源利用效率、减少污染物排放以及采取措施保护生态环境等。

　　在特定环境下，水轮机的发展也面临着特定的技术难题。例如，在超高水头、大容量水轮机制造方面，面临通风冷却、机械结构、制造工艺以及运行维护等多方面的技术挑战，直接影响机组的安全性、可靠性和使用寿命。另外，高海拔环境下，设备散热效率大幅下降，绝缘性能退化，电晕问题加剧，且低温环境易导致材料脆化等，也是高海拔水电设备的设计和运维面临的独特技术难题。云开全站Kaiyun平台