编者按

习近平总书记指出，“能源问题是发展中的战略问题”“能源的饭碗必须端在自己手里”。

“十五五”开局之年，各地立足资源禀赋、依托区位优势，加快建设能源基地，能源强国建设的时代画卷徐徐铺展。

坐落于昌都左贡、林芝察隅交界玉曲河谷的扎拉水电站，是国家布局高原绿电、打通“藏电外送”战略通道的示范工程，也是世界首台（套）重大技术装备攻坚项目。全面投运后，扎拉水电站年均发电量可达39.46亿千瓦时，每年可节约标准煤约130万吨，减少二氧化碳排放约342万吨。

6月6日至14日，中国外文局《中国报道》记者深入扎拉水电站建设一线，在平均海拔3000多米的施工现场，从科技自立自强攻坚、边疆民生普惠共享、高原生态协同保护、区域产业全域赋能四大维度纵深展开，解码“十五五”新型能源体系落地实践，具象呈现我国立足本土资源、坚持装备自主、稳步向绿进阶的能源强国建设生动图景。

初夏，30多摄氏度的气温炙烤着扎拉水电站地上厂房。阳光从高窗斜斜地洒进来，空气中飘浮着金属与机油的气味。站在地上厂房水轮机安装层，脚下是翻涌而过的玉曲河水，仰头望去，发电机尚未安装的预留孔洞恰好框出一方独属于青藏高原的蓝天。这里是扎拉水电站的心脏地带，正在进行的是世界首台（套）500兆瓦高水头大容量冲击式水轮机组的安装调试。

△ 扎拉水电站地上厂房水轮机安装层。（摄影/刘雪云）

“世界首台（套）”的分量，不仅是全球单机容量最大、功率最高、技术最先进、制造难度最大，还是由我国装备制造企业完全自主研发。然而，这样的创造性突破，远没有想象中简单。

破题扎拉

△ 正在建设中的扎拉水电站。（摄影/刘雪云）

放眼全球，水电站类型千差万别，机组选型也因河而异。根据河道形态、水流落差和功能定位的不同，水电站通常选用反击式、冲击式或可逆式机组。以国内为例，三峡、溪洛渡、葛洲坝等大型水电站多采用反击式机组，即水流包裹转轮，在水中持续做功，转轮始终处于均匀受力状态。而冲击式机组则适用于落差超过200米的高山峡谷地形，扎拉水电站水头落差近700米，是典型的超高水头电站。

在扎拉水电站之前，国内较高一点落差的水电项目多采用小型冲击式机组，高水头大容量冲击式机组的应用场景极少。因此，国内相应的研发能力和工程经验也较为有限。而国外的冲击式机组起步更早，积累更深。彼时，全球在运单机容量最大的冲击式水轮发电机组位于奥地利，单机容量约为400兆瓦；国内在运最大冲击式机组单机容量为150兆瓦，且这一领域核心技术尽数掌握在国外企业手中。

如此高水头、大容量的冲击式水轮机组，在全球水电史上找不到任何现成参照。选定研发模式、开展技术攻坚，成为当务之急。

“为带动国内水电装备全产业链均衡发展，扎拉水电站500兆瓦超大容量机组创新采用了双厂家协同建设模式，由东方电气集团东方电机有限公司（以下简称东电）与哈尔滨电气集团有限公司（以下简称哈电）两大国内头部水电装备企业各承接一台机组研发制造，打破了传统单一厂家合作模式的路径依赖。”西藏藏东南清洁能源开发有限公司玉曲河分公司执行董事谢学东告诉中国外文局《中国报道》记者。

“钢铁莲花”的两套解法

设备研发与制造的难题，摆在了东电与哈电两家行业巨头面前。

一台发电机组能否达到额定的单机发电容量，直接取决于水能转化为机械能的效率高低，而作为能量转换的核心枢纽，水轮机正是关键。

哈电集团首席技术专家陶星明告诉中国外文局《中国报道》记者，高水头冲击式机组的水流并非持续包裹转轮，而是从喷嘴高速射出，间断性地冲击转轮轮毂上的水斗，产生旋转动力，进而实现水能转换为机械能。每个水斗被水流冲击后随即脱离，转到下一个喷嘴接受水流的再次冲击，如此循环往复。

“在水轮机全生命周期中，交变冲击要重复超过30亿次。每一次冲击，相当于一辆10吨重的卡车以100公里的时速撞上去。”东方电气集团东方电机有限公司副总工程师冯涛说，在如此极端工况下，转轮作为水轮机最核心的部件，承受着最苛刻的考验，也成为整台机组研发制造中必须攻克的核心环节。

△ 东电世界首台（套）500兆瓦高水头大容量冲击式水轮发电机组转轮正在加工。

乍看之下，水轮机转轮形似一朵盛开的莲花，但要让这朵“钢铁莲花”在超30亿次交变冲击中屹立不倒，其研发与制造的复杂程度远超想象。

此前，世界上最大的冲击式机组转轮直径不过4米出头，厚度仅0.8米。而扎拉水电站500兆瓦的转轮最大直径有6.23米，厚度约1.5米。尺寸的跃升带来的是研发设计、材料、锻造、焊接等一系列难题。面对这些“极限挑战”，哈电与东电分别走出了一条各具特色的技术创新之路。

受访专家表示，水利开发与设计是首要前提，转轮制造与泥沙磨损则是必须闯过的两道关卡。为了最大限度提高水轮机的转化效率，东电自建水利试验台，凭借多个项目的数据积累不断迭代优化水利设计技术；哈电则依托全流道仿真与高速摄影技术，通过仿真和精准捕捉水流冲击转轮瞬态流态的分析，对转轮进行迭代优化，以此来提高研发水平。经过多次试验与反复验证，扎拉水电站的水轮机转化效率达到了92.4%—92.8%，优于92%的国际平均水平。

哈电的转轮制造选择技术成熟的“锻焊结构”，即转轮的中心轮毂采用巨型整体锻件，外围21个水斗分别模锻成形，再通过焊接工艺将其连为一体。陶星明指出，锻造272吨级马氏体不锈钢锻件难在三个方面，一是在冶炼中要确保钢锭成分均匀、防止有害元素偏析；二是锻造中要保证超大厚截面锻件内部致密、不产生裂纹；三是热处理中要不断优化组织性能、满足力学性能特别是疲劳强度要求。

“我们与中国一重等企业联合攻关，经过反复试验，最终实现了探伤一次性合格，创造了世界最大马氏体不锈钢锻件的纪录。”陶星明说。

然而，锻件只是第一步。21个水斗需要逐一焊接到轮毂上，焊接质量直接决定转轮在几十亿上百亿次交变冲击下的安全性。“焊接过程中每一个参数都不能有偏差，一旦出现内部缺陷，整个转轮就可能报废。”陶星明说，哈电团队从焊材研制到焊接参数优化，从热处理到无损探伤，形成了一整套焊接工艺规范。

东电则另辟蹊径，采用“3D打印+锻造”复合创新技术。他们将转轮分解设计，核心受力部位采用锻造保证组织性能，非关键部位采用增材制造（3D打印）成形。该大的大、该小的小，既保证了核心部位的材料致密性和力学性能，又大幅降低了整体制造难度。

“若机组容量需要进一步增大时，只需要‘多打印一些’即可，不再受限于锻压设备的极限能力。”冯涛说，成本更低、效率更高、质量更稳。此外，东电还开发了12个机器人应用场景，在自动焊接、3D打印成形等环节，实现了转轮制造全流程数字化和智能化。

转轮制造完成，并不意味着挑战的终结。保持转轮后续安全稳定运行，同样关乎成败。高频次交变冲击和高水位裹挟的泥沙，会给转轮带来空化、磨损、腐蚀等问题，长期将影响水轮机组使用寿命与运行安全。

“就像将士上战场需要穿盔甲，重要部位也要特殊防护。”冯涛形象地比喻道，对于不同部位的破坏机理，东电进行了针对性防护与定期修复，在转轮常受冲击部位施加了一层激光熔覆与特殊耐磨材料涂层。

△ 哈电世界首台（套）500兆瓦高水头大容量冲击式水轮发电机组转轮正在加工。

面对同样的难题，哈电则研发了多种新的材料和工艺。陶星明解释道，哈电在第一台转轮上采用高音速碳化物喷涂技术，这种碳化物粉末能够在高温、高速冲击下，在转轮表面形成抗泥沙磨损硬膜；同时，哈电开发了采用激光熔覆工艺的粉末冶金材料，这种材料与水斗母材结合性能更好，使其兼具抗磨与抗空化性能，哈电将在备品转轮上应用。此外，哈电在发电机转子上使用了强度等级为900兆帕高强度磁轭钢板、应用了H级（长期工作下最高可耐180℃高温）绝缘防护材料。

两种技术路线，殊途同归，背后是共同的创新逻辑，不依赖国外现成经验，不照搬既有路径，而是靠反复试验、自主攻关，一步一步蹚出自己的路。

攀登不止

与水电设备打了一辈子交道的中国水利水电第七工程局有限公司扎拉项目经理苏大，参与过国家许多重大水电项目，算是这个行业里摸爬滚打几十年的“老水电人”。

“三峡工程初期，我们的核心机组几乎被国外承包商垄断，从转轮、定子到高压管路等关键部件全是国外制造，中方只能承接蜗壳衬板等非核心部件。但到了龙滩水电站，局面彻底扭转。当时项目业主方坚持国产化路线，90%核心部件由东电和哈电等国内企业制造。”苏大告诉中国外文局《中国报道》记者，“虽然当年咱们的加工精度还不够，现场偶尔出现螺孔错位等问题，但经过20年的追赶，中国水电装备制造已经站在了与世界持平的水平线上。”

△ 东电使用机器人对转轮进行焊接。

回望一路走来，中国水电装备制造从来不是“跳跃式”的侥幸，而是“台阶式”的积累。扎拉水电站500兆瓦高水头大容量冲击式水轮机组的制造在2023年立项，到如今不过短短三年半，但如果把目光拉长，高水头大容量冲击式机组的研发与制造，远不止这三年。

哈电早在1953年就开启了冲击式机组的自主研发，并向行业开放相关技术，到目前为止已在国内外的30多座水电站提供了75台设备。“在扎拉水电站之前，哈电作为技术总负责与国外合作制造的冲击式机组最大单机容量达到220兆瓦，水头最高达到923.7米。往后在秘鲁的圣亚旺电站，我们自主研制了两台全国产化的100兆瓦机组，性能已经达到了国际先进水平。”陶星明说，哈电在长期的技术积累中、在与国外公司的合作中，不断进行技术吸收、消化、再创新。

面对国内高水头大容量冲击式机组的技术空白，东电则联合四川投资集团，成功将国内最大在运冲击式机组四川田湾河金窝水电站150兆瓦机组的转轮进行国产化替换。而后，东电又通过多个水电项目验证抗磨蚀技术，为冲击式机组研发设计积累了经验。

“敢不敢做是态度问题，重要的是我们能不能做。”冯涛说这句话时，语气平静却笃定。30年前不敢想的事，今天不仅敢想，而且能做出来，背后是国家整体技术水平的全面跃升。

相较于过去，如今中国高端装备制造水平已经是“坐着火车跑”和“坐着高铁跑”的区别。冯涛强调，我国整体工业能力的跃升，设计、材料、制造水平的全面进步，全球最完整工业体系与产业链的强大支撑，让任何技术构想都有了落地的土壤。与此同时，所有参建单位充分发挥各自优势，跨行业整合资源协同攻关；国家层面也在科技与工信领域给予了政策和项目支持，为中国高端装备制造的发展提供了至关重要的托举力量。

“扎拉水电站的突破，标志着我国高水头大容量冲击式水轮发电机组研发制造领域从‘中国制造’走向了‘中国创造’，对于国家能源安全至关重要。”西藏藏东南清洁能源开发有限公司董事、总经理江昔兵说，它证明了在极端复杂的地质和气候条件下，中国装备、中国技术、中国标准完全有能力胜任。这不仅为后续藏东南基地千万千瓦级项目的开发提供了技术范本，更让我国在世界水电领域拥有了更强的话语权。

扎拉水电站不是终点，而是新的起点。受访专家纷纷表示，随着风电、光伏等新能源大规模并网，水电正从“基荷电源”向“调峰调频电源”转型，这对水轮机组的灵活调节能力提出了更高要求。下一步，在持续提升机组效率与运行稳定性的基础上，智能化升级也将成为重要方向。

“在中国，没有最大，只有更大；没有最快，只有更快。”陶星明信心满满地说，这不是口号，而是过去几十年中国工程界反复验证的规律。

从扎拉水电站出发，从高水头大容量冲击式机组出发，世界水电装备的最高峰上，已经插上了“中国芯”的旗帜，但攀登仍在继续。

撰文：《中国报道》记者 刘雪云

责编：王金臣

编审：林崇珍 张利娟