3 贯流式水轮机的应用及技术发展探讨
我国水电资源丰富，第四次水力资源复查成果显示，全国江河水电资源蕴藏量达7亿kW，可开发量5亿kW，经济可开发量4亿kW.现已开发量1亿kW，只占到经济可开发量的25%.我国江河的低水头水力资源，根据文献估算，水头在10m左右的资源量占到可开发资源的约500，达0.2亿kW以上。此外，我国大陆和岛屿海岸线蕴藏着巨大的海洋潮汐能资源，可开发量超过0.21亿kW，尚未进行规模开发。以上数据说明，我国适用于贯流式水轮机开发的低水头水能资源蕴藏巨大，贯流式水轮机应用前景广阔，需求巨大。经过40余年的研究与实践，我国对贯流机组设备开发、研制以及贯流水电站设计和运行技术都取得了很大的发展和成就。对于25m以下低水头水电开发，优先选择贯流机组，已基本形成共识。但目前国内贯流机组设备技术和供给能力还不能满足水电建设的需要，许多大型或顶级的机组设备需要国际市场供货，国内外同类产品在设备性能、单位千瓦材料消耗等技术方面存在着较明显的差别，中小型贯流机组产品的多样性和技术适应性也不能满足国内或适应国际市场的需求。由于研发能力和技术水平的限制，又影响贯流式水轮机的广泛应用。因此，全面提升我国贯流式水轮机的技术水平，任务迫切，意义深远。
推进我国贯流水轮机技术的进步，应当关注贯流机组大型化技术的发展，并致力于提高国内贯流机组整体技术水平。
根据对贯流式水轮机的应用及其技术发展的分析，应用水头逐渐提高、贯流机组大型化是国际贯流水轮机技术发展的趋势，这也和我国低水头水电开发对大型贯流机组的应用需求相吻合。贯流机组对开发低水头水电资源具有优势，而这些资源的开发地点往往位于经济发达、人口稠密的平原或河谷地区，自然资源富集或处于交通要道（如黄河上游等地区）。这类水电资源经济合理的开发，要求实现发电、防洪、航运等综合利用功能，保护生态环境和土地资源，减少移民搬迁及交通设施等淹没、浸没及赔偿，修建高坝大库通常已不适宜。为了优化开发方案和工程总体布置，便于工程综合功能经济地实现，有利于保护生态和环境等资源，往往需要采用单机容量（机组尺寸）更大或应用水头更高的贯流机组。
大型化贯流式水轮机的水力设计不存在重大的技术难题，但机组设计、制造与安装等方面的一些关键技术，以灯泡机组为例，灯泡体及水轮机的支承结构，轴系的分析计算、大吨位轴承的设计制造，发电机的设计，发电机的通风冷却，机组的刚度及振动特性的评估、优化，大尺寸机组的安装技术等，存在较大的技术难度和经济风险。近年，我国水电业界结合湖南洪江、广西恶滩扩建工程、四川桐子林等水电站机组的选型设计，对此进行了研究。在洪江水电站，对采用灯泡贯流机组的关键技术及制造难度，与日本只见、俄罗斯萨拉托夫等电站的大型灯泡机组进行了对比研究，结论是技术可行。该工程已成功实施，成为我国贯流电站技术进步的典型案例。而恶滩扩建工程采用灯泡贯流机组方案，其应用水头和单机容量等设计参数，机组设计制造的技术难度均已超越了世界上已运行的同类电站机组，研究表明采用灯泡贯流机组在技术上是可行的。两座电站的经济分析数据也都表明，可节省建设投资和获得年电量的增加，特别是恶滩扩建工程采用8台75MW灯泡贯流机组与采用4台150MW轴流转桨机组的方案比较，前者首台机组提前9个月发电，工程总工期缩短一年，其提前发电的电费收入，与比后者高出的投资差基本相抵（贯流机组方案设备投资概算按采用2台进口、6台合作编制），每年还可多获得约3%的电量增加，其经济性明显优越。上述研究也说明，开发、应用25～35m水头段的贯流式水轮机和单机容量75MW及以上的灯泡贯流机组，技术上可行，经济上仍处于有利和合理范畴。
全面提高我国贯流式水轮机的整体技术水平，实现包括产品研制技术（水力开发、结构分析、制造工艺、试验研究等）及产品的技术性能、贯流式水轮机应用开发和运行等技术水平的全面提升，结合国内实际和借鉴国际先进经验，应加强计算机及信息技术如计算机CFD、FE、CAD/CAM等及现代制造技术在贯流式水轮机开发、研制和运行等领域的推广和应用，还应加强对国际先进技术的引进、消化和吸收。研究具有自主知识产权的贯流式水轮机产品和技术，这是提升我国贯流式水轮机技术和产业竞争力的必然途径。此外，我国的各类水电资源开发，包括广大农村中小低水头资源及海洋潮汐能源的规模开发，需要技术经济特性优越的，包括各类贯流式水轮机在内的多样性的水轮发电机组设备，因此，应加强对轴伸贯流式水轮机的研究和推广应用，完善轴伸贯流水轮机转轮的研究并形成系列型谱；应加强对用于潮汐能源开发的双向可逆贯流机组、全贯流机组及竖井贯流机组的技术开发和研究；对齿轮增速技术及设备在贯流机组的应用，以及贯流水轮机适用的调速设备的开发等技术课题，应进行全面的规划布局和系统的研究。
4 结语
推进我国贯流式水轮机的技术发展，应对国内的应用现状和发展水平进行客观的评估，对贯流机组的需求情况（包括近期和远期需求）进行分析预测，制订技术发展规划，指导发展研究。我国有巨大的市场需求，全面提升贯流机组的技术及应用水平，将为我国低水头水电资源开发带来巨大的经济效益，也将为我国贯流式水轮发电机组设备提高竞争力，进入国际市场提供强大的技术支持。
