从“小学生”到“打遍天下无敌手”，探访中国水电支柱——东方电气集团

【文/观察者网 李焕宇】5月31日，世界在建规模最大的巨型水电站白鹤滩水电站大坝全线浇筑到顶，把水电再度拉进了舆论热点。

中国水电自三峡工程起就开始大步追赶国外先进水准。这次，东方电气驻白鹤滩工地总代表王笑君用一句“已经做到最高水平，没有其他对手了”宣布中国水电已经从并跑变为领跑，站在世界之巅。而在白鹤滩之后，全世界都很难再有机会建造类似规模的水电项目了。

近日，观察者网参加了由国资委和中央网信办联合主办的“百年党旗红 国企新征程”探访活动，采访了白鹤滩水电站左岸8台100万千瓦水电机组的研制企业——东方电气。他们表示，东方电气能够从三线建设时期一路走到现在，超越世界各路同行，关键在于对自主创新的坚持，“始终坚持对的事情”。

放眼未来，随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，水电行业将会迎来新的发展机遇，因为储能将在以新能源为主的新型电力系统里发挥重要作用，而高效的抽水蓄能电站会成为东方电气重要的发力点。

东方电气集团东方电机厂区地标——一个退役的水轮机转轮 观察者网/李焕宇 摄

水电的珠峰

白鹤滩水轮发电机组是世界上首批百万千瓦水电机组，属于巨型混流式水轮机组，相对于长江干流的三峡巨型机组和同在金沙江的溪洛渡巨型机组，单机容量又有了巨大的跨越，其技术研究的复杂性和技术难度，远大于世界上已有的机组。

以大家熟知的三峡机组作参照。三峡水电站的单机容量为70万千瓦，单台机组高度50.7米，重达7000吨。

三峡水电站 图片来源：新华网

相比之下，白鹤滩水电站，单机容量100万千瓦，机组高度超过50米，重达8000吨。

白鹤滩水电站 图片来源：东方电气

白鹤滩水电站（总装机1600万千瓦）是中国仅次于三峡（总装机2250万千瓦）的第二大水电站，作为电站的核心，其水电机组不仅是“中国制造”，还是“中国创造”。东方电气称，白鹤滩水轮发电机组的研制意味着他们已经进入了世界水电技术的“无人区”，也就是王笑君工程师说的那一句：“你已经做到最高水平了，俯视下去，你发现周围已经没有其他对手了。”

东方电气集团党组成员、副总经理张继烈也表示，白鹤滩电站机组的研制意味着中国在水电装备研制上实现了“从并跑到领跑”。他说，中国水电现在“打遍天下无敌手了”，很多西方国家已经退出了这一领域，当年在和东方电气同台竞争的水电巨头，如今还有请他们过去排解技术问题的。

从“小学生”到“无敌” 东方电气的逆袭之路

“天下无敌”当然不是“等”出来的，作为一家在大山里起家的企业，东方电气今日的成就同几十年来对自主创新始终如一的坚持密不可分。

该集团的第一座工厂兴建于1958年，其余大部分则始建于我国“三线建设”时期。当时，响应国家“好人好马上三线”的号召，哈尔滨电气及全国各地的精兵强将和一半的好设备都被调到了还是以农业为主的四川德阳，硬是在大山里建起第一个车间。

东方电气第一座工厂开建时的新闻报道

1966年，东方电气制造了他们的第一套水电机组——单机容量45MW（兆瓦）的湖南双牌水电机组。当时，东方电气的技术基本是以苏联援华时期的技术做底。在这基础上，东方电气先后研发出了单机容量150MW的丹江口水电机组、单机容量170MW的葛洲坝水电机组，后者成为当时直到现在世界上转轮直径最大的水电机组，获首届国家科技进步特等奖（1985年）。

据东方电气介绍，他们在这一时期始终坚持独立自主开发，积累经验。不过在改革开放后，有着先进技术的外国水电企业对他们形成了强有力的挑战。

双牌水电机组的转轮 图片来源：东方电气

葛洲坝水电机组转轮 图片来源：东方电气

四川省劳动模范、东方电机水力设计首席专家王亚林坦言，在八十年代，他们和刚进来的外国企业间有着看似“无法跨越”的差距。张继烈也表示，当时的东方电气就像是个“小学生”，不过他们没有气馁，而是跟在后面一点点学，学会了以后就自己创新。

到九十年代，中外水电机组的发电效率分别达到92%和93%，虽然差距只有1%，但这背后仍有5-10年的技术代沟。

真正在技术上开始能够追赶国外发生于三峡工程时期。三峡工程左岸机组的核心技术来自于法国阿尔斯通、德国西门子、瑞士ABB等国外巨头，不过东方电气借助参加左岸机组的制造成功掌握了世界上巨型混流式水电机组研制的关键技术，达到世界先进水平，具备了立足国内自主研制70万千瓦级巨型水电机组的能力和条件。

在那之后，通过持续创新，东方电气成功开发出了适用于三峡右岸电站的转轮模型，综合性能优于三峡左岸国外的转轮模型，在举世瞩目的三峡右岸机组投标中与国外一流制造厂商同台竞技并胜出，取得了有历史意义的自行设计、制造三峡右岸4台70万千瓦水电机组合同。

东方电气的水电机组发展沿革过程

到单机容量77万千瓦的溪洛渡电站建设时期，东方电气已经可以在技术参数上不输国外，甚至部分领先。其机组运行振动、摆度、噪音等稳定性指标均表明，溪洛渡水轮发电机组的研发水平已经达到国际先进水平。

“可以和国外任何公司叫板。”王亚林说道。

最终在白鹤滩水电站建设时期，东方电气实现了从“并跑”到“领跑”，抵达世界水电的“无人区”。王亚林称其为“最大的跨越”，让他们“完全弄懂”了水电。高级工程师陈文学也认为，白鹤滩机组的研制是技术突破的关键节点，它是“前无古人，后无来者”的标杆，提升了民族的自信心。

白鹤滩机组 前无古人后无来者

为什么白鹤滩机组会有这么高的评价？不妨看看这套机组创下的“世界第一”：

单机容量100万千瓦（高度超过50米，重达8000吨），世界第一

发电机额定效率不低于99.01%，世界第一

定子绕组温升不超过63K，转子绕组温升不超过58K，属全行业最严温升控制水平，世界第一

发电机最高电压等级24千伏，世界第一

同这样一个全球最强水电发电机组相配的，是在建设过程中同样创下了不少“世界第一”的白鹤滩水电站：

地下洞室群规模，世界第一

圆筒式尾水调压室规模，世界第一

300米级高拱坝抗震参数，世界第一

无压泄洪洞群规模，世界第一

要创造这样一个“世界第一”，难度可想而知。

《中国能源报》曾以80万千瓦的水轮发电机为例称，这样一个电机有五层楼高，仅旋转部分就重达3000多吨，它有数万个部件，一些指标要以0.01毫米的精度来考量——那仅仅是一根头发丝直径的六分之一。相比之下，百万千瓦机组的技术难度和复杂性更是史无前例，机组的设计制造已超出了当时既有的技术水平和规范。

没有任何技术可以参照，自主创新就成了唯一途径。

东方电气下属的东方电机开展了机组的总体设计、水力开发、电磁设计、高效冷却技术、推力轴承技术、高压绝缘技术、转轮动应力、高强度材料研究与应用、关键部件制造技术等等重大专题科研攻关，仅仅是轴承部分就产生了32项新专利。

党委副书记、教授级高级工程师陈文学对这种巨型装备的研发给出了一个精准的比喻——“大象跳舞”。

以负责推力轴承设计的研究试验中心主任工程师钟海权为例。机组的滑动轴承，两个运动面之间有一层0.003毫米的油膜，但却要承载4000多吨的重力，比三峡还要高一个等级。但是，市面上几乎没有这方面的计算软件，已有的计算软件精度不够，他只有自己开发软件程序；运行轴承瓦升温太高，不能满足标书要求，钟海全带领团队历经数十轮试验，发明了热边界层隔离降温技术及装置，解决了推力轴承瓦温偏高的问题；团队成员还集体发力，创新性地完成了全流道、全工况数值模拟，将计算手段换代升级，创建了全新的评判标准。

白鹤滩水电机组转子吊装 图片来源：国投集团

这种例子在东方电气探索“无人区”的过程中数不胜数。在研发环节，他们采用先进的水力设计、CFD分析等手段，应用了全流道全工况数值仿真技术，创新性开拓了叶形加厚技术，实现了整个过流部件强度与水力性能的最佳匹配，兼顾了高效和安全稳定的关系。

在制造环节，他们持续优化转轮制造工艺，严控每道制造工序质量，通过转轮全低氢焊接技术研究及应用，转轮及上冠空中偏心翻身技术创新，隐形平衡块结构研究并应用等工艺措施，确保了转轮焊缝一检合格率、外观质量、制造精度等满足内控标准、精品标准，转轮精品检测指标达标率达到了100%。

白鹤滩1号机转轮，残余不平衡力矩为前所未有的零值，创造了全球巨型机组转轮静平衡试验的最好记录。截至目前，东方电气已为白鹤滩水电站研制了3台“零配重”转轮。

三峡水电机组转子吊装 图片来源：国投集团

东方电气还充分总结三峡、溪洛渡等大容量机组的研制经验，形成了一系列具有自主知识产权的核心技术：

一是磁极绕组空内冷技术，增加磁极散热面积33%，大幅缩短传热路径，极大提高了散热效率，实现了严控温升水平和降低内部温差的目标。

二是低损耗轴承技术，提升轴承性能、提升冷却效果、降低轴承损耗、控制油雾污染。

三是平衡受力新型转子支架，性能上全面优于传统结构，各种工况应力水平降低10%以上，具有更低的自身通风损耗特性，大幅降低负压抽吸作用，降低机组油雾污染防治难度。

四是24千伏绝缘系统，首次提出并形成24千伏定子绕组绝缘性能的评定项目与考核标准，单台机组共1620支线棒，全部达到精品标准要求，全部一次通过现场电气性能试验检验。

正是有了这一系列自主创新的核心技术做底，副总经理张继烈才会豪言：白鹤滩机组的所有指标在水电装备领域里面都属于极致，**“这个地位我认为基本上是无法撼动的”。**他还表示，全世界可能很难再找到第二块可以进行这样大规模水利建设的地方了。

白鹤滩水电站夜景 图片来源：东方电气

为什么东方电气能够坚持自主创新？张继烈表示，这个是他们60年来的传统，始终坚持对的事情。高级工程师陈文学表示，东方电气始终以世界第一为目标，不忘产业报国初心，坚守制造强国的使命，以创新为核心，他们已经实现了技术上100%国产，在原材料上也实现了98%-99%的国产化。

目前，东方电气已经是国家级的高新技术企业，有着全球领先的水电和火电技术，风电也属于行业顶级，另外在核电、气电、光电、氢能均有布局，还建设了多条无人化的智慧生产线。整个十三五期间，东方电气在科研上投入了29.63亿元，平均一年接近6亿，其科研投入占比是非常高的。

东方电气下属东方电机专家何启源自豪地向观察者网表示：“中国的发展，外国人是挡不住的。”

在这一点上，东方电气自己的发展历程其实就是最好的例子。

大坝之后 水电未来在何方？

白鹤滩水电站对东方电气乃至全球水电行业而言都是一座意义非凡的高峰，但在攻克这座高峰之后，也带来了另一个问题，随着中国适合建水电的地方接连被开发，水电人的未来又在何方？

四川省五一劳动奖章获得者、东方电气下属东方电机研究试验中心副主任刘德民坦言，水电行业曾被认为是夕阳行业，但随着中央提出“碳达峰、碳中和”的3060目标，以及构建以新能源为主体的新型电力系统，水电行业已被拉回了朝阳。

目前，我国新能源的装机占比已达到41.1%，但发电占比只有27.3%，在以新能源为主体的新型电力系统下，风、光发电将会成为发电主力。但众所周知，此类能源的波动性、随机性、不确定性会给电网造成极大压力，需要搭配储能进行调峰，而在储能领域，抽水蓄能电站表现出色，它也将是东方电气未来重要的发力点。

我国抽水蓄能电站分布情况 图片来源：水电水利规划设计总院

抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。东方电机专家何启源向观察者网表示，目前大型抽水蓄能电站综合效率（电站抽水效率与发电效率之乘积）为0.75~0.77，近些年投运的电站效率可以达到0.78，福建仙游的抽蓄电站效率可以达到0.79，是他知道的效率最高的抽蓄电站。

相比于化学储能电站，抽蓄电站在单位面积的效率上优势明显。以目前在建项目大连液流电池储能调峰电站为例，该电站建设规模达到200MW，总建筑面积36519平方米。一般大型抽水蓄能电站总容量都在1000MW以上，如果化学储能电站想要达到抽水蓄能电站的水平，至少需要15~20万平方米的面积。

大连液流电池储能调峰电站施工现场 图片来源：大连日报

不过，抽蓄电站除了距电网要有经济合理距离外还得满足地形上能建设合适库容这一条件，因此一般建在有天然河道或湖泊的地方，方便建设上、下水库。上库由人工围建，下库则利用天然河道、湖泊、海弯或利用已经建成的水库。

何启源表示，在我国抽水蓄能电站区域发展尚不平衡，建设主要以东部地区居多，如浙江、江苏、安徽、福建等，内陆地区在需要的地方也会建有抽水蓄能电站，如北京、河北、山西等。

抽蓄电站市场潜力巨大，据《中国能源报》报道，“十四五”期间国内将新增2000万千瓦机组规模的抽蓄电站，相当于一个三峡电站。不过它的技术难度并不低，据何启源介绍，抽水蓄能机组从研发、设计到生产制造以及后续的安装调试难度都是很大的。由于机组体积庞大，转速高，在精度和寿命上的要求也极为苛刻，这对于他们的研发设计人员都是不小的挑战。

我国在抽蓄电站这一块起步较晚，但已经达到世界先进水平，即将在7月投产发电的长龙山抽水蓄能电站就是典型代表。

东方电机为长龙山抽水蓄能电站研制了4台350MW抽水蓄能机组，它有着超高水头（710米，世界第二）、超大容量（350MW，国内第三）、超高转速（600rpm，世界最高等级），其设计开发难度属世界最高等级，难度系数与日本的葛野川（世界第1高水头）相当，在高效率、高稳定性、高可靠性、高均衡性上均已达到世界前列，总体技术达到国际先进水平。

长龙山抽水蓄能电站 图片来源：三峡集团

刘德民表示，目前有两个技术是他们的重点。一个是变速技术，因为抽蓄电站作为一种调峰手段是得顺着新能源发电的波动情况跟着起伏的，由于新能源本身波动很大，因此对抽蓄电站的变速要求也是很高的。目前，东方电气已掌握了关键技术，还向国外输出了此类技术，预计在今明两年就会有研发成果。

另一点则是在生态环保上，国内外都提出这一块上的要求，需要保证电站的过鱼能力。特别是东南亚地区，鱼在他们生活中的扮演者重要的角色，而且该区河流内的鱼类资源也非常丰富，因此这些国家对过鱼能力的要求也非常高。

此外，传统水电工程的建设也远远没有走到尽头，东方电机的专家们表示，虽然像白鹤滩这样规模的电站很难再有了，但工程还是会有的，传统水电站仍有继续建设的空间。

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