芶文涵 黃浩然 科技日報實習記者 劉俠
寒冬臘月，四川省雅安市石棉縣田灣河畔，山林早已褪去綠色。坐落在河流上游的金窩水電站，一刻不停地工作著。
2023年6月，由東方電氣集團東方電機有限公司自主研制的國內(nèi)首臺單機容量最大功率150兆瓦級大型沖擊式轉(zhuǎn)輪裝入金窩水電站。
近日，東方電氣集團東方電機有限公司總工程師、150兆瓦級大型沖擊式轉(zhuǎn)輪項目負責人梁權(quán)偉接受科技日報記者采訪，講述了研制大型沖擊式轉(zhuǎn)輪的艱辛歷程。
給水電機組裝上“中國心”
記者：水電機組是水電站的核心組成部分。它主要由哪些設備構(gòu)成？
梁權(quán)偉：水電能源是我國應用較廣的清潔能源。水電機組由水輪機、發(fā)電機和其他輔助設備構(gòu)成。
記者：目前我國有哪些比較有代表性的水電工程？
梁權(quán)偉：比較有代表性的有很多。以三峽水電站為例，它是目前世界上已建成的最大水電站，能夠攔蓄特大洪水，保障長江下游沿岸城市安全，也能提高上游區(qū)域的航運能力。三峽水電站安裝了32臺70萬千瓦和2臺5萬千瓦的水電機組，總裝機容量2250萬千瓦。
記者：能否說當前我國水電機組的研發(fā)水平已處于世界前列？
梁權(quán)偉：大體上可以這么說。我國擁有世界上最大的水電機組裝機容量，還研制出了不同類型水電機組的全系列產(chǎn)品。此外，我國水電機組技術(shù)在節(jié)能環(huán)保、發(fā)電效率和可靠性等方面取得了顯著進步，國產(chǎn)水電機組已經(jīng)走出國門，得到廣泛應用。
不過，我國沖擊式水電機組、可變速抽水蓄能水電機組等技術(shù)水平，與國外還存在一定差距。
記者：我們在哪里能看到?jīng)_擊式水電機組呢？
梁權(quán)偉：從水電站外觀是很難看到它的。沖擊式水電機組通常用于高水頭水電站。利用水頭落差，該類水電機組將勢能轉(zhuǎn)化成動能，再利用噴射機構(gòu)出口處形成的高速射流沖擊轉(zhuǎn)輪水斗，將水的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的機械能，最后轉(zhuǎn)輪帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
記者：這么看，轉(zhuǎn)輪在其中起了關(guān)鍵作用。
梁權(quán)偉：沒錯。轉(zhuǎn)輪被稱為水電機組的“心臟”，承擔著能量轉(zhuǎn)換的重要任務。
記者：轉(zhuǎn)輪的研發(fā)設計難度想必也不小。
梁權(quán)偉：是的。在設計階段，研發(fā)人員要考慮水電站復雜的環(huán)境因素，兼顧水電機組運行的效率和穩(wěn)定性，還要考慮特殊、極端條件下的運行工況。在研制階段，研發(fā)人員既要注重轉(zhuǎn)輪性能的提升，又要考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和制造可行性。其中涉及的難題非常多，每一步走得都不容易。
記者：以前大型沖擊式水電技術(shù)一直被國外壟斷？
梁權(quán)偉：是的。我國大型沖擊式水電機組的關(guān)鍵部件曾長期依賴進口。直到2023年6月，我們自主研制的150兆瓦級大型沖擊式轉(zhuǎn)輪成功實現(xiàn)工程應用，翻開了我國高水頭大容量沖擊式水電機組研制的新篇章。但從長遠發(fā)展來看，這還遠遠不夠。我國在該領(lǐng)域的自主創(chuàng)新征程才剛剛開始，需要積累的技術(shù)非常多。
“孤勇者”從零起步艱難前行
記者：在研制150兆瓦級大型沖擊式轉(zhuǎn)輪時，您主要負責哪些工作？
梁權(quán)偉：作為項目負責人和團隊帶頭人，我主要負責組織水力開發(fā)、結(jié)構(gòu)設計、剛強度設計、工藝制造等領(lǐng)域的工作人員進行聯(lián)合研發(fā)，帶領(lǐng)團隊不斷優(yōu)化方案。同時，我還要為團隊研發(fā)做好保障工作，調(diào)配資源解決關(guān)鍵問題，直至轉(zhuǎn)輪成功下線，順利實現(xiàn)工程應用。
記者：回顧研發(fā)歷程，您覺得比較難解決的技術(shù)難題是什么？
梁權(quán)偉：我們基本從零起步。國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域前期積累非常少，而國外的技術(shù)又學不到，遇到難題只能靠自己慢慢摸索。
由于缺乏相關(guān)研制經(jīng)驗，我便帶領(lǐng)技術(shù)人員開展大量調(diào)研工作，同國內(nèi)外高校、科研院所開展深入交流與合作。同時，我還帶領(lǐng)項目團隊成員到金窩水電站等沖擊式水電站進行實地調(diào)研，收集一手數(shù)據(jù)。最終，我和團隊成員闖過多道難關(guān)，將沖擊式轉(zhuǎn)輪的研發(fā)平臺和技術(shù)體系搭建起來。
記者：在此期間，有沒有什么讓您印象深刻的事情？
梁權(quán)偉：我記得在一場綜合評審會上，我們的方案已經(jīng)經(jīng)過100多次優(yōu)化，卻依舊難以讓評審專家滿意。此時，我和團隊決定另辟蹊徑，放棄傳統(tǒng)的設計思路，大膽提出一種新造型及設計方案。
在驗證方案時，我們既緊張又期待。最終，分析數(shù)據(jù)出來，大家都驚呆了——應用新方案后，轉(zhuǎn)輪各項參數(shù)均達到標準要求。那一刻，我和團隊成員感到前所未有的輕松。
記者：從零開始著實不易。
梁權(quán)偉：的確。我們團隊每個人幾乎為這個項目付出了全部。在研制初期，我和團隊成員頻繁到金窩水電站出差。我們基本都是到站下車就馬上去現(xiàn)場，吃住就在水電站附近解決，為的就是快速獲取數(shù)據(jù)，盡快趕回公司做研究。
2022年9月5日，四川省甘孜藏族自治州發(fā)生6.8級地震。在余震不斷的情況下，我們團隊仍然冒著山體隨時可能落石的風險，堅持去現(xiàn)場了解水電機組的運行情況。如今回想起來，我覺得太冒險了。
記者：2023年12月，由東方電氣集團東方電機有限公司牽頭研制的世界首臺單機容量最大功率500兆瓦沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪開工制造。轉(zhuǎn)輪的最大功率從150兆瓦提升至500兆瓦，研制難度是否也成倍增加？
梁權(quán)偉：研制500兆瓦沖擊式轉(zhuǎn)輪的過程，我覺得稱得上“孤勇者探路”。其中最大的技術(shù)難點在于，如何在現(xiàn)有基礎上提升轉(zhuǎn)輪的性能，同時使其具有較強的抗泥沙磨蝕能力。這需要大量的經(jīng)驗積累和試驗驗證。我們對上百個方案進行了計算分析。
記者：制造功率如此大的轉(zhuǎn)輪，過程順利嗎？
梁權(quán)偉：制造面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，因為它實在太大了。150兆瓦沖擊式轉(zhuǎn)輪整體重量只有20多噸。500兆瓦沖擊式轉(zhuǎn)輪，僅中心體鍛件的鍛造重量就接近150噸。
記者：您和團隊是怎么造這個龐然大物的？
梁權(quán)偉：我們想的辦法是通過技術(shù)創(chuàng)新把“巨物做小”。要實現(xiàn)這個目標，我們需依靠工藝創(chuàng)新，更需與專業(yè)的合作伙伴“抱團”。
我們和國機重型裝備集團股份有限公司、中信重工機械股份有限公司等企業(yè)開展合作。通過聯(lián)合創(chuàng)新，我們有效控制了轉(zhuǎn)輪中心體鍛件尺寸和重量，降低了大型鍛件制造風險，確保大型沖擊式轉(zhuǎn)輪中心體鍛件高效、可靠制造。
給青年人施展才華的平臺
記者：下一步，您和團隊的研發(fā)計劃是什么？
梁權(quán)偉：2024年，我們計劃把全三維數(shù)字化設計系統(tǒng)應用到產(chǎn)品設計制造中。這樣能夠有效提升數(shù)據(jù)運轉(zhuǎn)效率和產(chǎn)品產(chǎn)出周期，產(chǎn)品質(zhì)量也可以得到保證。同時，我們會推出一些新工藝提高水電設備的耐用性和穩(wěn)定性，降低后期維護的頻率和成本。
記者：您和團隊是否會用上人工智能等新技術(shù)？
梁權(quán)偉：當然。全球數(shù)字化浪潮正在不斷推進，人工智能等新技術(shù)在智能設計、設備監(jiān)管、故障預警等方面可以為我們提供幫助，在提升水電機組可靠性、可用性、經(jīng)濟性與安全性方面具備較大潛力。
記者：您覺得我國水力發(fā)電行業(yè)存在人才缺口嗎？
梁權(quán)偉：目前在水力發(fā)電行業(yè)，我國已經(jīng)擁有一支經(jīng)驗豐富的研發(fā)、制造、安裝、調(diào)試和運行人才隊伍。但在某些領(lǐng)域，如沖擊式水電機組、可變速抽水蓄能水電機組、三機式水電機組等領(lǐng)域，優(yōu)秀人才數(shù)量還不足，需加大培養(yǎng)力度。
記者：在這部分人才培養(yǎng)上，您有什么建議？
梁權(quán)偉：要重視經(jīng)驗的積累和知識的傳承，幫助青年人才建立自主知識體系。鼓勵員工多參加對外交流活動，加強協(xié)同創(chuàng)新的力度、廣度和深度。新員工一進公司，單位就要選派經(jīng)驗豐富的骨干工程師為其量身打造成長路線，并隨時進行輔導。相關(guān)部門可以將關(guān)鍵核心崗位的必備知識技能整理成知識地圖，方便新員工盡快成長成才。
記者：還可以借助高校的力量，促進水電領(lǐng)域人才培養(yǎng)。
梁權(quán)偉：沒錯。我們應當加強與相關(guān)高校溝通，更積極地鼓勵校企合作，搭建產(chǎn)學合作協(xié)同育人平臺。同時，針對水力發(fā)電行業(yè)的人才需求，校企聯(lián)合制定培養(yǎng)方案。
另一方面，水力發(fā)電相關(guān)企業(yè)要與高校共同探索產(chǎn)學研合作，打造產(chǎn)學研融合創(chuàng)新平臺，推動科技成果快速轉(zhuǎn)化落地。
記者：您認為如何才能吸引更多優(yōu)秀青年投身水電領(lǐng)域？
梁權(quán)偉：我認為要給青年人才足夠大的平臺去創(chuàng)新創(chuàng)造。青年人才通常缺乏經(jīng)驗，但他們有熱情、有創(chuàng)意、有干勁。如果讓他們有機會展示自己的才華，那么他們就有可能成為重大科技創(chuàng)新項目的領(lǐng)導者。
同時，我們需要建立更為科學的評價機制，給本地青年人才和引進青年人才公平競爭的機會。特別是要加強對本地青年人才的支持和培養(yǎng)，進一步提高本地青年人才項目支持力度。
