导 语
服务国家“加快西南水电基地建设”战略大局，我国高端水电装备研制迎来关键突破。面对超高水头、大容量开发的迫切需求，作为水电站“心脏”的大容量冲击式水轮发电机组，其研制工作已悄然按下“快进键”。
水电站类型繁多，机组选型需因地制宜。依据河道特征、水头条件及功能定位的差异，主流机型可分为反击式、冲击式与可逆式三类。
国内大型水电工程多以反击式机组为主，如三峡、溪洛渡及葛洲坝等，该类机组依靠水流完全包裹转轮做功，使转轮受力均匀且运行稳定。相比之下，冲击式机组专为落差超过200米的高山峡谷区的高水头条件设计。大唐扎拉水电站水头落差逼近700米，正是典型的超高水头冲击式电站代表。
冲击式水轮机发展历程
冲击式水轮机，其工作原理是水流由喷嘴喷射出来，形成高速射流，沿转轮圆周切线方向冲击固定在转轮上的双碗状（或双杯形）水斗，将水流动能转化为转轮的旋转机械能。
1878年：莱斯特·A·佩尔顿发明高效分水斗水轮机，早期单机仅几十到几百千瓦，主要服务美国西部山区矿山排水与小型供电。
20世纪上半叶：随着锻造与铸造工艺提升，单机逐步迈向数兆瓦级，适用水头拓展至800米左右，成为高水头水电站主力机型之一。
20世纪中后期：欧洲率先将冲击式水轮机单机容量提升至400MW级，瑞士等国在高水头电站中实现了该容量级机组的工程应用，长期占据技术领先地位。
差距：受国内超高水头大电站项目较少影响，中国在150MW级以上长期依赖进口或合作制造，自主核心设计相对薄弱。
2023年5月16日：东方电机下线国内首台150MW级大型冲击式转轮，6月应用于四川田湾河金窝水电站，实现高水头大容量核心技术“从无到有”。
2023—2024年：哈电、东电各自承接西藏扎拉水电站1台（套）500MW级冲击式机组研制任务。
哈电：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。
东电：采用“3D打印+锻造”复合创新技术,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。
2025年7月：哈电集团成功研制并发运全球首台单机500MW、转轮直径6.23米的冲击式水轮机转轮，标志着单机容量迈入五百兆瓦级新台阶，中国在超高水头大容量冲击式领域实现历史性突破。
2025年8月12日，东方电气集团自主研制的世界单机容量最大500兆瓦冲击式水电机组转轮完成机器人焊接，首次探伤合格率超过99%。
冲击式 VS 反击式
冲击式与反击式水轮机是水力发电中两大核心流派，二者存在根本性区别。
冲击式
原理：利用喷嘴将水的全压能转化为高速自由射流的动能，射流在大气中以切线方向冲击转轮叶片（水斗），推动转轮旋转。
适用水头：通常50～2000m以上（常用300～1000m+），超高水头首选。
代表机型：水斗式、斜击式、双击式。
图：哈电电机冲击式转轮；图源：哈电电机
反击式
原理：水流充满并约束在转轮流道内，同时利用压力的降低（势能释放）和流速的变化（动能转换）产生反作用力驱动转轮，类似“叶轮泵反向运转”。
适用水头：中低至高水头
代表机型：混流式、轴流式、贯流式。
图：东方电机混流式转轮；图源：东方电机
据科技日报对哈电集团首席科学家覃大清的采访：混流式转轮是“在水中推桨”，靠叶片在水流中旋转做功，适配中低水头、大流量的工况。而扎拉水电站拥有700米的超高落差，水流速度极快，常规混流式转轮无法适配此种工况，因此我们要把转轮设计成“在水面接浪”的冲击式结构。这是两者最核心的不同。
研制大容量冲击式机组的意义
1、打破国外技术封锁垄断
此前高水头大容量冲击式机组的核心技术长期被国外企业封锁，我国自主研发该类机组，实现了全链条技术自主可控，填补了国内大型冲击式水电机组的技术空白。
2、服务国家“加快西南水电基地建设”战略
我国西南大量流域落差可达上千米，传统水轮机难以适配这类高水头工况，大容量冲击式机组是开发这类水力资源的选择，能充分挖掘西南水电基地的清洁能源潜力。
3、支撑新型电力系统稳定运行，增强调峰与储能协同能力
高水头冲击式机组启动快、负荷调节范围广，是新型电力系统中重要的灵活调节电源。大容量冲击式机组可与风电、光伏等间歇性可再生能源形成互补，缓解电网调峰压力，提升电力系统稳定性。此外，部分高水头电站伴随抽水蓄能功能，可兼顾发电与抽水的双向高效运行，强化多能互补体系的协同效应。
更大容量冲击式机组
从150兆瓦级大型冲击式转轮研制、500兆瓦级巨型冲击式机组研制，到700-1000兆瓦级高水头大容量巨型冲击式机组研制，东方电机制定了“三步走”攀登计划。
如今，东方电机党委常委、副总经理、总工程师梁权伟正率领团队投身国家重大科技攻关项目——千米水头段800MW级超大容量冲击式水轮机研制，如何突破转轮制造、水力研发及抗磨蚀等核心技术，将是攀登下一座高峰的关键。
根据现有的抽水蓄能电站规划，四川盐源白乌抽水蓄能电站、湖北秭归抽水蓄能电站将分别采用700、800MW级的冲击式水轮机组。
700兆瓦级
依托工程：四川盐源白乌抽水蓄能电站，额定水头814米，规划安装2台单机700兆瓦冲击式水轮发电机组，采用“发电冲击式机组+独立蓄能泵站”的四机式分离布置，定位为国家重大水电工程的真机试验电站，承担超大容量超高水头机组的运行验证任务。
800兆瓦级
依托工程：湖北秭归抽水蓄能电站，额定水头高达905米，规划装设2台单机800兆瓦冲击式机组，建成后将是全球水头最高的抽蓄电站及全球容量最大的抽蓄冲击式机组，计划2031年首台发电，为未来雅鲁藏布江下游等超千米水头、百万千瓦级单机工程提供前置验证。
上一篇：无
