白鹤滩投产发电！建成世界唯一百万千瓦机组水电站有多难(2)

水电站的关键在于能量转化。想象一下，当金沙江上游的滚滚江水持续不断地通过压力钢管涌入水轮机，形成巨大的漩涡，带动水轮机转轮高速旋转，水的势能于是被转换成旋转的机械能，这是机组发电最关键的一步。接下来，转轮带动水轮机上面的发电机转子高速旋转，从而将机械能转化为电能。而百万机组意味着，单个机组满负荷运转时，每小时最多可以发100万千瓦的电。以东电所在的四川省德阳市为例，一台百万机组全力发电365天，可满足德阳全市一整年的用电需求。
赵永智解释说，机组“变大”后，研发设计的难度系数指数倍增加，因为100万带来的负荷太大了。在百万机组的技术攻关清单中，水轮机设计居于首位。一个水轮机的研发，首先要从已有的模型库中选取一个最接近白鹤滩水力条件的初始模型，通过大量的仿真计算不断优化，再将计算机里的仿真模型按比例微缩制造出来，拿到试验台上进行模拟运行。试验台将会模拟出白鹤滩水电站全年的真实水力情况，在无限接近真机运行环境的条件下，来检测水轮机的各项性能指标是否满足要求。
转轮是水轮机的最核心部件，也是机组中研发难度最大、制造难题最多的关键部件之一。水力模型研发的创新性就体现在对转轮的优化上，其叶片的设计直接决定着水轮机的过流能力、水力效率、空蚀性能及整个机组的运行稳定性。因此，在优化时，叶片的长短、叶形的几何参数、叶片如何扭曲、冲角是多大、叶片的粗糙度等都需要研究。
衡量水轮机的性能好坏有三个重要参数，一是能量转化效率，也就是水的势能转化成机械能的效率；二是稳定性；三是是空化系数。
当水带动水轮机做功时，在局部水流中会突然短暂地产生气泡，并很快溃灭，这个过程就是空化。发生空化时，产生气泡的地方压力低，周边的水压力高，于是它们会高速射向气泡溃灭的位点。如果设计得不够好，柔软的水会化作最尖利的“矛”，只消半年左右的时间，就可以把一个钢化叶片表面打得坑坑洼洼，进而影响整个机组的寿命，严重时甚至可能造成叶片断裂，酿成重大事故。此外，空化破坏也是影响机组稳定性的一个重要原因。
东电先后研发了20多个水轮机模型，每个模型都经过计算、制造成微缩模型，在试验台上经历白鹤滩的春秋冬夏，发现不行，再推倒重来。每个模型的投入约20多万元。
最后通过验收的水力模型实现了各性能的全方位提高，由此换算成真机的原型的最高效率达到96.7%，也就是说，在整个水轮机运行过程中能量转换最充分的那一点上，其势能96.7%都转换成了机械能。而加权平均效率，即水轮机一年四季运转下来的综合效率，达到95.92%。“我们在水电上可以说做到了极致，几乎每一滴水都为我所用。”赵永智说。