【總師對話】

12月20日，白鶴灘水電站將迎來全部機組投産發電3周年。這座超級工程是我國“西電東送”骨幹電源，其16&單機容量100萬千瓦的水輪發電機組的“心臟”——轉輪，由哈電集團首席科學家覃大清及其團隊設計。如今，這位白鶴灘水電站百萬千瓦機組總設計師再攀高峰，帶領團隊研製出全球首&單機容量500兆瓦的衝擊式轉輪。這朵形如“太陽花”的巨輪，正被運往西藏扎拉水電站，將在700米高落差中綻放光彩。

近日，覃大清接受記者採訪，講述為大型水電機組注入“心”動力的故事。

樹“百萬千瓦”技術標杆

記者：百萬千瓦是世界水電機組的“珠穆朗瑪峰”。您在白鶴灘水電站機組設計期間，全程參與了機組容量的論證工作。當時為何會提出“百萬千瓦”這一目標？

覃大清：“百萬千瓦”目標，不是拍腦門想出來的。它既是白鶴灘水電站自身的需要，也是我國水電技術發展到一定階段的必然選擇。白鶴灘的水情、電情、地質條件，決定了單機容量越大，綜合性能指標越優。

從技術積累來看，我們是有底氣的。從三峽工程開始，我們用7年時間實現了從30萬千瓦到70萬千瓦機組的自主研發跨越；隨後通過建設溪洛渡水電站、向家壩水電站，又將國産水電機組單機容量提升至80萬千瓦等級。可以説，80萬千瓦的技術實踐，為我們積累了巨型機組設計、製造的經驗，也讓我們看到了向“百萬千瓦”衝擊的可能。

記者：既然有技術積累，為何確定“百萬千瓦”容量目標仍經歷了漫長的論證？當時主要存在哪些爭議？

覃大清：論證持續了整整5年，核心爭議在於“技術跨越是否可行”。當時的背景是，哈電集團的70萬千瓦全空冷技術剛剛成功應用，80萬千瓦等級機組還在研製中尚未投入運行，行業專家擔心百萬千瓦機組的水輪機穩定性、發電機散熱等問題。

面對質疑，我們沒有急於辯解，而是選擇用技術實力説話。針對水輪機領域的高部分負荷壓力脈動和超寬負荷穩定性這兩大亟待解決的問題，我們摒棄傳統設計，創新採用長短葉片轉輪優化流道。在發電機方面，我們大膽嘗試新的冷卻結構與通風方式，解決了大容量帶來的發熱問題。值得一提的是，我們開發了世界空冷電壓等級最高的24千伏絕緣系統。要知道三峽工程機組20千伏的電壓已是當時世界最高，而我們的24千伏系統經過耐壓擊穿、防暈等一系列嚴苛試驗，符合相關標準。這些技術突破最終打消了專家們的疑慮，讓“百萬千瓦”從設想變成了共識。

記者：在攻堅過程中，哪項技術突破讓您印象深刻？

覃大清：那就要説水輪機轉輪葉片的設計決策。作為發電機組的“心臟”，轉輪直接決定了機組性能。當時，我們團隊在轉輪葉片設計上出現了分歧。

第一種是常規葉片方案，技術成熟、成本可控，但缺點也很突出——高水頭時穩定性不足，低水頭時超發能力弱。第二種是長短葉片方案，15長15短的設計能顯著提升性能，彌補常規方案的短板，但葉片數量翻倍，製造成本和難度大幅上升。此外，第二種方案在國內外沒有任何巨型機組先例可循，風險極高。

到底選哪一種？作為總設計師，我必須拍板。當時，我跟團隊成員説，我們造百萬千瓦機組，不只是造一台設備，而是要樹起中國水電的技術標杆。最終經商議，我們選擇了挑戰更大的長短葉片方案。經過無數次倣真計算和模型試驗，我們研發出具有完全自主知識産權的百萬千瓦混流式水電機組長短葉片轉輪，讓我國巨型混流式水輪機研製達到世界領先水平。

記者：2021年，全球首&百萬千瓦機組在白鶴灘成功滿負荷並網。那一刻您的心情是怎樣的？

覃大清：當時，我在工作筆記本上寫下一句話：雖然一切都在預料之中，但這一刻還是讓人激動萬分。這種激動，源於對歷史的回望。1951年，我們的前輩在物資匱乏的條件下，造出我國第一台800千瓦水電機組。如今，我們自主研發的機組容量達到100萬千瓦，整整提升了1250倍。

當然，更多的是感激。我們團隊裏的年輕人，有的在試驗場連續蹲守幾個月，有的為了趕進度放棄了春節休假。這份成就，屬於每一位默默付出的水電人。

征服700米高落差

記者：白鶴灘工程告捷後，您和團隊沒有停下腳步，而是向西挺進，研製西藏扎拉水電站的轉輪。和白鶴灘水電站的混流式轉輪相比，扎拉水電站的衝擊式轉輪有何不同？為什麼要把後者設計成“太陽花”造型？

覃大清：白鶴灘水電站的混流式轉輪是“在水中推槳”，靠葉片在水流中旋轉做功，適配中低水頭、大流量的工況。而扎拉水電站擁有700米的超高落差，水流速度極快，常規混流式轉輪無法適配此種工況，因此我們要把轉輪設計成“在水面接浪”的衝擊式結構。這是兩者最核心的不同。

具體來説，超高落差下混流式轉輪會面臨兩大問題：一是水輪機與發電機的參數無法匹配，導致能量轉換效率較低；二是高速水流對葉片的衝擊力極大，常規結構根本承受不住。

而“太陽花”造型設計，正是針對性解決這兩個問題。第一，轉輪水鬥採用曲面結構，像花瓣一樣舒展排布，這種結構的剛強度極佳，能將高速水流的衝擊力分散到各個水鬥面，避免局部應力過載。第二，衝擊式轉輪更適配高水頭場景，其參數與發電機的匹配度遠高於常規混流式轉輪，再加上“太陽花”的曲面水鬥能更順暢地承接、引導水流，讓水流能量以更高效率轉化為機械能。

記者：有了白鶴灘水電站轉輪的研發經驗，您和團隊在設計“太陽花”時難度是不是小一些？

覃大清：其實難度一點沒小，甚至在某些關鍵技術上挑戰更大。雖然扎拉水電站機組的發電功率是白鶴灘水電站的一半，但轉輪轉速卻達到了白鶴灘水電站的2倍，再加上超高水頭衝擊式轉輪的研發沒有成熟經驗可借鑒，我們只能“摸着石頭過河”。

最難“啃”的“骨頭”，是要在抗衝擊與高效做功之間找到平衡：一方面，700米超高落差帶來的衝擊力極大，轉輪必須具備超強的結構強度才能抵禦衝擊；另一方面，要讓水流能量高效轉化為機械能，不能因為強調抗衝擊而犧牲發電效率。

研發過程中，一次模擬試驗讓我印象特別深。當時，原本運行平穩的數據曲線突然毫無徵兆地出現異常，這意味着轉輪的水流適配性出了大問題。我們團隊立刻停下手頭工作，像醫生會診一樣集中攻關，逐一排查流道設計、射流角度、水鬥弧度等上百個參數，最終找到問題根源：我們對康達效應（流體傾向於沿着固體表面一側流動的特性）的影響預判不足，導致水鬥弧度與水流夾角的匹配度不夠，進而造成水鬥出流受阻。之後一個月，我們基於試驗數據一點點優化轉輪曲面曲率，校準射流角度，最終讓數據曲線恢復平穩，徹底解決了這個影響效率和穩定性的關鍵問題。

記者：看來試驗驗證是攻關的關鍵環節。

覃大清：的確，我們在試驗中意外發現：衝擊式轉輪竟然會空化，這完全推翻了教科書中“衝擊式轉輪不會出現空化”的説法。

空化是一種流體力學現象。具體在水輪機場景中，它指的是水流在水輪機內部流動時，因局部壓力降低至對應水溫的汽化壓力，導致水流中産生大量水蒸氣空泡，這些空泡隨水流移動到高壓區域後，會瞬間破裂潰滅。

而空化帶來的空蝕危害，對水輪機來説是致命的。我們在試驗中觀察到，高速水流撞擊轉輪水鬥表面時，水鬥彎曲部位會形成明顯的局部低壓區，當壓力低至汽化臨界值，常溫下的水流就會像沸騰了一樣産生大量空泡。這些空泡隨水流流至高壓區後，會瞬間潰滅並釋放出微型高壓水射流，持續衝擊水鬥的金屬表面。這種反復衝擊若長期不解決，會導致機組發電效率大幅下降、運行振動加劇。

衝擊式轉輪在高水頭工況下出現空化，是此前行業較少關注和驗證的問題。由於沒有任何現成解決方案可借鑒，團隊只能從零開始探索。我們一邊開展倣真模擬，一邊進行實體試驗。前後歷經無數次迭代優化，我們最終大幅提升了轉輪的抗空蝕性能。

打造水電科研“鐵軍”

記者：您認為一支優秀的科研團隊，不可或缺的要素是什麼？

覃大清：我覺得兩點至關重要：一是負責人的擔當，二是團隊成員的合力。負責人不能是“甩手掌櫃”，必須業務精湛、敢於決斷，更要能靠人格魅力凝聚人心。而團隊成員不僅要專業紮實、能打硬仗，而且要有主動思考、敢於創新的精神，不能等着領導佈置任務。

記者：您怎樣培養團隊裏的年輕人？

覃大清：我覺得，培養年輕人不是“手把手教”，而是給他們搭平台、壓擔子、給信任。既要讓他們在實戰中積累經驗，也要允許他們試錯、鼓勵他們創新。比如，針對年輕工程師提出的創新冷卻方案，雖然沒有成熟先例可參考，還可能有失敗風險，但只要在科學原理上站得住腳，我就全力支持他們去做倣真、做試驗，哪怕最後沒達到預期也沒關係。失敗的過程本身就是學習成長的過程。這種信任和包容，能讓年輕人放下顧慮、大膽探索。

記者：在您看來，剛進入水電行業的年輕人容易遇到哪些問題？作為前輩，您有什麼建議？

覃大清：年輕人大都知識面廣、思維活躍，但也容易遇到三個“坎”。一是知識驗證坎：現在信息獲取太容易，但很多知識是有適用條件的，甚至夾雜錯誤信息，將其不加辨別地套用在工程上，很容易出問題。二是知識融合坎：水電是系統工程，只懂機械不懂電氣不行，只懂設計不懂製造也不行，需要在實踐中把專業知識融會貫通。三是耐心積累坎：水電工程研發周期長，可能幾年都看不到成果，和部分行業“即時反饋”的節奏完全不同，年輕人容易産生浮躁情緒。

我的建議是“三心”。一是好奇心，保持對新知識的敏感，主動學習人工智能、大數據等新技術；二是平常心，接受研發中的失敗，把每一次失敗都當成成長的機會；三是責任心，要知道我們造的是“大國重器”，每一個參數、每一次試驗都容不得半點馬虎。

記者：還有3年您就要退休了，在這個階段，您最想做的是什麼？

覃大清：我最想做的就是“傳幫帶”。在退休前，我想把畢生積累的技術經驗、攻關思路毫無保留地傳給年輕人，打造一支水電科研“鐵軍”。更重要的是，要把水電人“艱苦奮鬥、勇攀技術高峰”的精神傳下去。只要行業裏人才輩出、精神不滅，中國水電就一定能在世界舞&上持續領跑，不斷書寫更多“大國重器”的傳奇。

記者手記

採訪結束已是傍晚，余暉灑在覃大清辦公桌的轉輪模型上。他送我到門口時，碰到了挂在門邊的帆布包。那包洗得發白，邊角磨出毛邊，卻被他打理得乾乾淨淨。“背十年了，裏面裝過白鶴灘機組的初版圖紙，也裝過‘太陽花’的試驗數據，捨不得換。”他仿佛在説一位老朋友。

聊起轉輪葉片的曲率優化時，他手指在桌面上快速比劃，眼神銳利得像在盯試驗數據。可當被問起業餘愛好，他從抽屜裏翻出一本泛黃的詩集《北國之樹》，説“雨雪陽光憑天奉，山崗清野任我生”是最喜歡的詩句。

“人有理想和情懷，就不會拘泥於眼前。”採訪中，他這句樸實的話語讓我沉思良久。這種情懷支撐着他從白鶴灘走向雪域高原，從百萬千瓦水電機組轉向全球首&500兆瓦衝擊式轉輪。當他説起團隊裏的年輕人為了一個數據連續蹲守試驗場數月時，聲音裏滿是疼惜與自豪。

最讓我意外的，是覃大清桌上竟有一本醫書。“年輕時想當醫生，沒當成，倒把醫理用在了研究水輪機上。”他指着書裏圈畫的“標本兼治”四個字説，“機器和人一樣，得找到病根才能治病，急不得。”

分別時，我看見覃大清背起那個舊帆布包走向實驗室，裏面裝着新圖紙和試驗資料，也裝着始終未改的初心。這位熱愛生活、心懷理想的科研人，將繼續在水電強國路上書寫詩篇。