【ZiDongHua之“高质量发展”收录关键词：中国水科院 水力机械 清洁能源 高质量发展】
 
 
　　科技支撑|中国水科院水力机械实验室高精度测试助力高质量发展
 
 
　　当青藏高原的融雪一路奔涌注入长江时，远在北京大兴的一座实验室里，工程师们正在忙碌，他们可以通过试验设备让每一滴水变得乖巧，将水中携带的高原势能化作清洁能源。
 
 
　　中国水科院水力机械实验室
 
　　这里仅有不足1万平米的试验场地，却完成了超过中国水电总装机25%的水电机组模型试验；这里的模型转轮比家用的脸盆稍微大一点，却可准确绘制直径近9m的白鹤滩百万千瓦水轮机的综合特性曲线；这里听不到金沙江的咆哮，却能捕捉每一滴水的能量密码，水科专家们观测到每一个漩涡每一个空泡，都是让一滴长江水稳定发电6次的重要支撑——中国水科院水力机械实验室，这个藏着60余年驯水基因的试验平台，正在为实现双碳目标绘制水力能源新答卷。
 
　　1958年，当大庆油田的钻头首次触及深埋地下的石油时，一群水利水电行业的专家在北京木樨地的铁皮厂房里，用特殊研制的仪器设备测量着水中旋转的模型机组。就是这一年，地下深藏的黑色液体和地面流淌的蓝色水流开始快速奔涌，共同形成国家发展的能源命脉。
 
　　随后几十年里，葛洲坝、三峡等电站的水轮机先后在这里开展大量模型测试与研究。在这里，通过精确控制模型机组转速和相对导叶开度，就可以获得模型机组不同单位转速下的单位流量-模型效率曲线，通过相似换算就可以为三峡电站不同蓄水位条件下的经济调控提供数据基础；在这里，把光导内窥镜放入模型机组无叶区，可以观察转轮叶片进口的复杂流态，这些研究既能为水力机械的设计提供重要反馈，也能为电站安全调控起到关键作用。正是这些细致入微的研究工作，为葛洲坝和三峡两座大国重器成功建设投运作出贡献，先后获得国家科技进步特等奖，也为我国后续开启大规模水电建设提供了强劲信心！
 
　　国家科学技术进步特等奖证书
 
　　2004年，水力机械实验室迁至中国水科院大兴试验基地，实验室保留“准确、诚信、公正、科学”基因，又实现平台升级，提升测试能力，“流量测量相对误差0.01%”“高准确度换向器相对不确定度0.02%”……只有测量环节中所有测量的不确定度和相对误差都保持在万分之二左右，才能保障这些误差叠加、累积后的总偏差小于千分之二。经过严格检验，三座水力机械模型通用试验台（TP1/TP2/TP3）的所有试验参数的测量精度和运行稳定性均满足GB和IEC有关规程要求，清水试验模型效率试验的综合误差小于±0.2%。经鉴定，“水力机械研发平台”达到国际领先水平，获大禹水利科学技术奖一等奖。
 
　　白鹤滩电站水轮机模型试验
 
　　迁建完成后，试验台先后完成溪洛渡、向家坝、乌东德、大藤峡、白鹤滩等多项标志性水电站的水轮机模型同台对比试验，在这里完成试验的电站总装机超过1亿千瓦！其中，珠江流域广西大藤峡水力枢纽工程水轮机是国内最大的轴流转桨式机组、银江电站水轮机是亚洲最大贯流式机组、白鹤滩同台对比是国际上唯一的1000兆瓦级水轮机第三方模型同台对比试验……可以说，这个试验台见证了中国水电装备稳步走向世界领先。
 
　　2021年，水力机械实验室第四座模型试验台——TP4冲击式水轮机模型试验台建成并通过验收鉴定。2024年4月，某水电站冲击式水轮机模型的验收在TP4试验台成功进行，为世界首台500兆瓦机组的诞生提供了技术支撑。
 
　　TP4冲击式水轮机模型试验台
 
　　时间回到1958年，在木樨地的厂房里，忙碌测试的专家们或许想象不到，不仅助力中国水科院研发的水轮机模型效率在国内率先突破93%、94%大关，也促进整个水机行业形成技术打擂、良性竞争的发展局面，为一系列堪称“大国重器”的关键项目选定了指标一流性能可靠的水机方案。
 
　　正是试验台的一代代水科人不断探索、戮力同心、薪火相传，经过六十余年不间断的努力，才能建成这座具有国际领先水平的水力机械研发平台。
 
　　水力机械实验室成员合影
 
　　在浙江天台山地下迷宫般的隧洞深处，藏着全球水头最高的抽水蓄能电站-天台抽蓄电站，而它的“胚胎”早在水力机械实验室经历了层层考验。当一座座抽水蓄能电站如同巨型"电力银行"，从四面八方与水风光互补重塑中国能源版图，位于北京郊区的水力机械实验室也悄然完成业务升级，试验专家们用精益求精的态度调试好每一个设备、校正好每一个传感器，全力支持抽蓄发展。十年来，试验台累计完成55座抽水蓄能电站模型试验，总装机容量突破6000万千瓦，相当于4座三峡电站的调节能力。
 
　　试验台的工程师们没有止步，做好常规抽蓄模型试验的同时，他们通过测试技术精确测量变速抽蓄机组运行范围进而提升对电网稳定支撑作用。2018年完成中国水科院为重点科技攻关项目自研的春厂坝全功率变速水泵水轮机模型试验，见证了国内首台套全功率变速恒频抽水蓄能的关键突破；2021年丰宁二期双馈式变速机组模型试验，经试验验证可实现±7%转速动态调节；2024年先后完成中洞和肇庆变速抽蓄电站模型试验，见证了国产300MW、400MW级变速抽蓄机组技术突破，也标志着试验台完成华丽升级。
 
　　水力机械实验室内景
 
　　习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路为新阶段水利高质量发展提供了重要指引。中国水科院水力机械实验室，以十余项国家级重大引调水工程的水泵模型试验为国家水网建设、为实现“空间均衡”增加了水泵性能可靠保障。
 
　　大型立式离心泵模型试验
 
　　从秦岭腹地的黄金峡到琼州海峡的输水隧洞，从毛乌素沙地边缘的榆林黄河东线马镇引水工程到华南最大跨流域调水工程环北部湾水资源配置项目，实验室的水泵模型试验数据，正在转化为纵横中国的"水网神经元"。
 
　　在实验室二层的会议室里，一块手写“水力机械实验室”的朴素牌匾安静伫立，它见证了不知道多少次静静的尝试和激烈的讨论，正是这些稳扎稳打不断修炼内功的尝试，正是这些兼容并包开放激烈的讨论，汇聚了行业的智慧，让这座试验台持续提升自己的精度、不断突破自己的技术边界。这些点点滴滴的技术迭代，让一个个闪光成果在这个朴素牌匾的见证下出现，“最高水头”“最低水头”“最高转速”“最大单机容量”“最大变速运行范围”等等。
 
　　除了模型试验，试验平台在计量工作及标准化方面也取得丰硕成果：水力机械实验室主导建设的静态质量法水流量标准装置获得国家市场监督管理总局颁发的计量标准考核证书，填补了水利行业最高计量标准的空白，标志着依托中国水科院筹建的国家水资源计量站建设取得关键进展。实验室的水科专家们参与十余项修制定国家标准和行业标准，近年来，更参编多项IEC国际标准，将中国水电的试验经验和标准写入全球规则。
 
　　计量标准考核证书
 
　　每年数百位国内国际专家学者的到访，也让大兴试验基地成为世界水电技术的“交流中心”。这些来自世界各地的水利人，在大兴的实验室里交流碰撞，共同回答一个跨越千年的命题——如何让水的力量，永远流淌在自然与文明的平衡点上。
 
　　当实验室的灯光穿透夜色，“水力机械实验室”的牌匾默默伫立，那些旋转的模型机组仍然在绘制着综合特性曲线，而在窗外，广袤的山川大地间，白鹤滩的混流式水轮机、中洞的变速抽蓄机组、珠江口的巨型水泵正为国家发展注入能量，一起绘制更大的蓝图。
 
　　供稿：中水科技孟龙、陈莹