海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机关键技术浅析

文树洁，熊 欣，张 建

（东方电气集团东方电机有限公司，四川省德阳市 618000）

海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机关键技术浅析

文树洁，熊 欣，张 建

（东方电气集团东方电机有限公司，四川省德阳市 618000）

海水抽水蓄能电站是抽水蓄能电站的一种新型式，相关技术研究具有前瞻性。本文重点分析总结了中高水头海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机水力设计及选型、结构设计、材料选择及防腐蚀、防海洋生物附着等关键前沿技术，并就关键技术发展及研究方向提出思考和建议，为我国未来自主化研发中高水头海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机提供参考和依据。

海水抽水蓄能电站；混流式水泵水轮机；关键技术；防腐蚀

0 引言

海水抽水蓄能电站是抽水蓄能电站的一种新型式，相关技术研究具有前瞻性。根据国家能源局最新统计，我国海水抽水蓄能站点达238个，总装机容量可达4203.8万kW，海水抽水蓄能资源非常丰富。我国《水电发展“十三五”规划》将研究试点海水抽水蓄能纳入重点任务，要求加强关键技术研究，推动建设海水抽水蓄能电站示范项目，填补我国该项目的空白。

由于海水抽水蓄能电站水泵水轮机工作介质为化学性质活泼的海水，因此水泵水轮机的水力设计及选型、结构设计、材料选择及防腐蚀等方面都有不同于常规水泵水轮机的特殊要求，需要深入研究。

1 海水抽水蓄能电站水泵水轮机技术应用情况简介

海水抽水蓄能电站通常以大海作为下库，在地形合理的海岸山地上修建上水库。与常规陆地淡水抽水蓄能电站相比，具有无需建设下库、水量充沛、水位变幅小、有利于水泵水轮机运行等诸多有利条件。在淡水资源缺乏、常规淡水抽水蓄能电站建设条件较差、火电及核电等基荷电源集中的沿海地区以及沿海岛国建设，具有很强的经济性及竞争力[1-2]。

日本是海水抽水蓄能电站概念的提出者。1991年，日本的KANEDA等[3]在专利技术文献中系统地提出海水抽水蓄能的概念及技术。1999年3月，日本建成世界上第一座试验运行海水抽水蓄能电站——Okinawa Yambaru 电站。该电站装机容量30MW，最大工作水头152m，最大流量26m3/s，通过5年的试运行，验证了海水抽水蓄能电站系统的可靠性，为世界范围内建设大容量、高水头海水抽水蓄能电站奠定了技术实践基础[2]。Okinawa Yambaru 电站水泵水轮机参数如表1所示。

日本Okinawa Yambaru 海水抽水蓄能示范电站的建成投运，极大地促进了海水抽水蓄能技术的进步。近年来，对储能、电网调节有迫切需求的爱尔兰、印度尼西亚、爱沙尼亚、希腊、沙特等靠近海岸线的国家纷纷开展海水抽水蓄能电站项目可行性分析。例如，中东国家提出的死海项目[2]，规划利用海洋建立抽水蓄能电站，拟装机规模为1500～2500MW，计划将地中海的海水通过长72km的压力管道，注入Qumran上水库，形成抽水蓄能电站发电、抽水条件；沙特阿拉伯的KOTIUGA等[2]对沙特阿拉伯西海岸的地形进行了研究，对在沙特阿拉伯西海岸建立1000MW海水抽水蓄能系统进行了经济、技术可行性分析；葡萄牙的ROMAS[2]对佛得角群岛建立海水抽水蓄能系统也进行了经济、技术可行性分析；由此可见，未来海水抽水蓄能电站技术应用前景非常广阔。但目前，除了日本Okinawa Yambaru电站对水泵水轮机技术进行了真机验证，全世界后续规划的海水抽水蓄能电站均没有进入实质性建设阶段，没有经过大规模特别是高水头大容量电站的实际运行验证。因此，海水抽水蓄能电站水泵水轮机技术仍需不断完善，以适应未来大规模的推广应用要求。

2 海水抽水蓄能电站水泵水轮机关键技术

海水抽水蓄能电站水泵水轮机机型有卧轴贯流式和立轴混流式两种。卧轴贯流式水泵水轮机主要适用于低水头、小容量海水抽水蓄能电站（H＜30m），其本质是潮汐发电技术的延伸，作为储能电站，推广的意义及价值不大；立轴混流式水泵水轮机主要适用于中高水头、大容量海水抽水蓄能电站（H≥30m），是未来海水抽水蓄能电站技术发展的主要方向。以下主要结合常规中高水头、大容量混流式水泵水轮机成熟技术，对比探讨分析中高水头、大容量海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机水力设计及选型、结构设计、材料选择及防腐蚀、防止海洋生物附着等关键技术。

2.1 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机水力设计及选型

中高水头、大容量海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机水力设计与常规中高水头、大容量混流式水泵水轮机水力设计相比，在能量性能和稳定性方面，设计准则并没有显著的差异。但在空化性能方面，由于海水蓄能电站工作介质为海水，因此水力研发时应更关注模型转轮的空化性能。提高模型转轮的空化性能，对真机转轮运行时抵抗海水介质腐蚀具有重要的作用。

2.1.1 能量性能研究

海水的密度约为1.025×103kg/m3，不同海区略有不同，主要取决于海水中的含盐量。海水较陆地淡水比重略大，单从能量性能研究角度，与淡水并无实质性差异，可以在实验室中用淡水代替海水进行研究。当前模型转轮开发的主流技术均是通过CFD模拟计算，分析水泵水轮机各部件内部的流动状态，预估水泵水轮机的水力性能，再通过模型试验验证。在满足空化、稳定性要求的前提下，通过对固定导叶和活动导叶的型线、相对位置、安放角、叶片翼型以及进、出口角进行优化设计，来进一步提高水泵水轮机能量性能。

2.1.2 水力稳定性研究

由于海水抽水蓄能机组和常规淡水抽水蓄能机组一样，在电力系统中需要担负调峰、填谷、调相和事故备用等多种功能，因此也存在起停频繁、工况转换多样等特点；此外如果输水系统长度过长，水头较高时其过渡过程也将异常复杂，水泵水轮机运行的稳定性将异常重要。水力稳定性不仅影响转轮的使用寿命，而且关系到机组乃至电站能否长期安全稳定运行。因此，提高水泵水轮机的水力稳定性对机组的安全稳定运行具有重要的作用。

海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机与常规混流式水泵水轮机一样，水力稳定性研究的主流技术也是通过CFD建模分析计算，通过对导叶数、叶片数、导叶分布圆直径，固定导叶和活动导叶的型线、相对位置、安放角、叶片翼型等进行优化设计，以改善水轮机工况的“S”特性、水泵工况驼峰裕量，减小无叶区压力脉动，降低尾水管涡带频率产生的振动，从而进一步提高水泵水轮机水力稳定性能。

2.1.3 空化性能研究

由于海水抽水蓄能电站工作介质为化学性质活跃的海水，因此对海水抽水蓄能电站水泵水轮机而言，空化性能更为关键。与常规混流式水泵水轮机一样，水泵水轮机水泵工况的空化性能比水轮机工况更恶劣，因此在模型转轮研发时，通常重点研究水泵工况的空化性能，模型试验验证后再反过来校核水轮机工况空化性能。水泵水轮机在高扬程、小流量区域，叶片的背面容易产生空化；在低扬程、大流量区域，叶片的正面也容易产生空化。因此，在海水水泵水轮机水力研发上，应重点关注叶片型线、包角的优化，提高转轮空化性能。目前的主流技术是采用仿生学原理对叶片翼型进行设计来提高空化性能，同时也可以达到机组生态过鱼的要求，减少机组运行时对浅海海洋鱼类的伤害。

2.1.4 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机选型

海水抽水蓄能电站水泵水轮机参数的选择直接关系到电站的经济性和可靠性，是抽水蓄能电站设计中极其重要的一环。海水抽水蓄能电站水泵水轮机选型与常规混流式水泵水轮机选型并无本质性的差异，水泵水轮机参数选择的关键是比转速的确定。比转速是表征水泵水轮机技术经济的综合性指标，它的高低可大致表征其性能水平要求的高低，并直接影响到机组尺寸、重量、空蚀及运行稳定性等。

水轮机工况比转速计算公式为：

水泵工况比转速计算公式为：

式中：nst——水轮机工况比转速，m·kW；

nsq——水泵工况比转速，m·m3/s；

n——水泵水轮机额定转速，r/min；

N——水泵水轮机出力，kW；

HT——水泵水轮机净水头，m；

HQ——水泵净扬程，m；

QP——水泵流量，m3/s。

从式（1）和式（2）可以看出，海水抽水蓄能电站，在机组容量和水头确定后，提高水泵水轮机比转速的最有效方法是提高机组的转速，机组转速的提高可以减小水泵水轮机及发电电动机的尺寸，降低主机设备成本，同时也可以减小机组平面尺寸和高度，从而减小厂房尺寸，降低土建成本；但另一方面，过高的机组转速会使得水泵水轮机的水力研发难度加大，水泵水轮机的空化性能将变坏，提高了水泵水轮机的制造难度及安全运行风险[4]。因此，针对海水抽水蓄能电站，比转速的选择，更需要综合评价分析。

由于目前海水抽水蓄能投运电站极少，水泵水轮机参数不具备统计规律。因此，在海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机选型时，可参考常规混流式水泵水轮机电站的参数统计进行初步选型。行业内一般以水泵水轮机额定水头（或最大水头工况）和水泵最低扬程工况下参数[4]衡量水泵水轮机的比转速和比速系数水平高低。常规抽水蓄能电站水泵水轮机工况额定水头与额定比转速的统计曲线如图1所示，水泵工况最小扬程与最大比转速的统计曲线如图2所示。

从图1和图2可以看出，在电站水头参数和单机容量确定后，机组水轮机及水泵工况比转速将会对应一个较为合理的参数区间，根据水轮机及水泵工况的比转速公式反算出其对应的合理转速范围值，再结合模型转轮研发情况、发电机设计难度等综合因素可确定机组的额定转速。

海水抽水蓄能电站水泵水轮机额定转速确定后，选型工作的任务就是确定转轮直径、机组吸出高度等其他参数。海水抽水蓄能电站水泵水轮机转轮直径和机组吸出高度的确定，其原则与常规抽水蓄能电站水泵水轮机没有本质的差异。转轮直径的选择，应兼顾水轮机和水泵的性能，水泵性能需要在选定额定转速下考虑频率变化区的驼峰裕量。与常规水泵水轮机一样，建议驼峰区裕量不小于最大扬程的1.5%～3%。此外，还要关注水泵最大入力，尽量控制水泵在高效率区运行，并在规定的扬程范围内与驼峰区裕量平衡。海水抽水蓄能电站吸出高度的选择，和常规抽水蓄能电站一样，都是按照可以满足水泵水轮机最危险工况无空化运行确定，同时针对输水系统复杂的高水头电站，也要考虑过渡工况下尾水管发生水柱分离的危险因素。针对海水抽水蓄能电站的特殊运行介质，建议在计算机组吸出高度时，在采信常规蓄能电站装置空化系数时，留有不小于10%的介质空化安全裕量，以降低海水抽水蓄能电站安装高程，为水泵水轮机无空化运行创造较好的条件。

2.1.5 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机水力研发及选型的思考及建议

海水抽水蓄能电站与常规抽水蓄能电站相比，由于工作介质的显著差异，在水力研发时应重点加强海水介质下提高水泵水轮机空化性能方面的研究，提高海水抽水蓄能电站水泵水轮机的运行可靠性。有试验条件的，可以有针对性地开展海水介质下的模拟试验，以进一步提高理论认识。

对于海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机选型，从提高机组稳定性方面，建议遵循以下两个选型准则：

（1）选取较低的比转速。即选取常规抽水蓄能电站水泵水轮机统计曲线的下限，以提高水泵水轮机的空化性能。

（2）选取合理的吸出高度。在经济性允许前提下，尽可能低的吸出高度可以确保海水抽水蓄能电站水泵水轮机在运行中不发生空蚀，保证机组的安全稳定运行。

2.2 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机结构设计

总体而言，伴随国内外高水头、大容量常规抽水蓄能电站近年来的大规模建设投运，常规混流式水泵水轮机结构形式已日趋成熟、结构型式可靠性极高。海水抽水蓄能电站水泵水轮机结构型式，完全可以借鉴常规混流式水泵水轮机结构型式，并在充分考虑水泵水轮机因海水腐蚀大修周期较短的典型特点，进一步优化水泵水轮机结构，从而保障海水抽水蓄能电站长期、安全、稳定运行，以下结合常规混流式水泵水轮机结构型式，简述海水抽水蓄能电站水泵水轮机主要部件结构型式选择及优化的方向。

2.2.1 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机总体布置型式

常规水泵水轮机总体布置方式按机组检修方式分为上拆、中拆、下拆布置方式。所谓上拆总体布置方式，是指水泵水轮机的主轴、导叶操作机构、顶盖、转轮等部件，均需向上通过吊出发电电动机机坑来检修，因此水泵水轮机检修时必须拆出发电电动机转子等部件来完成机组大修。典型水泵水轮机上拆总体布置图如图3所示。

水泵水轮机中拆总体布置型式，是指在水轮机层设置有中间层并设置有专门的检修廊道，水泵水轮机在检修时，无需拆除发电电动机。水泵水轮机主轴、导叶操作机构、顶盖、转轮、底环等主要部件可以通过水轮机中间层的检修廊道吊出检修。水泵水轮机中拆布置结构总体布置较复杂，水泵水轮机设置有中间轴，机组轴系较长，需要较为复杂的检修工具完成检修。如电站厂房布置条件宽松，在厂房高度允许的前提下也可采用中拆方式布置。典型水泵水轮机中拆总体布置图如图4所示。

水泵水轮机下拆总体布置方式，是指水泵水轮机易损检修部件，例如底环、导叶、转轮等可通过专门设置的尾水检修廊道吊出检修。水泵水轮机下拆总体布置方式，水泵水轮机结构布置紧凑，在拆除尾水锥管后，可以方便地拆出水泵水轮机底环、导叶、转轮等易损部件，水泵水轮机检修周期较短。典型水泵水轮机下拆总体布置图如图5所示。日本Okinawa Yambaru 海水抽水蓄能就采用下拆总体布置结构，如图6所示[5]。

考虑到海水水泵水轮机受海水腐蚀检修将较频繁，而发电电动机做基本防腐蚀保护后，不会受到海水介质腐蚀的显著影响，因此针对海水抽水蓄能电站水泵水轮机，推荐采用不拆发电电动机检修的下拆总体布置型式。

2.2.2 海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机关键部件结构型式

2.2.2.1 蜗壳及座环

蜗壳及座环作为水泵水轮机埋入部分的两大部件，既是机组的基础件，又是机组通流部件的组成部分，承受随机组运行工况改变而变化的水压分布载荷以及顶盖传导过来的作用力。海水水泵水轮机座环结构与常规水泵水轮机结构无较大差异，座环推荐采用上、下环板与固定导叶焊接而成的平行箱体结构形式，其上、下环板采用抗层状撕裂钢板制造，固定导叶采用高强度钢板制造。蜗壳采用高强度钢板焊接制造，在工地采用保压浇灌混凝土。但由于蜗壳座环过流介质为海水，蜗壳及座环过流面须采用特殊防腐蚀工艺处理。

2.2.2.2 顶盖及底环

顶盖及底环作为水泵水轮机的重要结构部件，同时也是流道的组成部分，其承受着机组水压变化的作用力，从功能上要求其必须具有足够的强度和刚度。海水水泵水轮机的顶盖及底环与常规水泵水轮机顶盖及底环在结构上并无本质差异。但为防止海水腐蚀，海水水泵水轮机顶盖、底环抗磨板及顶盖、底环过水面须铺焊耐海水腐蚀的低碳奥氏体不锈钢[6]，而常规水泵水轮机在相同部位多采用马氏体不锈钢。

除此之外，由于海水水泵水轮机多为下拆结构，其底环无法像常规水泵水轮机完全浇筑于混凝土中，其结构刚强度要求较常规水泵水轮机更高。

2.2.2.3 活动导叶及其密封结构

海水水泵水轮机活动导叶与常规水泵水轮机活动导叶在结构上差异不大，但考虑耐海水腐蚀性，海水水泵水轮机活动导叶推荐采用抗海水腐蚀性能更好的低碳奥氏体铸造不锈钢，而常规水泵水轮机活动导叶多采用马氏体铸造不锈钢。

除材质与常规水泵水轮机活动导叶有区别之外，海水水泵水轮机活动导叶中、下轴颈均也采用双重密封，较常规水泵水轮机活动导叶轴颈的单层密封更加可靠，以防止海水渗漏腐蚀。轴颈密封材质推荐使用耐海水的氟橡胶，而非常规水泵水轮机活动导叶密封所使用的耐水聚氨酯材料。为进一步验证导叶轴颈密封的可靠性，须在工地安装就位后，对其进行水压试验，以保证其达到设计要求，并应单独设置自动化监测装置对轴颈密封漏水量进行实时监测。

2.2.2.4 主轴及转轮

水轮机主轴承受着水轮机转动部分重量及轴向水推力，同时传递转轮所产生的扭矩。海水水泵水轮机主轴及转轮与常规水泵水轮机主轴转轮在结构上差异不大，但材质差异明显。

海水水泵水轮机主轴推荐采用低碳奥氏体锻造不锈钢，其抗腐蚀性能远超常规水泵水轮机主轴使用的普通锻钢。同时，为进一步提高其抗电化腐蚀能力，海水水泵水轮机主轴还须单独设置防电化腐蚀装置。

海水水泵水轮机转轮结构同常规水泵水轮机转轮结构型式相同，也可采用铸焊结构。海水水泵水轮机转轮上冠、下环及叶片材质推荐采用耐海水腐蚀的低碳奥氏体铸造不锈钢，而常规水泵水轮机转轮材质为马氏体铸造不锈钢。

2.2.2.5 水导轴承

常规水泵水轮机水导轴承多采用稀油润滑分块瓦轴承，海水水泵水轮机水导轴承可采用稀油润滑分块瓦轴承，也可采用无油固体润滑轴承方案。

无油固体润滑轴承由于其结构简单，海水不宜进入，从外部便于清洗，可以有效防止电气腐蚀和间隙腐蚀，且拆卸检修方便，其推广应用前景广泛。但由于目前此类水导轴承只应用在径向力较小的水泵水轮机上，对径向力较大的水泵水轮机，其结构适用性还应作进一步研究。

海水水泵水轮机采用稀油润滑分块瓦轴承时，若其水导轴承外置冷却器内部冷却介质为海水，冷却器防腐须采用特殊工艺，同时为避免由于海洋生物附着导致的冷却器失效，稀油润滑分块瓦水导轴承其冷却器宜布置一主一备，以确保水导轴承的正常运行。

2.2.2.6 主轴密封

海水水泵水轮机主轴密封结构型式主要有弹簧补偿式径向密封和水压端面轴向密封两种。由于径向密封为接触式密封，存在密封漏水量过大，被密封海水易泄漏等缺点，故海水水泵水轮机宜优先采用轴向密封结构型式。

海水水泵水轮机轴向密封与常规水泵水轮机轴向密封在结构形式上一致，其差别主要体现在主轴密封各结构件材质上。由于海水水泵水轮机主轴密封被密封水为海水，其主密封圈抗磨性及抗腐蚀性较常规水泵水轮机要求更高。目前主密封圈材质主要采用耐海水腐蚀的为高分子材料。也有研究表明，用陶瓷材质制作的主密封圈在海水环境中，其抗磨性及抗腐蚀性更优秀。

2.3 海水水泵水轮机关键部件防腐蚀技术研究

在海水中运行的机器，如潮汐发电站、船舶驱动系统、火电站和核电站的冷却水系统等，已有成熟的防腐蚀经验。但海水水泵水轮机由于其流道内海水流速较高，对水泵水轮机材料的防腐提出了更高要求，目前主流的防蚀技术主要分为四个方面。

2.3.1 材料改进

为了提高海水水泵水轮机转轮、活动导叶等重要部件在海水中的疲劳强度及耐蚀性能，如前所述，海水水泵水轮机转轮及活动导叶均推荐采用耐海水腐蚀的低碳奥氏体铸造不锈钢材质；主轴推荐采用耐海水腐蚀的低碳奥氏体锻造不锈钢；顶盖、底环过流面推荐采用耐海水腐蚀的低碳奥氏体不锈钢抗磨板，其顶盖、底环过水面也推荐采用铺焊用耐海水腐蚀的低碳奥氏体不锈钢。以上材质相对常规水泵水轮机同部位材质在防腐性能上有极大的提高，且随着材料科学技术进步，海水水泵水轮机部件材质的抗蚀能力会进一步提高。

2.3.2 涂层防腐及绝缘处理

海水水泵水轮机在转轮、活动导叶、主轴等关键部位上均采用不锈钢材质，但出于结构强度及经济性考虑，海水水泵水轮机在蜗壳座环、顶盖及底环非过水面、高强度联接螺栓等多个部位无法使用不锈钢材质。此时，为了防止发生间隙腐蚀、异种金属腐蚀等电气腐蚀，需对以上部位进行防腐涂层保护或进行绝缘处理。目前，海水水泵水轮机防腐涂层及绝缘处理方法还需要作进一步的研究。

2.3.3 电气防腐

海水水泵水轮机除采用耐海水腐蚀不锈钢材料及防锈涂层等防蚀手段之外，为了防止由于涂层损伤引起的点蚀及间隙腐蚀，还可设置电气防蚀装置。

电气防蚀方法分为阴极法（外加电源法）与阳极法（牺牲阳极方式）两种。在腐蚀环境中，一般情况下因环境条件与金属条件的不同，局部产生电位差，从而导致电位低的阳极产生离子化，发生腐蚀。

阴极法原理上是通过调整外加电流大小，施加高于阳极的直流电位差，从而将局部阳极转变为阴极，起到防腐蚀的目的。由于设置了外部电源，所以将其称之为电气防蚀。在防蚀对象的各个部位中，电极的位置和数量是按照电位差一定的条件来选定的。由于电气防蚀会将海水电解产生氯气，氯气浓度一旦变高，就会使涂刷保护膜恶化，使不锈钢钝化膜遭到破坏，为此海水水泵水轮机应单独设置将氯气从转轮室排放到排水坑的氯气排放装置。建议在海水水泵水轮机主轴、顶盖等部件上设置阴极法电气防腐装置[5]。

阳极法也称作牺牲阳极方式，牺牲阳极的材质按金属的电位顺序来确定，使电位（阳极侧）经常低于防蚀对象材质的电位，这样在牺牲阳极被持续消耗的过程中，就会起到阴极侧防蚀的效果。虽然牺牲阳极是需要定期更换的，但是与电气防蚀相比，仍是一种廉价的装置。建议在海水水泵水轮机结构复杂且难以设置电气防蚀用电极装置的部件，例如主轴密封上采用阳极法[5]。

2.4 水泵水轮机部件防海洋生物附着技术研究

对于海水抽水蓄能电站来说，海洋生物附着会堵塞海水循环通道，腐蚀管路，极大程度地影响海水抽水蓄能电站的安全稳定运行。截至目前，针对海水水泵水轮机部件的海洋生物附着污染防护还主要以试验为主，尽管在某些应用方面取得了一定的进展，但由于海洋生物的多样性和海洋环境的复杂性，目前海洋生物附着的防污保护并没有得到真正意义上的解决。当前主流的海洋生物附着防护方法主要分为物理法与化学法。

2.4.1 物理法

2.4.1.1 涂层法

在水泵水轮机部件表面采用特殊涂层的方式，阻止海洋生物附着。单从涂层防生物附着角度来看，其防附着能力最强的是有机硅橡胶，其次是聚四氟乙烯[7]。但海水水泵水轮机涂层除应具备防止海洋生物附着能力外，还需具备良好的抗海水腐蚀防护性能，从目前情况来看，还需作进一步的研究。

2.4.1.2 超声波法与射线法

有研究表明，采用超声波可以驱赶海洋生物，防止生物附着，但这种方法效果不稳定，且费用昂贵，成本高[7]。此外，利用同位素产生射线防止海洋生物附着也相当有效，但此方法对健康和环保有潜在威胁，故在海水水泵水轮机上还未有推广应用。

2.4.1.3 其他物理方法

有研究表明，利用温度、磁场、水力、液膜层、强力水波等物理方法也可防止海洋生物附着，但均处于试验阶段，没有经过大规模验证[7]。

2.4.2 化学法

与物理法相比，化学法防止海洋生物附着更加有效，但部分方法容易破坏环境，杀灭生物，且有害物的富集会危害人类的健康，应选择性应用。

2.4.2.1 电化学法

电化学法防止海洋生物附着在船舶工业中运用成熟，其防附着能力强且有效期长，同时电化学法还可以有效地防止海水水泵水轮机电化腐蚀，一举两得，应推荐优先采用。

2.4.2.2 毒素渗出法

毒素渗出法主要是利用有毒金属氧化物（如铜、锌、铅等金属氧化物）、有机毒物（如有机锡、DDT、有机铅、有机碑等）、氯气、臭氧等有毒元素来杀死海洋附着生物，但其有毒元素容易扩散，影响生态环境[7]，不推荐在海水水泵水轮机使用。

综上，由于海洋环境复杂性和生物多样性，海水水泵水轮机的海洋生物附着一直是人们关注但尚未完全解决的问题。目前研究情况表明，多种方法结合往往比单一方法更为有效，海水水泵水轮机防海洋生物附着应优先采用物理涂层法和电化学法，但两种方法均需进一步研究，其结合防护也还需要作进一步研究工作。

3 结束语

本文重点阐述了海水抽水蓄能电站混流式水泵水轮机关键技术，并就关键技术发展及研究方向提出思考和建议。近年来，东方电机在常规蓄能电站技术研发方面取得了长足进步，相继自主完成仙游、仙居、深蓄、绩溪、敦化等多个高水头大容量蓄能电站机组的技术研发工作，其中仙游、仙居电站机组已投入运行，技术水平达到国际先进水平。针对我国《水电发展“十三五”规划》要求，东方电机积极开展海水抽水蓄能电站机组相关技术前期研究工作。随着我国进一步大力推动建设海水抽水蓄能电站示范项目，东方电机将进一步加强海水抽水蓄能电站水泵水轮机关键技术研究工作，为促进我国海水抽水蓄能电站机电技术进步做出贡献。

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2017-08-15

2017-09-21

文树洁（1979—），男，高级工程师，主要研究方向：水轮机结构及初步设计等。E-mail：wenshujie@dfem．com．cn

熊 欣（1983—），男，工程师，主要研究方向：水轮机结构设计。E-mail：25257719@qq．com

张 建（1986—），男，工程师，主要研究方向：水轮机初步设计。E-mail：freestorn@163．com

Analysis of Francis Pump Turbine Key Technology in Seawater Pumped Storage Power Station

WEN Shujie，XIONG Xin，ZHANG Jian
（Dongfang Electric Machinery Co.，Ltd. Deyang 618000，China）

The seawater pumped storage station is a new type of pump storage power station，and the related technical research is prospective. This paper introduces and summaries the key technologies of medium and high head seawater pumped storage turbine such as the hydraulic design and type selection，structural design，material selection，anticorrosion，marine biological attachment protection，and proposes some thoughts and suggestions on the development of key technologies for China’s future independent R&D seawater pumped storage power station.

seawater pumped storage power station；francis pump turbine；key technology；corrosion protection

TV734

A学科代码：570．30

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．003