水电作为一种清洁、灵活的能源形式，在提供绿色能源的同时为大规模新能源的并网提供了重要的系统调节功能，有力支撑了“双碳”目标的实现。中低水头水能资源是未来水电开发重点之一，轴流式和贯流式水轮机是其主力机型，运行中存在效率低下、磨蚀破坏严重、协联偏差大等突出问题。我国轴流式和贯流式水轮机的研发起步较晚，直到本世纪初，大型轴流式和贯流式水轮机主要依赖进口。针对以上问题，以国家和企业项目为依托，历经近30年的产学研用协同攻关，本成果先后创新了水轮机过流部件设计理论，形成了轴流式和贯流式水轮机抗磨蚀技术体系，解决了协联偏差大的难题。利用成果技术，研发了模型效率世界最高的大藤峡轴流式水轮机和陶岔贯流式水轮机。近十年，在单机容量100MW及以上轴流式机组和25MW及以上贯流式机组的国内市场占有率达50%以上，并向俄罗斯、阿根廷等10余个国家出口了水轮机产品。

（1）首创了联合控制环量与轴面流速分布的转轮全三维有旋反问题设计方法，揭示了水轮机过流部件间的流动匹配关系，实现了转轮与尾水管一体化设计；发展了转桨式水轮机的性能预估技术，建立了轴流式和贯流式水轮机多学科多工况的优化设计体系，研发的系列轴流式和贯流式水轮机的模型最高效率已全面超越了GE、Voith、Hitachi、Andritz等国际著名企业的同类机型，实现了水力设计技术从跟跑到领跑的跨越。（2）发明了水轮机空化初生识别方法，实现了空化初生实时定量检测；揭示了轴流式和贯流式水轮机内部流动结构的时序演变规律；阐明了间隙泄漏涡加剧叶片磨蚀的机理，提出了一系列控制叶片间隙空化的技术措施；形成了转桨式水轮机的抗磨蚀技术体系，使高含沙水流电站转轮大修周期由原来的2~3年提高到5年左右。（3）发明了步进式水轮机智能PCC调速器，解决了电液转换器堵塞发卡和测频可靠性低的问题，实现水轮机全工况的最佳控制；首创了一种自寻优桨叶调节方法，实现了由双重调速器自动获取最优协联关系，解决了轴流式和贯流式水轮机运行中协联偏差大的难题。

在清洁能源开发领域，，水电能源是清洁能源的主体，是优质的调峰调频资源，对促进风能和太阳能的消纳和我国能源结构转型具有十分重要的作用。我国水能资源蕴藏量居世界首位，按发电量计算目前水电开发率不足40%，一带一路沿线国家平均水电开发率不到20%，而发达国家水电开发率都超过85%，因此，水电设备市场前景非常广阔。中低水头水能资源是未来水电开发的重点之一。轴流式和贯流式水轮机是中低水头电站的主力机型，适用水头分别为10~80 米和2~30 米。它们的共同点是水流沿轴向通过转轮，转轮水力设计方法相同，且均具有转轮叶片（桨叶）数少、桨叶角度可调（转桨式）、轮缘和轮毂处存在间隙的结构特征。随着全球能源转型加速，这两种机型凭借其高效率、低环境影响的特点，将成为低水头水电开发的主力机型。特别是贯流式水轮机在3-20米低水头段的优异表现，可充分开发以往难以利用的水能资源。应用轴流式和贯流式水轮机关键技术，可有效回收轴（贯）流式水轮机转轮出口动能，提高水轮机抗空化能力，和抗磨蚀能力，解决协联偏差大的难题，随着"双碳"目标的推进，这两种水轮机将在大型水电站增效扩容、低水头资源开发和潮汐能利用等领域发挥关键作用。通过CFD优化、智能控制、新型水力设计方法等技术创新，新一代水轮机将实现效率提升2%以上、寿命延长30%的运行效果。为可再生能源的大规模并网提供关键技术支撑在工程应用和新能源消纳方面，模块化设计的贯流式机组可降低偏远地区电站建设成本40%，而具备宽负荷调节能力的轴流式机组将成为电网调峰的重要支撑。轴流式和贯流式水轮机与光伏、储能系统的智能协同运行，可构建高效稳定的"水光储"微电网。特别值得关注的是，配备智能调节系统的贯流式机组在潮汐电站中的应用，通过双向发电和智能调频，可使电站年发电量提升15%，为海洋能开发提供新的技术路径。为构建新型电力系统和实现能源转型提供重要技术保障。综上所述，轴流式和贯流式水轮机关键技术在现有电站改造与新型电站建设中都具有不可估量的应用价值，应用该技术可将多泥沙河流电站转轮大修周期延长一倍以上，提高到5 年左右。通过该技术的应用，可成功解决电站空化、磨蚀严重的问题，并可在电站的水轮机研发和增容改造中发挥巨大作用。

罗兴锜教授领衔的研究团队实力雄厚，成员包括 5 名教授、5 名副教授以及 10 名讲师和博士后。团队深耕水力机械领域，在水力机械内流机理、转轮优化设计、水力激振测试与空化检测、过渡过程特性及稳定性控制、变速运行策略等方向，开展了深入的科学研究与工程应用工作。团队成果丰硕，取得了诸多原创性成果，并积极通过 “产、学、研” 模式，将科研成果转化应用，成功为国内外多座电站开发出综合性能卓越的水轮机。团队负责人罗兴锜教授以第一完成人荣获国家科学技术进步二等奖2项、陕西省科学技术进步一等奖3项。在科研项目方面，团队主持了国家自然科学基金重点项目5项、国家重点研发计划课题3项，发表 SCI/EI 论文 200 余篇，授权国家发明专利 70 余项 。

我国的水电发展潜力巨大，至2030年，我国水电装机容量预计将达4.8亿千瓦，较 2020年提高 29.7%。水电作为清洁能源的主体，是最成熟、具大规模开发条件和商业化展方式，且能促进风电和光电等新能源的消纳，是新型电力系统中最优质的调节电源。水轮机作为电站的心脏，是实现能到转换核部件，因此，水轮机技术的发展直接关系到水电的发展规模及经济效益。高性能轴流式和贯流式水轮机由于其运行范围宽、效能比高等一系列优势，不仅是世界水电发展的脉搏，更是国家潜力释放的核心。基于此背景，本项研究技术瞄准中低水头水能资源开发利用和电站改造提能增效的需求，本团队历经数十年的技术攻关，建立了具有自主知识产权的轴流式和贯流式水轮机水力设计技术和抗空化磨蚀技术体系。研发出了性能世界领先水平的轴流式和贯流式水轮机，并成功应用于阿根廷JC电站、大藤峡电站等国内外重大水电工程，研究成果累计应用到200余座电站。其中2016年2月在中国水利水电科学研究院进行的广西大藤峡电站轴流式水轮机水力模型国际招标的同台对比试验中，项目组研发的轴流式水轮机水力模型最高效率和加权平均效率最高，空化安全裕度最高，压力脉动最小，综合性能最优。在Turboinštitut水力实验室的国际中立试验台上，对项目组研发的一系列贯流式水轮机水力模型进行了第三方测试验收试验，所研发的贯流式水轮机多个水力模型最高效率超过94%，其中陶岔贯流式水轮机模型最高效率达94.25%，为当时世界最高，国际领先。技术成果应用推广效果显著经济效益巨大。通过产、学、研、用、深度融合，校企联合成立浙江富安水力机械研究所，促进了项目成果的快速转化。轴（贯）流式水轮机设计技术已推广到国内大多数水轮机研发机构和大中型水轮机生产厂家，创造了良好的社会效益，推动了水轮机行业的技术进步。经济效益巨大，完成了数十座电站水轮机研发和增容改造，直接经济效益显著。三年经济效益达42.65亿元。面向未来，紧跟时代脉搏，团队创建的具有自主知识产权的轴（贯）流式水轮机设计技术体系，不仅提高了我国水电年发电量，水轮机技术质的跨越，实现从技术进口到技术出口的转变。在社会效益方面，这两种水轮机的应用每年可减少数亿吨CO2排放，生态友好型设计显著降低对水生生物的影响；不仅可以提供稳定电力、改善民生，还能创造大量就业岗位，并提升区域防洪灌溉能力。

在轴流式和贯流式水轮机关键技术及工程应用的研发过程中，西安理工大学与浙富控股集团股份有限公司共同组建了浙江富安水力机械研究所，浙富控股为轴贯流式水轮机关键技术实践提供了可靠的平台依托和市场应用机会，西安理工大学为轴贯流式水轮机水力设计提供坚实的技术支撑和人才培养计划，为进一步推动轴贯流式水轮机关键技术应用和行业技术进步做出了退出贡献。在产学研协同创新与产业化方面。通过组建产学研联合体，可加速水轮机技术从实验室走向产业化。高校和科研院所可与东方电气、浙富水电等龙头企业共建工程技术中心，联合开展样机试制和测试验证。采用该技术研发的贯流式机组已成功应用于多个电站项目，这种模式既能解决企业技术瓶颈，又能确保科研成果快速落地，实现双赢。在技术专利与知识产权转化方面。轴流式和贯流式水轮机关键技术成果可通过专利授权、技术转让等方式实现商业化转化。通过专利许可或作价入股形式与企业合作。每年收取一定的专利使用。同时，建立完善的知识产权保护体系，可有效防止技术外泄，提升成果转化价值。从2009年5月开始，浙富控股集团股份有限公司便与西安理工大学开展了深入的产学研合作，其后更是联合组建了产学研基地——浙江富安水力机械研究所有限公司。通过产学研深度融合，应用该技术完成了国内外一系列大中型电站的水轮机研发，取得了良好的效果。所研发的水轮机包括大藤峡、加查、阿根廷Cepernic等大型轴流式机组以及犍为、白河、井冈山、孤山和龙头山等大型贯流式机组。依托西安理工大学及浙江富安水力机械研究所有限公司的技术实力，使得技术应用公司在国内外水电市场赢得了大量水轮机合同。通过水轮机组的设计、生产及销售等方式，为公司创造了巨大的经济效益。在广西大藤峡电站开发的轴流转桨式水轮机（单机容量为200MW），在中立试验台上与众多知名厂商的模型机进行对比试验后胜出，为公司赢得了两期8台机组共计8.99亿元的合同。阿根廷Cepernic项目为“一带一路”重点项目，习近平主席见证了项目协议的签署，为该电站研发的轴流式水轮机性能优越，且从设计上大幅降低了间隙气蚀从而避免了加装抗气蚀边来控制间隙气蚀，得到了阿根廷项目监理的高度赞扬。近10年度（2011年～2020年），创造的经济效益高达81.68亿元。