裝機(jī)容量世界第一 建造技術(shù)領(lǐng)跑全球

中國水電 亮麗名片

7月以來，我國多個(gè)新的水利工程開工建設(shè)，其中包括全球最大的水光互補(bǔ)電站——四川雅礱江柯拉光伏電站，東北地區(qū)首個(gè)抽水蓄能電站——黑龍江尚志抽水蓄能電站等。這些項(xiàng)目建成后，我國水電站家族將再添重磅新成員。

中國是水電大國，目前已有超過4萬座水電站，全國每10度電中，就有約2度來自川流不息的江河。從2012年三峽工程最后一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電開始，十年來，我國水電事業(yè)持續(xù)發(fā)展，水電建設(shè)令人驚嘆。2012年至2021年，我國水電裝機(jī)容量從2.49億千瓦增長至3.91億千瓦，水電發(fā)電量從0.9萬億千瓦時(shí)增長至1.3萬億千瓦時(shí)。2014年以來，我國的水電裝機(jī)容量和發(fā)電量一直穩(wěn)居世界第一。水電業(yè)務(wù)遍及全球140多個(gè)國家和地區(qū)，占據(jù)了海外70%以上的水電建設(shè)市場份額。

從70萬千瓦到100萬千瓦

單機(jī)容量不斷增大為東部地區(qū)穩(wěn)定輸電

入伏以來，全國各地普遍高溫，江蘇省常熟市最近的最高氣溫幾乎每天都在35攝氏度左右。高溫之下，空調(diào)、電扇成為每家每戶的剛需，隨之而來的是用電負(fù)荷的攀升。最近，常熟電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷最高達(dá)到了338.93萬千瓦，創(chuàng)歷史新高。

高用電負(fù)荷之下，常熟電網(wǎng)的運(yùn)行依然平穩(wěn)，這背后，是來自“西電東送”清潔能源的有力支持。7月1日，白鶴灘至江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程正式投產(chǎn)，這一工程從四川省的白鶴灘水電站起步，一路跨越5個(gè)省市，通過這條大動(dòng)脈，白鶴灘水電站的電運(yùn)達(dá)江蘇常熟，只要7毫秒。

曾經(jīng)有段時(shí)間，包括江蘇在內(nèi)的東部地區(qū)電力負(fù)荷還很緊張，不少城市甚至還時(shí)有拉閘限電現(xiàn)象發(fā)生。而與東部電能缺口形成鮮明對比的，是西部豐富卻無用武之地的水能資源。面對這種形勢，我國創(chuàng)造性建設(shè)了“西電東送”工程，如同一條紐帶，把供需方連在了一起。

水電站，是“西電東送”工程中清潔電能的重要來源。截至今年上半年，僅長江干流6座梯級(jí)水電站累計(jì)發(fā)電量已突破3萬億千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約9.1億噸。

水電站發(fā)電能力的大小，與它的“心臟”——發(fā)電機(jī)組密切相關(guān)。70萬千瓦、77萬千瓦、85萬千瓦、100萬千瓦，這組數(shù)據(jù)，分別是三峽水電站、溪洛渡水電站、烏東德水電站、白鶴灘水電站的單個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組容量。從70到100，不僅僅是數(shù)量的提升，更是從引進(jìn)技術(shù)到核心技術(shù)完全國產(chǎn)化的標(biāo)志性跨越。

白鶴灘水電站是世界單機(jī)容量第一的巨型水電站，擁有16臺(tái)單機(jī)容量為100萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，從設(shè)計(jì)到制造安裝，實(shí)現(xiàn)了全過程國產(chǎn)化。而在三峽工程開工前，我國能設(shè)計(jì)制造的最大容量的水電機(jī)組還只有32萬千瓦，三峽工程最初使用的70萬千瓦機(jī)組是引進(jìn)了國外的技術(shù)。此后，我國用7年時(shí)間成功研制出自己的70萬千瓦水電機(jī)組，經(jīng)過溪洛渡、向家壩、烏東德水電站建設(shè)，國產(chǎn)水電機(jī)組的單機(jī)容量又成功提升到85萬千瓦。短短幾年，縮小了和國外三十多年的技術(shù)差距。到了白鶴灘，我們終于走到了一個(gè)“無人區(qū)”——開始向100萬千瓦發(fā)起挑戰(zhàn)。

也許，正是因?yàn)樽叩?ldquo;無人區(qū)”，許多技術(shù)只能靠自己，才催生了白鶴灘的數(shù)項(xiàng)國內(nèi)首創(chuàng)與世界第一。在白鶴灘水電站潔白的地下廠房，一個(gè)個(gè)巨大的圓形有序排列，這是發(fā)電機(jī)組的核心部件：轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)一圈可發(fā)電約150度，約為一個(gè)家庭一個(gè)月的用電量。轉(zhuǎn)子是眾多創(chuàng)新技術(shù)的凝聚。比如它所使用的材料磁軛鋼，來自太原鋼鐵的自主研制。在三峽大壩建造之時(shí)，國內(nèi)還沒有制造磁軛鋼的工藝，不得不高價(jià)從國外進(jìn)口。而白鶴灘水電站的轉(zhuǎn)子需要擴(kuò)大面積，國外的產(chǎn)品不符合要求，只能自己研制。接下這項(xiàng)任務(wù)的太原鋼鐵起初全廠上下沒人對這種材料的性能有深入了解，從零起步，他們用了5年的時(shí)間，成功研制出了更強(qiáng)更薄的磁軛鋼板，一個(gè)轉(zhuǎn)子由2萬層鋼板疊加起來，厚度卻只有4米。

2018年，習(xí)近平總書記考察三峽工程時(shí)指出：“正是因?yàn)槲覀冞^去靠自己迎難克堅(jiān)，才有了今天的成績。不僅建設(shè)了三峽，還培養(yǎng)了一批人才隊(duì)伍、掌握了全面的自主創(chuàng)新技術(shù)，我們現(xiàn)在開發(fā)了一個(gè)又一個(gè)的‘三峽’。”

白鶴灘水電站發(fā)電機(jī)組的研制單位——東方電氣集團(tuán)工程師王笑君表示，中國水電自三峽工程起就開始大步追趕國外先進(jìn)水準(zhǔn)，白鶴灘水電站發(fā)電機(jī)組的研制意味著中國在水電裝備研制上實(shí)現(xiàn)了“從并跑到領(lǐng)跑”，已經(jīng)做到最高水平，沒有對手了。

東方電氣集團(tuán)有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，企業(yè)參加了三峽、溪洛渡和白鶴灘水電站發(fā)電機(jī)組的研制，生產(chǎn)技術(shù)取得了質(zhì)的提高。“當(dāng)年和東方電氣同臺(tái)競爭的國外水電巨頭，如今還會(huì)請我們過去解決技術(shù)問題。”

更高更薄更智能的“無縫大壩”

筑壩技術(shù)突飛猛進(jìn)大大提升水電站安全性能

長江是世界上最大的清潔能源走廊，水電站眾多。沿著長江干流一路向下，依次有烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩6座大型水電站。如果從空中俯瞰，可以看到6座造型不同的大壩矗立江水之上，氣勢恢宏。

大壩是水電站的標(biāo)志性建筑物，也是水電站調(diào)蓄洪水的重要工程。大壩的筑造技術(shù)和性能高低，是一個(gè)國家水電站建設(shè)水平的重要體現(xiàn)。從三峽工程到烏東德工程再到白鶴灘工程，黨的十八大以來，我國水電站建設(shè)在壩高、壩型和筑壩技術(shù)上的發(fā)展突飛猛進(jìn)，特別是相較十年前，新材料、人工智能等新興技術(shù)在大壩建設(shè)中得到越來越多的應(yīng)用，賦予大壩更強(qiáng)大的、更智能化的性能。

“無壩不裂”，這在世界水電站建設(shè)中是一個(gè)長期存在的難題，但中國的水電工程師們卻創(chuàng)造出了“無縫大壩”。三峽集團(tuán)白鶴灘工程建設(shè)部教授級(jí)高級(jí)工程師孫明倫介紹，大壩建設(shè)需要澆筑大量混凝土，混凝土中的水泥水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量，熱脹冷縮，讓大壩容易產(chǎn)生裂縫。為了避免這一問題，工程師們研制出了一種新材料——低熱水泥混凝土。

2013年，孫明倫承擔(dān)了白鶴灘、烏東德全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土的研究任務(wù)。雖然早在三峽三期工程中，低熱水泥混凝土便得到局部應(yīng)用，但由于質(zhì)量尚不穩(wěn)定，無法全壩澆筑。為此，孫明倫與同事們進(jìn)行了多輪性能試驗(yàn)和考核性生產(chǎn)，終于在2017年開筑的白鶴灘和烏東德大壩上實(shí)現(xiàn)了低熱水泥混凝土的全壩應(yīng)用。孫明倫驕傲地說，直到大壩澆筑封頂，都沒有發(fā)現(xiàn)一條溫度裂縫。

除了新材料，在我國近年來建設(shè)的水電站大壩中，也越來越多地看到人工智能、3D打印等新興技術(shù)的身影，許多是第一次應(yīng)用。2014年開工建設(shè)的雅礱江兩河口水電站大壩是國內(nèi)第一座用“施工全過程智能化技術(shù)”修建的300米級(jí)超高土石壩。作為我國海拔最高的百萬千瓦級(jí)水電站，兩河口水電站的很多施工點(diǎn)位施工危險(xiǎn)性極高。為此，建設(shè)方在施工現(xiàn)場全程采用了智能化無人施工設(shè)備，技術(shù)人員只需遠(yuǎn)程操作即可。而去年年底開工建設(shè)的黃河羊曲水電站更是將3D打印技術(shù)概念運(yùn)用到壩體建設(shè)中，有效減少了施工中的人為錯(cuò)誤。

對于我國水電站建設(shè)來說，更多創(chuàng)新技術(shù)在大壩中的應(yīng)用讓大壩不僅能建得越來越高、越來越薄，施工效率也大大提升。黨的十八大以來我國開工建設(shè)并建成投產(chǎn)的首個(gè)千萬千瓦級(jí)世界級(jí)巨型水電工程——烏東德水電站最大壩高270米，底厚51米，厚高比僅為0.19，是世界上最薄的300米級(jí)特高拱壩;2017年主體工程開建的白鶴灘水電站最大壩高可達(dá)289米，相當(dāng)于一座100層的高樓，而它的壩頂最窄處寬度卻僅有14米。目前在建的雙江口水電站，預(yù)計(jì)建成后壩高將達(dá)到314米，比三峽大壩要高出100多米。

隨著我國水電站建設(shè)技術(shù)的日益成熟，我國水電站建設(shè)企業(yè)也開始走向國際市場。中國能建集團(tuán)總工程師和建生介紹，2019年1月，蘇丹央行發(fā)行了一版新的貨幣，其中100蘇丹鎊的背面印著三座水壩，其中兩座是由中國企業(yè)承建的，一座是由中國企業(yè)加高的。中國建設(shè)的緬甸耶涯水電站在高溫多雨的惡劣氣候條件下僅用40個(gè)月時(shí)間就完工，埃塞俄比亞特克澤水電站的大壩建成僅用了38個(gè)月。

在保護(hù)中發(fā)展在發(fā)展中保護(hù)

一座水電站染綠的不止庫區(qū)

青海省海南州，黃河干流之上，羊曲水電站正在緊鑼密鼓的建設(shè)之中。作為黃河上游清潔能源調(diào)控重要樞紐，羊曲水電站全部建成投產(chǎn)后年均發(fā)電量為47.32億千瓦時(shí)，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤耗146.7萬噸，減少二氧化碳排放量441.2萬噸。秉持保護(hù)黃河流域生態(tài)的理念，水電站在建設(shè)中設(shè)計(jì)了臨時(shí)和永久性生態(tài)放水洞等設(shè)施，并安裝了廢水處理回用裝置，對工程尾水和生活污水進(jìn)行循環(huán)利用。

相較于傳統(tǒng)能源，水電無疑具有更加濃厚的生態(tài)底色。近年來，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出和生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，水電行業(yè)的“綠色”已不僅僅體現(xiàn)在能源的清潔上，也體現(xiàn)在建設(shè)、管理的方方面面。

7月中旬，金沙江上游首座水電站——蘇洼龍水電站首臺(tái)機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。除了各類先進(jìn)的發(fā)電設(shè)施，蘇洼龍水電站還配備了一個(gè)占地60余畝的魚類增殖站和一個(gè)升魚機(jī)。在魚類增殖站中，數(shù)萬尾魚苗在此健康成長，而升魚機(jī)則給金沙江的魚兒裝了一部“電梯”，將下游無法游過大壩的魚類聚集起來，通過隧洞送回上游。

近年來，增殖站幾乎成為各大水電站的標(biāo)配。水利部水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院院長彭程表示，秉持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展宗旨，我國水電協(xié)調(diào)保護(hù)與開發(fā)的關(guān)系，經(jīng)多年實(shí)踐和發(fā)展，形成了“預(yù)防、減緩、修復(fù)”的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施體系。在魚類保護(hù)方面，通過生態(tài)流量下泄、棲息地保護(hù)、過魚措施、增殖放流等多種魚類保護(hù)措施技術(shù)，在各水電基地及主要流域取得了典型的水電生態(tài)環(huán)境保護(hù)案例，尤其在魚類人工繁殖技術(shù)研究方面，為維護(hù)水生生物多樣性作出重要貢獻(xiàn)。

2020年6月，金沙江烏東德水電站首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，習(xí)近平總書記作出重要指示，強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，科學(xué)有序推進(jìn)金沙江水能資源開發(fā)，推動(dòng)金沙江流域在保護(hù)中發(fā)展、在發(fā)展中保護(hù)，更好造福人民。三峽集團(tuán)烏東德工程建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，烏東德水電站開發(fā)之初，就在距離壩址4.6公里處建設(shè)了增殖放流站，承擔(dān)烏東德和白鶴灘兩座水電站的珍稀魚類增殖放流任務(wù)。為了順應(yīng)魚類產(chǎn)卵期需求，水電站建設(shè)了生態(tài)流量泄放等設(shè)施，并利用人造洪峰開展生態(tài)調(diào)度，促進(jìn)魚類產(chǎn)卵。

烏東德水電站的建設(shè)還帶動(dòng)了當(dāng)?shù)氐木G色發(fā)展。站在烏東德水電站的大壩上極目遠(yuǎn)眺，綠水倒映著青山，藍(lán)天陪伴著森林，宛若一幅美麗的畫卷，正如“烏東德”在苗語中的涵義：“云霧繚繞的地方”。然而，十幾年前，這里還是一片只有黃土的荒涼河谷，周邊不通水、不通電也不通路。烏東德水電站的建設(shè)過程也是一個(gè)綠化過程，自籌建以來，施工人員就在荒山峽谷中種草種樹，逐步形成“山水林田湖草”的景觀。

在烏東德水電站大壩南岸的山腰上，一排排嶄新的小院整齊排列，房前屋后鮮花盛開、瓜果飄香。這里是當(dāng)?shù)貛靺^(qū)移民搬遷安置最大的承載區(qū)——烏東德鎮(zhèn)金瑞社區(qū)。村民張付超是當(dāng)年在金沙江上為紅軍擺渡的船工后代，搬遷前一家人住著簡易空心磚房，收入不穩(wěn)定。搬到金瑞社區(qū)后，一家5口人住進(jìn)嶄新小洋樓。隨著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的改善，來旅游的人也越來越多，在社區(qū)幫助下，張付超開了一家“老船工之家”民宿，一家人年收入達(dá)4萬余元。

一座水電站，染綠的不止庫區(qū)。在千里之外的粵港澳大灣區(qū)，南方電網(wǎng)的輸電線路中，來自烏東德水電站的清潔電能正源源不斷給這片繁華區(qū)域帶來綠色新動(dòng)能。三峽集團(tuán)烏東德電廠廠長王金濤表示，截至2022年上半年，烏東德水電站累計(jì)發(fā)電量超600億千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1838萬噸，減排二氧化碳5028萬噸。