白鶴灘水電站：引領世界水電的超級工程(開卷知新)

　　習近平總書記在致金沙江白鶴灘水電站首批機組投產發(fā)電的賀信中指出：“白鶴灘水電站是實施‘西電東送’的國家重大工程，是當今世界在建規(guī)模最大、技術難度最高的水電工程。全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機組，實現(xiàn)了我國高端裝備制造的重大突破。”2022年12月，白鶴灘水電站全部機組投產發(fā)電，標志著我國在長江之上建成世界最大清潔能源走廊，對保障長江流域防洪、發(fā)電、航運、水資源綜合利用和水生態(tài)安全具有重要意義。這一重大工程也顯示出我國大型水電工程建設從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”的跨越。

　　水電開發(fā)綜合效益高，前景廣闊

　　電，是人類生產生活不可或缺的能源。水電是全球公認的清潔、優(yōu)質、靈活的可再生能源，具有無污染、運行成本低、資源利用率高、便于電力調峰等特點，開發(fā)綜合效益高。在河流、湖泊上修建水電站，通過引水管、水輪機、發(fā)電機等設備將水能轉化為電能，可以實現(xiàn)水力資源的可持續(xù)利用。在傳統(tǒng)能源日益緊張的背景下，不少國家都在大力開發(fā)水電資源。除此之外，一些大中型水電站作為水利樞紐工程，還有防洪、減災、供水、航運、灌溉等功能，成為促進國家經濟社會發(fā)展的重要基礎設施。

　　我國是水能資源大國，水電開發(fā)歷史較長。早在1912年，中國第一座水電站——云南石龍壩水電站就已建成發(fā)電。但直到1949年，全國水電裝機容量僅36萬千瓦，水電開發(fā)迫在眉睫。新中國成立后，水電建設蒸蒸日上。從自主勘測、設計、施工和制造設備的新安江水電站，到“萬里長江第一壩”葛洲壩水利樞紐工程，再到世界上規(guī)模最大的水利樞紐工程——三峽工程……歷經70余年，中國水電建設取得舉世矚目的成就，為解決電力短缺和洪旱災害問題提供了巨大支撐，促進了國家經濟社會發(fā)展。在這一過程中，我國水電技術取得長足發(fā)展，為白鶴灘水電站建設奠定了扎實的技術基礎。目前，我國水電已探明可開發(fā)裝機容量約6.87億千瓦，年均發(fā)電量約3萬億千瓦時。面對這個能源庫，我們的水電開發(fā)大有可為，前景廣闊。

　　進軍“無人區(qū)”，打造超級水電工程

　　白鶴灘水電站不僅是當代水利樞紐工程的集大成者，更是技術上的創(chuàng)新者、引領者。白鶴灘水電站位于長江上游金沙江河段，總裝機容量世界第二，電站裝機容量1600萬千瓦，多年平均發(fā)電量624.43億千瓦時，源源不斷地將清潔電能輸送到江蘇、浙江等沿海經濟發(fā)達地區(qū)。等量換算的話，其一年的發(fā)電量可滿足6500萬人全年生活用電需求。

　　建設這樣一座超級水電站，需要幾代人共同努力。上世紀50年代，國家組織相關水電勘測設計單位和中科院對金沙江開發(fā)開展了大量普查、勘察、規(guī)劃和一系列籌備工作。黨的十八大之后，白鶴灘水電站開工建設，吹響了中國攀登世界水電“珠峰”的號角。10年間，建設者們團結協(xié)作、攻堅克難、精益求精，先后創(chuàng)造了水電機組單機容量世界第一、地下電站洞室群規(guī)模世界第一、無壓泄洪洞群規(guī)模世界第一等6項世界紀錄，將白鶴灘水電站打造成名副其實的超級工程。

　　用先進技術筑成“無縫大壩”。大壩是水電樞紐工程的核心建筑，只有大壩質量過硬才能截住水。白鶴灘水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289米，相當于100層樓高，從空中俯視猶如一個彎曲的、薄薄的雞蛋殼鑲嵌在金沙江河谷中，十分宏偉壯觀。建設過程中，我們在溫控理論、壩工設計、混凝土原材料、施工工藝和養(yǎng)護維護等多個領域實現(xiàn)了技術突破。比如，溫度裂縫是由混凝土內外溫度變化產生的裂縫，也是大壩建設面臨的普遍難題。白鶴灘水電站全壩采用低熱水泥混凝土，我們優(yōu)化完善了大體積混凝土溫控理論，形成了一整套相關施工工法和工藝，為“無縫大壩”提供了堅實保障。大壩內部還累計埋設了300萬米長的冷卻水管，借助1萬多個傳感器，運用物聯(lián)網、云計算、智能控制等先進技術，可以進行故障自我診斷、溫度流量異常報警等。在這套智能溫控系統(tǒng)和智能混凝土運輸、澆筑成套設備的支持下，截至目前，大壩沒有發(fā)現(xiàn)一條溫度裂縫。

　　研制百萬千瓦水電機組，向世界水電“無人區(qū)”進軍。如果說大壩是水電站的軀干，發(fā)電機組就是心臟。心臟夠強，水能才可以充分、穩(wěn)定地轉化成電能。白鶴灘水電站就擁有一顆“大心臟”——16臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組。研制這一級別的水電機組沒有先例可以參考，猶如攀登水電行業(yè)的“珠峰”。建設者攻克了發(fā)電機組結構、水力設計、發(fā)電機通風、機組總體設計等一個又一個技術難題，把核心技術牢牢掌握在我們自己手中。比如巨型轉輪“零配重”，即用一根手指的力量就能撥動巨大的轉輪。轉輪是決定發(fā)電機組能量轉化的關鍵部件，一旦出現(xiàn)質量偏心，會影響機組安全。為保證重達330噸的轉輪不出現(xiàn)質量偏心，白鶴灘水電站通過現(xiàn)場建廠解決運輸難題，采取轉輪全低氫焊接、三維模擬精準確定、轉輪過程監(jiān)控等措施，實現(xiàn)了“零配重”。從運行效果來看，白鶴灘水電站發(fā)電機組的效率、穩(wěn)定性等指標均處于國際領先水平。高50米、重逾8000噸的機組，整體振動、擺度值只有頭發(fā)絲寬度。

　　泄洪洞群堪稱精品，如“地下迷宮”。作為水利樞紐工程，白鶴灘水電站在汛期需要泄洪。為此，水電站左岸布置了3條無壓泄洪洞，單洞最大泄洪流量4083立方米/秒，水流可以每小時180公里的速度通過。針對泄洪洞流速高、坡度陡、流量大等難題，運用襯砌混凝土智能化溫控防裂等新技術，泄洪洞混凝土實現(xiàn)了“平整光滑、抗沖耐磨、內實外光、體型精準、零缺陷”的目標。為洪水修建的這3條“高速公路”，共同構成了世界上最大的無壓泄洪洞群。目前，光滑如鏡、可以清晰照出人影的泄洪洞經受住了水庫高水位泄洪運行的實踐檢驗。

　　連珠成串，構建世界最大清潔能源走廊

　　隨著白鶴灘水電站16臺機組全部投產發(fā)電，長江干流上的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩等6座水電站連珠成串，共同構成了一條跨越1800公里的世界最大清潔能源走廊。這條走廊上的110臺水電機組，總裝機容量7169.5萬千瓦，年均生產電能約3000億千瓦時，可滿足3.6億人一年的用電需求，能有效緩解華中、華東地區(qū)及川、滇、粵等省份的用電緊張情況，為電網安全穩(wěn)定運行和“西電東送”提供有力支撐。通過流域梯級電站聯(lián)合調度，不僅擴大了發(fā)電效益，實現(xiàn)了“一滴水發(fā)六次電”，還將更好發(fā)揮水電站防洪、航運、生態(tài)保護、水資源綜合利用等多種功能。

　　這條走廊生產的電能替代了大量化石燃料，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。僅白鶴灘水電站所有機組全部投產發(fā)電后，每年就可節(jié)約標準煤約1968萬噸，減少二氧化碳排放約5160萬噸。6座水電站每年可節(jié)約標準煤約9045萬噸，減少二氧化碳排放約2.48億噸，為改善我國能源結構發(fā)揮積極作用。

　　“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要提出：“推進能源革命，建設清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力。”白鶴灘水電站作為能源領域的大國重器，在人類水力發(fā)電史上寫下了濃墨重彩的一筆，使中國水電的國家名片更加閃耀。這一超級工程的建設，顯著提升了我國水電設計施工和裝備制造全產業(yè)鏈、價值鏈、供應鏈的水平，進一步鞏固了中國水電作為世界引領者的地位。相信在各方努力下，白鶴灘水電站后續(xù)各項工作將不斷取得新進展，為實現(xiàn)“雙碳”目標，促進經濟社會發(fā)展作出更大貢獻。

　　(作者為中國工程院院士、中國長江三峽集團有限公司科學技術委員會顧問)

　　推薦讀物

　　《特高拱壩智能化建設技術創(chuàng)新和實踐——300m級溪洛渡拱壩智能化建設》：樊啟祥、張超然等著;清華大學出版社出版。

　　《1000MW巨型水輪發(fā)電機組關鍵技術》：程永權、石清華、劉平安等編著;中國三峽出版社出版。

　　《白鶴灘水電站巨型地下洞室群圍巖穩(wěn)定分析與設計方法》：張春生、侯靖、徐建榮、陳建林等著;中國水利水電出版社出版。

　　《 人民日報 》( 2023年05月16日 第 20 版)