裝機容量世界第一 建造技術領跑全球
中國水電 亮麗名片
7月以來，我國多個新的水利工程開工建設，其中包括全球最大的水光互補電站——四川雅礱江柯拉光伏電站，東北地區(qū)首個抽水蓄能電站——黑龍江尚志抽水蓄能電站等。這些項目建成后，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機組投產(chǎn)發(fā)電開始，十年來，我國水電事業(yè)持續(xù)發(fā)展，水電建設令人驚嘆。2012年至2021年，我國水電裝機容量從2.49億千瓦增長至3.91億千瓦，水電發(fā)電量從0.9萬億千瓦時增長至1.3萬億千瓦時。2014年以來，我國的水電裝機容量和發(fā)電量一直穩(wěn)居世界第一。水電業(yè)務遍及全球140多個國家和地區(qū)，占據(jù)了海外70%以上的水電建設市場份額。
從70萬千瓦到100萬千瓦
單機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荷的攀升。最近，常熟電網(wǎng)調(diào)度負荷最高達到了338.93萬千瓦，創(chuàng)歷史新高。
高用電負荷之下，常熟電網(wǎng)的運行依然平穩(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個省市，通過這條大動脈，白鶴灘水電站的電運達江蘇常熟，只要7毫秒。
曾經(jīng)有段時間，包括江蘇在內(nèi)的東部地區(qū)電力負荷還很緊張，不少城市甚至還時有拉閘限電現(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座梯級水電站累計發(fā)電量已突破3萬億千瓦時，相當于節(jié)約標準煤約9.1億噸。
水電站發(fā)電能力的大小，與它的“心臟”——發(fā)電機組密切相關。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水輪發(fā)電機組容量。從70到100，不僅僅是數(shù)量的提升，更是從引進技術到核心技術完全國產(chǎn)化的標志性跨越。
白鶴灘水電站是世界單機容量第一的巨型水電站，擁有16臺單機容量為100萬千瓦的發(fā)電機組，從設計到制造安裝，實現(xiàn)了全過程國產(chǎn)化。而在三峽工程開工前，我國能設計制造的最大容量的水電機組還只有32萬千瓦，三峽工程最初使用的70萬千瓦機組是引進了國外的技術。此后，我國用7年時間成功研制出自己的70萬千瓦水電機組，經(jīng)過溪洛渡、向家壩、烏東德水電站建設，國產(chǎn)水電機組的單機容量又成功提升到85萬千瓦。短短幾年，縮小了和國外三十多年的技術差距。到了白鶴灘，我們終于走到了一個“無人區(qū)”——開始向100萬千瓦發(fā)起挑戰(zhàn)。
也許，正是因為走到“無人區(qū)”，許多技術只能靠自己，才催生了白鶴灘的數(shù)項國內(nèi)首創(chuàng)與世界第一。在白鶴灘水電站潔白的地下廠房，一個個巨大的圓形有序排列，這是發(fā)電機組的核心部件：轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)一圈可發(fā)電約150度，約為一個家庭一個月的用電量。轉(zhuǎn)子是眾多創(chuàng)新技術的凝聚。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，國內(nèi)還沒有制造磁軛鋼的工藝，不得不高價從國外進口。而白鶴灘水電站的轉(zhuǎn)子需要擴大面積，國外的產(chǎn)品不符合要求，只能自己研制。接下這項任務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年的時間，成功研制出了更強更薄的磁軛鋼板，一個轉(zhuǎn)子由2萬層鋼板疊加起來，厚度卻只有4米。
2018年，習近平總書記考察三峽工程時指出：“正是因為我們過去靠自己迎難克堅，才有了今天的成績。不僅建設了三峽，還培養(yǎng)了一批人才隊伍、掌握了全面的自主創(chuàng)新技術，我們現(xiàn)在開發(fā)了一個又一個的‘三峽’。”
白鶴灘水電站發(fā)電機組的研制單位——東方電氣集團工程師王笑君表示，中國水電自三峽工程起就開始大步追趕國外先進水準，白鶴灘水電站發(fā)電機組的研制意味著中國在水電裝備研制上實現(xiàn)了“從并跑到領跑”，已經(jīng)做到最高水平，沒有對手了。
東方電氣集團有關負責人表示，企業(yè)參加了三峽、溪洛渡和白鶴灘水電站發(fā)電機組的研制，生產(chǎn)技術取得了質(zhì)的提高。“當年和東方電氣同臺競爭的國外水電巨頭，如今還會請我們過去解決技術問題。”
更高更薄更智能的“無縫大壩”
筑壩技術突飛猛進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。大壩的筑造技術和性能高低，是一個國家水電站建設水平的重要體現(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，我國水電站建設在壩高、壩型和筑壩技術上的發(fā)展突飛猛進，特別是相較十年前，新材料、人工智能等新興技術在大壩建設中得到越來越多的應用，賦予大壩更強大的、更智能化的性能。
“無壩不裂”，這在世界水電站建設中是一個長期存在的難題，但中國的水電工程師們卻創(chuàng)造出了“無縫大壩”。三峽集團白鶴灘工程建設部教授級高級工程師孫明倫介紹，大壩建設需要澆筑大量混凝土，混凝土中的水泥水化反應會產(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，孫明倫承擔了白鶴灘、烏東德全壩應用低熱水泥混凝土的研究任務。雖然早在三峽三期工程中，低熱水泥混凝土便得到局部應用，但由于質(zhì)量尚不穩(wěn)定，無法全壩澆筑。為此，孫明倫與同事們進行了多輪性能試驗和考核性生產(chǎn)，終于在2017年開筑的白鶴灘和烏東德大壩上實現(xiàn)了低熱水泥混凝土的全壩應用。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打印等新興技術的身影，許多是第一次應用。2014年開工建設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”修建的300米級超高土石壩。作為我國海拔最高的百萬千瓦級水電站，兩河口水電站的很多施工點位施工危險性極高。為此，建設方在施工現(xiàn)場全程采用了智能化無人施工設備，技術人員只需遠程操作即可。而去年年底開工建設的黃河羊曲水電站更是將3D打印技術概念運用到壩體建設中，有效減少了施工中的人為錯誤。
對于我國水電站建設來說，更多創(chuàng)新技術在大壩中的應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并建成投產(chǎn)的首個千萬千瓦級世界級巨型水電工程——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289米，相當于一座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，預計建成后壩高將達到314米，比三峽大壩要高出100多米。
隨著我國水電站建設技術的日益成熟，我國水電站建設企業(yè)也開始走向國際市場。中國能建集團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個月時間就完工，埃塞俄比亞特克澤水電站的大壩建成僅用了38個月。
在保護中發(fā)展在發(fā)展中保護
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，相當于每年節(jié)約標準煤耗146.7萬噸，減少二氧化碳排放量441.2萬噸。秉持保護黃河流域生態(tài)的理念，水電站在建設中設計了臨時和永久性生態(tài)放水洞等設施，并安裝了廢水處理回用裝置，對工程尾水和生活污水進行循環(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”目標的提出和生態(tài)文明建設的推進，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、管理的方方面面。
7月中旬，金沙江上游首座水電站——蘇洼龍水電站首臺機組正式投產(chǎn)發(fā)電。除了各類先進的發(fā)電設施，蘇洼龍水電站還配備了一個占地60余畝的魚類增殖站和一個升魚機。在魚類增殖站中，數(shù)萬尾魚苗在此健康成長，而升魚機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配。水利部水電水利規(guī)劃設計總院院長彭程表示，秉持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展宗旨，我國水電協(xié)調(diào)保護與開發(fā)的關系，經(jīng)多年實踐和發(fā)展，形成了“預防、減緩、修復”的生態(tài)環(huán)境保護措施體系。在魚類保護方面，通過生態(tài)流量下泄、棲息地保護、過魚措施、增殖放流等多種魚類保護措施技術，在各水電基地及主要流域取得了典型的水電生態(tài)環(huán)境保護案例，尤其在魚類人工繁殖技術研究方面，為維護水生生物多樣性作出重要貢獻。
2020年6月，金沙江烏東德水電站首批機組投產(chǎn)發(fā)電，習近平總書記作出重要指示，強調(diào)要堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，科學有序推進金沙江水能資源開發(fā)，推動金沙江流域在保護中發(fā)展、在發(fā)展中保護，更好造福人民。三峽集團烏東德工程建設部有關負責人介紹，烏東德水電站開發(fā)之初，就在距離壩址4.6公里處建設了增殖放流站，承擔烏東德和白鶴灘兩座水電站的珍稀魚類增殖放流任務。為了順應魚類產(chǎn)卵期需求，水電站建設了生態(tài)流量泄放等設施，并利用人造洪峰開展生態(tài)調(diào)度，促進魚類產(chǎn)卵。
烏東德水電站的建設還帶動了當?shù)氐木G色發(fā)展。站在烏東德水電站的大壩上極目遠眺，綠水倒映著青山，藍天陪伴著森林，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過程也是一個綠化過程，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?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口人住進嶄新小洋樓。隨著當?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)域帶來綠色新動能。三峽集團烏東德電廠廠長王金濤表示，截至2022年上半年，烏東德水電站累計發(fā)電量超600億千瓦時，相當于節(jié)約標準煤1838萬噸，減排二氧化碳5028萬噸。
