三峽工程的成功,成為水電業界的典范

（加）唐納德?庫爾森

世界上人口最多的中國，現在已成為僅次于美國的第二大經濟實體，世界上許多國家人民的日常生活，都離不開中國物美價廉的產品。中國的國際地位已明顯為世界所矚目，在某些技術領域也處于領先地位，水電資源開發就是其中之一。到2015年，包括三峽升船機在內的三峽工程將要完建。現在，三峽左右岸電站已經竣工，它標志著世界上最大裝機容量的水電站的誕生。為獲得水輪機和發電機的最優性能，三峽工程需要設備制造商投入到長期的、重要的和有價值的產品研發中去，其結果是有力推動著中國水電建設進入又一個發展高潮。

水力發電是可再生的清潔能源。在2011年寫作本文時，按每單位容量和能量計算的成本，同其他與環境友好的能源——風能、太陽能、地熱相比，水力發電要便宜很多。此外，如果還考慮到對電力系統的可靠性和可利用率的影響，水力發電也因此更具有明顯的優勢。根據加拿大的統計，某一特定水電站的設計能力，考慮到計劃停機檢修、維護，和由于零件磨損導致的非計劃停機在內，一旦該電站全面投入運行，其總利用率可達到90%左右。在加拿大，在水電站運行壽命期內，非計劃停機率通常小于設備容量的3%，甚至有一些水電站，在已過去的運行期內，非計劃停機率甚至小于設備容量的1%。

許多發達國家已開發的水電資源，已占其技術開發資源總量的90%。就擁有豐富的還未開發的水力資源而言，加拿大和中國得天獨厚。例如，在2011年，加拿大已投入運行的水電站總裝機容量達到7200萬千瓦，還有待開發的水電資源總量估計為16300萬千瓦。這意味著，到目前為止，加拿大只開發其潛在水電資源的31%。中國同樣也擁有可觀的水電資源儲備，其己開發的占其水電資源總量的34%。兩國在未來水電發展的前景是非常光明的。水力發電與其他清潔能源相比，還具有的最大優勢，就是在許多電站的廠址處，為城鎮提供了經濟的水源儲備。這意味著，人們能夠建設許多水電站，為電力系統提供可靠的、可再生的調峰電量----其每瓦產生的價值是徑流式擔任基荷的水電站，或者傳統的熱電站或核電站所產生價值的好幾倍。電站負荷系數越高，電站越是在接近基荷下運行。明顯的例子如下：

加拿大拉布拉多丘吉爾瀑布水電站電站負荷系數約為79%中國三峽水電站（26臺機組）電站負荷系數約為53%美國大古力水電站電站負荷系數約為23%

由此可以看出，水電站的作用，除了為能源系統貢獻其電量外，其貢獻大大超過了電站自身提供能量的能力，還提供容量以滿足系統調峰要求和負荷/頻率調節的需要。

水力發電已有近200年的歷史。中國的水電起步始于100年前。自從中國實行“改革開放”政策以來，以三峽工程為標志的水電建設，有了很大的發展。從2000年至2009年短短10年間，中國水電裝機容量由7935萬千瓦增加到1.97億千瓦。使中國成為水力發電總裝機容量和水力發電總量最大的國家。

中國2009年水力發電量達到5544.95億千瓦時，年發電量列世界第一位。三峽電站多年平均發電量為847億千瓦時，計在建的右岸地下電站6臺單機容量70萬千瓦機組，雖然三峽電站年平均發電量的數值不會有大的改動，但到2012年三峽工程左、右岸電站、地下電站完工時，增加的機組將使三峽電站的總裝機容量改寫為2240萬千瓦，電站負荷系數將降低到43%左右，極大提升了三峽電站提供峰荷的能力和防洪調度的能力。

中國是5000年的文明古國，在長期發展過程中形成了“兼收并蓄”的文化。中國的水電設計和建設，特別是水力機械行業，在過去的近二十年取得了長足的進步，并極大提升了國際市場參與度。中國的工程師從他們的國際同行、國際咨詢公司和設備制造商那里學到了寶貴的經驗和教訓。中國的工程師積極參與重要的國際水電組織，包括國際電工委員會水輪機技術委員會（IEC/TC4）、國際水力工程研究協會（IAHR），國際水電協會（IHA）的技術活動。同時積極參與IEC/TC4制（修）訂國際標準的工作組的活動，以及IAHR開展的研究活動。2002年，IEC/TC4全體會議首次在中國召開。

三峽工程，由于其水輪機部件尺寸巨大，無論是從混流式水輪機水力設計還是從制造方法方面，它比當時任何水電工程向設備設計者提出了最重大的挑戰。正由于此，三峽工程吸引了世界上頂級設備制造商的參與。在這方面我感到與中國的關系特別親切。這是由于我兒子斯圖爾特·庫爾森曾在加拿大通用電氣公司（GE Canada）與德國福伊特公司（Voith）的“VGS”聯營體中，領導了聯營體中水輪機的水力設計。“VGS”聯營體與中國東方電機有限公司合作，向三峽左岸電站提供6套水輪發電機組。三峽水輪機結構設計、制造質量也向他們提出了同樣的挑戰。在三峽工程建設過程中，吸引了許多合格的國際咨詢公司的參與。由于三峽左、右岸電站的機組尺寸巨大，機組臺數多，三峽工程從開工到首批機組發電長達10年。現在，三峽左、右岸電站26臺70萬千瓦機組已全部通過不同運行水位、不同運行負荷的運行檢驗，全部成功在電網運行。三峽工程的成功，己成為水電業界的典范。

《原型水輪機運行研究》一書由三位中國著名的水輪機技術專家黃源芳、劉光寧、樊世英共同編寫。這部富含眾多工程實踐的著作，凝聚了作者40余年在中國水力發電領域的工作經驗。本書側重于通過原型水輪機運行研究實踐，展現其對國內外水輪機技術研究的成果。它為國際同行提供了一個了解中國水電技術發展，特別是了解三峽機組之所以獲得成功的好機會。

《原型水輪機運行研究》的中文版于2010年4月由中國電力出版社在北京出版，全書分為三個部分。第一部分介紹原型水輪機運行的專題研究成果，包括研究方法的論述和運行中異常現象的解讀。第二部分是調查研究專題成果，包括中國10座大型水電站以及美國大古力、巴基斯坦塔貝拉和俄羅斯薩陽·舒申斯克水電機組的最新資料，為我們提供了比較系統的技術信息和事故處理經驗。第三部分扼要介紹三峽水電機組特別是水輪機的技術論證、工程設計、技術方案、采購合同、模型試驗和原型水輪機試驗、電站運行的成果。本書不僅闡述了三峽的水輪機，而且對當前業內存在的其他重大技術問題也給予了特別關注。

《原型水輪機運行研究》的英文版由于篇幅限制，只譯出第一、二部分主要章節以及第三部分的全部內容。

這部書并不是關于水輪機理論研究方面的著作，它是對這個重要領域（原型水輪機運行研究）的過去和現在的工程實踐的全面總結。據我所知，這是世界上第一部致力于原型水輪機運行研究方面的專著。該書中文版闡述了原型水輪機運行研究方法、中國許多大型水輪發電機組運行的詳細案例，包括著名的三峽水電站。英文版與中文版相類似，主要闡明研究方法、中國許多大型水電機組運行研究綜述以及對三峽機組的研究。這部基于工程實踐的專著為世界水輪機行業獻上了一份真正的禮物。

我在水力發電行業工作了近51年。第一個5年是在加拿大多米寧工程公司（即后來的GE水電公司）工作，這是一家加拿大的水輪機和發電機的供貨商。隨后的36年間先后在兩家加拿大工程咨詢公司工作。最近的11年，我成立了自已的私人顧問公司，為私營和公營的公司提供新電站設計及電站運行出現的技術難題的解決方案。我曾擔任13年（1989-2002）的IEC/TC4（國際電工委員會水輪機技術委員會）的主席，于2002年在北京召開的IEC/TC4全體會議上卸任。37年來，我一直是參與加拿大IEC/TC4國家委員會工作活躍的成員。在此期間，也積極參與IAHR（國際水力工程與研究協會）的活動。我結識了世界各地的業內專家并同他們建立了深厚的友誼。我曾隨同加拿大水電友好代表團多次訪問中國，我曾有幸受世界銀行的授權參與了中國南方廣西龍灘水電工程的前期工作。與中國同行建立起的合作關系和友誼時時激動著我。

我與黃源芳先生相識近20年。我們經常在國際會議上見面，多次聽到他對三峽工程及其水電機組精辟的講演。他曾是中國三峽工程開發總公司（2009年更命為中國長江三峽集團公司）的副總工程師，主持過機電工程部的工作。從1997年至2005年連續4次擔任IEC/TC4全體會議的中國首席代表，是2002年首次在中國舉行的IEC/TC4北京全體會議的領導者、組織者之一，并作為東道主邀請與會專家參觀三峽工程。北京全體會議開得非常成功，被與會專家稱為“北京模式”。黃源芳先生先后為IEC/TC4第27、29工作組成員。他的技術活動，為中國原型水輪機的運行穩定性研究、空蝕和泥沙磨損研究，為協助IEC/TC4在該領域正在進行的國際標準的制定工作做出了重大貢獻。

許多無法接受的原型水輪機運行不穩定的現象都與引水管路系統的共振有關。在這種情況下，即便是采用對水輪機技術發展必不可少的計算流體動力學方法和水輪機模型試驗方法，也不能輕而易舉地防止這種不穩定的現象發生。因此，《原型水輪機運行研究》的英文版本的面世，將會引導國際水輪機業界向更加重視電站水電機組的運行實踐，更加重視對各個不同電站、不同水輪機個案研究的方向發展。它也會引導業界更多重視不斷追求完善的原型水輪機運行穩定性的研究，促進業主和制造商的技術進步。

作者請我為該書英文版作序，我感到十分榮幸。國際水電界也會對在中國和其他地方在這領域取得的進步感到自豪。本書對三峽在內的大型水電機組展開了深度討論，為那些希望更多了解中國水輪機行業的人們提供了可靠的第一手資料。我真誠地向讀者推薦此書，也對黃先生和他的同事做出的重要努力表示感謝。