中國(guó)水電 亮麗名片

文｜王雅婧

在積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的過(guò)程中，發(fā)展水電事業(yè)是重要的一環(huán)。二十大報(bào)告指出：“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，統(tǒng)籌水電開(kāi)發(fā)和生態(tài)保護(hù)。”中國(guó)是水電大國(guó)，目前已有超過(guò)4 萬(wàn)座水電站，全國(guó)每10 千瓦時(shí)電中就有約2 千瓦時(shí)來(lái)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(kāi)始，我國(guó)水電事業(yè)持續(xù)發(fā)展，水電建設(shè)取得了豐碩成果，已成為一張亮麗名片。

單機(jī)容量不斷增大 為東部地區(qū)穩(wěn)定輸電

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(wàn)千瓦、77萬(wàn)千瓦、85萬(wàn)千瓦、100萬(wàn)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70萬(wàn)到100萬(wàn)，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(guó)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(wàn)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(guò)程國(guó)產(chǎn)化。而在三峽工程開(kāi)工前，我國(guó)能設(shè)計(jì)制造的最大容量的水電機(jī)組還只有32萬(wàn)千瓦，三峽工程最初使用的70萬(wàn)千瓦機(jī)組是引進(jìn)了國(guó)外的技術(shù)。此后，我國(guó)用7年時(shí)間成功研制出自己的70萬(wàn)千瓦水電機(jī)組，經(jīng)過(guò)溪洛渡、向家壩、烏東德水電站建設(shè)，國(guó)產(chǎn)水電機(jī)組的單機(jī)容量又成功提升到85萬(wàn)千瓦。短短幾年，縮小了和國(guó)外30多年的技術(shù)差距。到了白鶴灘，我們終于走到了一個(gè)“無(wú)人區(qū)”——開(kāi)始向100萬(wàn)千瓦發(fā)起挑戰(zhàn)。

也許，正是因?yàn)樽叩健盁o(wú)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(guó)內(nèi)首創(chuàng)與世界第一。轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)組的核心部件，轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)一圈可發(fā)電約150千瓦時(shí)，約為一個(gè)家庭一個(gè)月的用電量。轉(zhuǎn)子凝聚了眾多創(chuàng)新技術(shù)，它所使用的材料磁軛鋼是由太原鋼鐵集團(tuán)自主研制出來(lái)的。在三峽大壩建造之時(shí)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有制造磁軛鋼的工藝，不得不高價(jià)從國(guó)外進(jìn)口，而白鶴灘水電站的轉(zhuǎn)子需要擴(kuò)大面積，國(guó)外的產(chǎn)品不符合要求，只能自己研制。當(dāng)時(shí)，接下這項(xiàng)任務(wù)的太原鋼鐵集團(tuán)全廠上下沒(méi)人對(duì)這種材料的性能有深入了解，他們從零起步，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(wàn)層鋼板疊加起來(lái)，厚度卻只有4米。

白鶴灘水電站

2018年，習(xí)近平總書(shū)記考察三峽工程時(shí)指出：“正是因?yàn)槲覀冞^(guò)去靠自己迎難克堅(jiān)，才有了今天的成績(jī)。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(kāi)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(guó)水電自三峽工程起就開(kāi)始大步追趕國(guó)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(guó)在水電裝備研制上實(shí)現(xiàn)了“從并跑到領(lǐng)跑”。

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(jìng)爭(zhēng)的國(guó)外水電巨頭，如今還會(huì)請(qǐng)我們過(guò)去解決技術(shù)問(wèn)題。”

筑壩技術(shù)突飛猛進(jìn) 提升水電站安全性能

長(zhǎng)江是世界上最大的清潔能源走廊，水電站眾多。沿著長(zhǎng)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于江水之上，氣勢(shì)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(guó)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(lái)，我國(guó)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)，新材料、人工智能等新興技術(shù)在大壩建設(shè)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，賦予大壩更強(qiáng)大的、更智能化的性能。

“無(wú)壩不裂”，這在世界水電站建設(shè)中是一個(gè)長(zhǎng)期存在的難題，但中國(guó)的水電工程師們卻創(chuàng)造出了“無(wú)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(wèn)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(wú)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(kāi)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(shuō)，直到大壩澆筑封頂，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一條溫度裂縫。

除了新材料，在我國(guó)近年來(lái)建設(shè)的水電站大壩中也越來(lái)越多地看到人工智能、3D打印等新興技術(shù)的身影，其中許多是第一次應(yīng)用。2014年開(kāi)工建設(shè)的雅礱江兩河口水電站大壩是國(guó)內(nèi)第一座用“施工全過(guò)程智能化技術(shù)”修建的300米級(jí)超高土石壩。作為我國(guó)海拔最高的百萬(wàn)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(chǎng)全程采用了智能化無(wú)人施工設(shè)備，技術(shù)人員只需遠(yuǎn)程操作即可。而2021年年底開(kāi)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(duì)于我國(guó)水電站建設(shè)來(lái)說(shuō)，更多創(chuàng)新技術(shù)在大壩中的應(yīng)用讓大壩不僅建得越來(lái)越高、越來(lái)越薄，施工效率也大大提升。黨的十八大以來(lái)，我國(guó)開(kāi)工建設(shè)并建成投產(chǎn)的首個(gè)千萬(wàn)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，是目前世界上最薄的300米級(jí)特高拱壩；2017年主體工程開(kāi)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建成后預(yù)計(jì)壩高將達(dá)到314米，比三峽大壩要高出100多米。

兼顧保護(hù)與開(kāi)發(fā) 水電站染綠的不止庫(kù)區(qū)

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(wàn)噸，減少二氧化碳排放量441.2萬(wàn)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(duì)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(wú)疑具有更加濃厚的生態(tài)底色。近年來(lái)，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。

蘇洼龍水電站500千伏送出工程

烏東德水電站

2022年7月，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(yú)類增殖站和一個(gè)升魚(yú)機(jī)。在魚(yú)類增殖站中，數(shù)萬(wàn)尾魚(yú)苗健康成長(zhǎng)，而升魚(yú)機(jī)則給金沙江的魚(yú)兒裝了一部“電梯”，將下游無(wú)法游過(guò)大壩的魚(yú)類聚集起來(lái)，通過(guò)隧洞送回上游。

近年來(lái)，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(zhǎng)彭程表示，秉持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展宗旨，我國(guó)水電協(xié)調(diào)保護(hù)與開(kāi)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(yú)類保護(hù)方面，通過(guò)生態(tài)流量下泄、棲息地保護(hù)、過(guò)魚(yú)措施、增殖放流等多種魚(yú)類保護(hù)措施，在各水電基地及主要流域樹(shù)立了典型的水電生態(tài)環(huán)境保護(hù)案例。

2020年6月，烏東德水電站首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，習(xí)近平總書(shū)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(kāi)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(kāi)發(fā)之初，就在距離壩址4.6千米處建設(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(yú)類增殖放流任務(wù)。為了順應(yīng)魚(yú)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(kāi)展生態(tài)調(diào)度，促進(jìn)魚(yú)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。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(guò)程也是一個(gè)綠化過(guò)程，自籌建以來(lái)，施工人員就在荒山峽谷中種草、種樹(shù)，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(kāi)、瓜果飄香。這里是當(dāng)?shù)貛?kù)區(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(jiǎn)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(lái)旅游的人也越來(lái)越多，在社區(qū)幫助下，張付超開(kāi)了一家“老船工之家”民宿，一家人年收入達(dá)4萬(wàn)余元。

一座水電站染綠的不止庫(kù)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(lái)自烏東德水電站的清潔電能正源源不斷地給這片繁華區(qū)域帶來(lái)綠色新動(dòng)能。