中國大容量水電機組領跑世界

■ 中國電工技術學會名譽理事長 周鶴良

到2013年底，我國水電裝機容量達到2.8 億千瓦，占全國發電裝機容量22%，占水電技術可開發量的40%左右。

據水力規劃總院預測，我國水電技術可開發容量為5.8 億千瓦，到2015年常規水電裝機容量將達到3 億千瓦，開發程度達50%，到2020年，常規水電裝機容量將達到3.5 億千瓦，開發程度達60%，其中小水電將可達到8000 萬千瓦。

從2015 至2020年， 抽 水 蓄 能機組新增裝機規模預測將達到3400萬千瓦和5000 萬千瓦，今后若干年內，水電新建裝機容量將保持年投運1000 ～1300 萬千瓦的增長幅度。

蓬勃發展的中國水電事業

2011年開始，已陸續開工建設的還有金沙江、雅礱江、大渡河等大型水電站，西南地區將建設成為水電基地并將電力外送到華北、華中、華東的負荷中心。

長江三峽集團公司最近發布信息，金沙江上的溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘等四座大型水電站的建設正在加快推進，規劃裝機超過4600 萬千瓦，相當于兩個三峽工程，建成后年發電量2000 億千瓦時。

已建成的溪洛渡水電站18 臺/單機容量77 萬千瓦，東方電機中標右岸9 臺、哈爾濱電機中標左岸6 臺，德國屋依特公司（VOITH）中標左岸3 臺。到2014年7月，18 臺機組全部投運發電，溪洛渡是中國第二大、世界第三大水電站。

已建成的向家壩水電站，8 臺/單機容量80萬千瓦，哈爾濱電機中標4臺，法國阿爾斯通公司（ALSTOM）中標4臺。是世界上單機容量最大的混流式水輪發電機組，是我國第三大水電站。

向家壩、溪洛渡這兩個水電站相當于一個三峽電站，年發電量可達880 億千瓦時，機組運行的最優效率達到94.95%。東方電機、哈爾濱電機對向家壩、溪洛渡水電站的轉輪都進行了優化設計，使轉輪既具備高水頭的穩定性、又具備低水頭的出力，綜合性能大幅度提升。

正在建設的烏東德水電站12 臺/單機容量85 萬千瓦，技術參數已確定，2014年內完成招投標，計劃于2018－2019年首臺機組投運并網發電。

正在建設的白鶴灘水電站16 臺水電機組，用戶要求單機容量為100 萬千瓦等級，技術參數用戶和供應商已達成共識，2014年內完成招投標，計劃于2020年前首臺機組投運并網發電。

現在，中國多個水電發展指標躍居世界前列。比如，目前世界上已投運的六大混流式水電機組、單機額定容量最大為700MW 的工程中，中國擁有四座：美國大古力水電站（3 臺×700MW）；巴西依泰普水電站（18臺×700MW）；中國三峽水電站（32臺×700MW）；中國礱灘水電站（4臺×700MW）；中國向家壩水電站（8臺×800MW）；中國三峽溪洛渡水電站（18 臺×770MW）。

又比如轉輪直徑最大為三峽工程的10.4m。目前世界上已投運的軸流式水電機組最大單機容量為我國福建水口水電站單機容量200MW。最大轉輪直徑為葛州壩水電站，轉輪直徑11.3m。

同時，中國已投運和正在建設的單機額定容量550MW 以上的巨型機組數量眾多，如表1。

這些數字說明了中國水電發展的實力和規模。

表1

從上述情況可以證明，中國水電的發展前景看好。2009年8月世界銀行發表了一篇關于《水電發展方向》的報告，稱：中國水電前途光明。

另外我認為，如果沒有足夠的水電為電網作保障，我們接受風電和太陽能發電的能力將受到極大的局限，如果不大力發展水電，根本就無法大力發展風電和太陽能發電。因此，在規劃若干“風電三峽”的同時，應把水電與風電的互補性考慮進去。水電的核心是對國家能源安全的貢獻，在我國水電占全國電力總供容量的20%，是重要的可再生能源。

在我國發展大型水電站中，既有多功能水利基礎設施建設帶來良好的機遇，又有一系列關鍵發展難題的挑戰，比如在西南地區發展的大型水電站中，我們水電戰線上的科技人員攻克了高地震區、高拱壩、高水頭、大泄流量等世界級的難題。

水電的發展，對能源與水資源管理的貢獻，不僅僅局限于國內電力生產或區域防洪。從能源角度看，水電還可通過蓄水、調節容量和負荷等特有的手段穩定地區電網系統，并通過與核電、火電的聯合運營方式來降低成本。

中國水電設備制造業的成功經驗

講起葛洲壩水電工程，1981年12月27日，二江工程2 臺17 萬千瓦機組并網發電，1982年1月8日，哈爾濱承擔制造的首臺大江工程12.5 萬千瓦機組并網投運成功。到1983年7月，葛洲壩二江電廠2 臺/17 萬千瓦機組和5臺/12.5 萬千瓦機組全部并網發電。到1985年12月，葛洲壩大江電廠14臺/12.5 萬千瓦機組全部并網發電。1985年，葛洲壩二江工程及其水電機組獲國家科技進步特等獎。1987年，葛洲壩大江工程及其水電機組獲國家質量獎——金質獎章。到1988年12月6日，葛洲壩21 臺機組271.5 萬千瓦達到全部滿負荷穩定運行要求。

我從1982年至1994年，先后擔任機械工業部電工局局長及重大技術裝備辦公室主任，重大技術裝備司司長職務，在這期間，按照部領導要求，我每年率工作組出差到宜昌葛洲壩工程局，為葛洲壩大江、二江電廠如何保證水電機組穩定運行進行用戶訪問，發現質量上的問題，督促東方電機、哈爾濱電機廠不斷完善改進，使之機組的質量不斷提高，后來到1986年參與了三峽工程機組的機電設備論證報告的起草與討論，在初步設計階段，經過充分討論，機械部、水電部、水科規劃院、長江設計院和東方、哈爾濱電機廠的技術人員經過全面補充論證后，推薦單機容量為70 萬千瓦裝機26 臺，電站裝機容量1820 萬千瓦，最后于1993年5月，報國務院三峽工程建設委員會批準，單機容量采用70萬千瓦，左岸電站廠房14 臺，右岸電站廠房12 臺，后來又增加右岸地下廠房電站6 臺，合計三峽工程全部機組為32 臺/2240 千瓦，到2008年10月29日，左岸、右岸電站26 臺機組全部并網發電，地下廠房6 臺到2012年底已全部運行，并網發電。

到目前為止，三峽工程左岸、右岸及地下廠房的水電機組的性能達到國外同等水平，運行穩定，質量等各項指標優于左岸進口機組。三峽地下廠房6 臺機組，經過議標，分別由東方電機、哈爾濱電機及法國阿爾斯通（ALSTOM）中標（每家承擔2 臺），東方電機采用中科院電工所顧國彪院士自主創新的技術、合作制造的蒸發冷卻技術。三峽工程在2012年8月份右岸地下廠房最后一臺70 萬千瓦機組正式并網發電，這標志著世界裝機容量最大水電站全面建成，投入商業運行。

三峽工程地下廠房電站6 臺機組建設，機械工業部原副部長陸燕蓀身兼三峽三期工程重大設備制造質量檢查組組長，付出了辛勤勞動，快到80 歲的他，不辭疲勞，每年親自到現場兩三次，傾聽用戶意見，發現問題，解決問題，受到好評。國家對三峽工程水電機組的制造高度重視，從“七五”“八五”“九五”“十五”均設立重大技術裝備研制攻關項目。

通過向葛洲壩工程、三峽工程和向家壩等水電站提供設備的實踐，東方電機、哈爾濱電機已經掌握了水輪機水力設計、試驗和模型制造技術；掌握了巨型水輪機轉輪的制造技術（采用數控加工）；掌握了水輪發電機風冷卻技術（全空冷和蒸發冷卻全部技術）；掌握了水輪發電機的主絕緣技術；掌握了大容量水輪發電機的推力輪承技術；掌握了大容量水輪發電機組大部件結構優化和剛強度分析技術。正在運行的大容量水電機組的發電效率、利用小時、運行穩定性等性能優于國外同類機組，受到用戶肯定和好評。

對三峽工程的建設，黨中央和國務院采用市場換技術的正確決策。三峽工程所運行的大容量水輪發電機組關系到整個樞紐的安全可靠運行和綜合效益的發揮。在三峽工程論證階段，東方電機、哈爾濱電機開始無法獨立承擔設計和制造工作，但單靠采購國外先進設備，不僅增加工程費用，也會產生對國外技術的依賴。

為此，時任國務院副總理鄒家華按照李鵬總理的指示精神采用左岸電站的機組實行國際采購，走市場換技術——“以聯合設計、合作制造”為原則，要求中標國外企業與中國制造企業合作，并轉讓技術，分包制造，二期右岸工程12 臺機組，則在引進消化吸收左岸技術的基礎上，立足國內制造。

同時，國內對東方電機、哈爾濱電機投入巨資進行技術改造，進口特大型重型設備，以適應三峽、向家壩、溪洛渡等電站大機組，高強度和高性能技術要求。專家們討論，三峽工程經過20年的建設，設備穩定運行，在發電、航運、防洪以及輸電送出工程試驗性蓄水等方面具備了整體竣工驗收條件。據了解，三峽辦正在向國務院作申報工作。

我國大容量水輪發電機組制造技術已經跨入世界先進行列，我國水電設備制造業從無到有，從小到大，從只能制造12.5 千瓦、20 萬千瓦、30萬千瓦到能制造55 萬千瓦、70 萬千瓦、80 萬千瓦特大型水電機組，全部實現國產化。

在整個工程進行中，得到國家和用戶支持，制造廠與用戶的緊密合作，這是一條成功的經驗。現在應該有信心爭取在2020年前制造出百萬千瓦級水輪發電機組，成為世界領先。■