潛入世界水電“無人區

李雙星

白鶴灘水電站是目前世界上在建的最大水電站，它擁有300米級的高拱壩、世界上規模最大的地下洞室群，以及1600萬千瓦的總裝機容量，預計建成后平均發電量將達到624.43億千瓦時。

金沙江畔，橫斷山中。繼三峽水電站之后，又一超級水電工程一白鶴灘水電站漸漸向人們顯露出它的身姿。

在四川省涼山州寧南縣和云南省昭通市巧家縣交界處，緊貼著金沙江筑起的混凝土大壩為山脈覆上一層層“盔甲”，懸于兩岸之間的數十條高空纜機拖起水泥罐向壩底觸探，進行混凝土澆筑。站在壩上俯瞰，成百上千的建筑工人們散落在這片巨大的建筑工地上，共同用鋼筋和混凝土打造出一片新天地。

這是目前世界上在建的最大水電站。它擁有300米級的高拱壩、世界上規模最大的地下洞室群，以及1600萬千瓦的總裝機容量，預計建成后平均發電量將達到624.43億千瓦時，為華東、華中和南方電網供電。

定義世界水電新標準

2019年6月19日，由東方電氣集團東方電機有限公司承建的百萬千瓦級水輪機完成全部關鍵部件驗收，標志著世界上單機容量最大的水輪發電機橫空出世。

未來，8臺100萬千瓦的水輪發電機將被分別安置在白鶴灘水電站的左右兩岸，產生數以百億千瓦時的電能。與三峽水電站2240萬千瓦的總裝機容量相比，白鶴灘水電站稍有遜色，但在單機容量上，100萬千瓦無疑是一個高難度飛躍。

東方電機白鶴灘項目副主任設計師王釗寧介紹：“單機容量的巨大跨越性、技術研究的復雜性和技術難度遠大于世界上已有機組，沒有現成的技術可以使用，可謂進入了世界水電的‘無人區’。

東方電機副總工程師趙永智這樣解釋百萬千瓦機組的供電能力：“白鶴灘水電站單臺機組全力發電365天，可滿足四川省德陽市全年的用電需求。

從2006年起，東方電機的科研人員就在三峽水電站和溪洛渡水電站的機組研發基礎之上，開始挑戰百萬千瓦水輪機組的研發制造。其中，轉輪是整個水輪機組研發過程中研制難度最大，同時也是最為核心的部件。

在轉輪研發階段，百萬千瓦機組沒有現成的技術可供使用。為了制造出最適合白鶴灘水電站的轉輪，東方電機的研究員們在短短一年多時間里研制出20多個轉輪模型。每個模型都需要花費一個月的制作周期，成本均在20萬元以上。經過水輪機試驗平臺中的真實模式、對比運行數據等篩選后，才選定了最終的轉輪模型。

整個轉輪由15塊葉片組成，每片重達11噸。雖是龐然大物，但其研制過程則可謂粗中有細。一位東方電機白鶴灘項目焊接人員說：“重達11噸的葉片，焊接時的焊絲直徑只有1.2毫米，比耳機線還要細，而整個轉輪要使用共計11噸這么細的焊絲。”

受限于成品的尺寸和重量，左岸8臺機組的轉輪加工全部在白鶴灘水電站施工區內的東方電機轉輪加工廠進行。在長達12個月的時間里，首臺轉輪先后經過上冠及下環裝焊、裝配、第一輪焊接、翻身、第二輪焊接、粗磨、精磨、鏜孔等13個加工步驟才能滿足出廠條件。

同時，在百萬千瓦水電機組的核心技術水力研發中，東方電機首次將全流道全工況數值仿真技術應用于工程實際，創新性開拓了水力評判標準和葉形加厚技術，其空化、壓力脈動、噪聲、飛逸轉速等穩定性指標均達到了世界先進水平。

從三峽水電站單機容量70萬千瓦到向家壩水電站的單機容量81.2萬千瓦，再到白鶴灘水電站單機容量100萬千瓦超大型水輪發電機組，百萬千瓦水輪發電機不僅引領了世界水電站進入“百萬單機時代”，更在工程建設過程中，對中國傳統水電行業升級和水電裝備制造打了一劑強心針。

安放地下“心臟”

走進白鶴灘水電站地下廠房，如同走進電影《流浪地球》里龐大的地下城。不同的是，在這座長438米、高88.7米、寬34米的長廊型地下洞室里，安放著8臺100萬千瓦水輪機。

從2014年開始，中國水利水電第七工程局的近千名工人便開始在金沙江畔開山破土。4年，伴隨著震耳欲聾的爆破聲和四處迸射的石塊，土建負責人陳強坦親眼見證著一座山逐漸被改造成地下洞室。

陳強坦和同事們開玩笑說，開挖地下洞室的難度無異于“在奶油蛋糕里掏出一個洞”。他告訴《中國工人》記者，白鶴灘的地質條件十分復雜，巖石穩定性差，且巖層間的錯動帶結構變形特征明顯，在開挖過程中必須要采取相應的穩定性控制技術，保障洞室群的巖石穩定和施工安全。

如何有效控制高邊墻圍巖變形與穩定，一直是大型地下洞室開挖的世界性難題。土建部門J制訂出將墻面進行立體和平面分割的方案，在錯動帶區域綜合多種技術進行支護，研發出包括預應力錨索快速施工在內的多項創新支護技術，為地下廠房高邊墻圍巖安全穩定提供了保障。

走進地下廠房，仔細觀察洞穴的墻面，便能發現土建部門研究出的支護成果。一些菱形部件不規則地嵌在整個墻面上，個別位置還有一些長桿貼在墻面里。抬頭看向洞穴頂部，巖層表面還緊緊覆著防護網。這些都是為洞穴采取的支護措施，它們被按照深淺不同的層次安插在結構不一的巖層里。

原計劃用36個月完成的洞穴開挖，實際則延長了約一年時間。而在洞穴開挖成形后，一場持續性的澆筑作業仍不能放松分毫。

肘管、錐管、基礎環、座環、蝸殼等主機設備依次被預埋進混凝土中，每安裝完一個部件都要進行混凝土澆筑，之后再進行下一步安裝，以確保其穩定性。而混凝土的澆筑也是一個需要嚴格控制的過程，一旦不均勻便可能會對機器部件的安裝精度產生影響。

“在單機容量達到100萬千瓦的情況下，轉輪的高速運轉對安裝精度提出了更高要求。”白鶴灘項目安裝工區支部書記謝守斌介紹，如果轉軸的擺動幅度過大，會對機器部件造成磨損，進而影響整個發電機的運轉。

為了將發電機的轉軸控制在一定的擺動范圍內，中國水電七局負責安裝的人員盡可能地將前序所有安裝步驟的精度達到最高，要求全部縮小到0.1毫米以內。事實上，這些精度要求已經高出給定的標準范圍。

2018年6月28日，隨著機組段最后一部分開挖完成，白鶴灘水電站左岸地下廠房工程爆破開挖正式畫上句號。在近千名建設者的共同努力下，橫空出世的百萬千瓦級水輪發電機將被安穩放置于此。

隱藏“智慧”的大壩

在白鶴灘水電站大壩施工管理人員的手機里，不時會收到一條包含入倉溫度、澆注溫度、倉面氣溫的“暗號”。

這是大壩智能建造信息管理平臺的信息播報，實時推送現場施工各種動態，幫助施工人員及時掌握現場情況。“智能”是白鶴灘水電站大壩的一大亮點，大壩工程建設和運行全過程都被智能建造體系全覆蓋，施工管理人員可以實現工程全生命周期狀態的“全面感知、真實分析、實時控制”。

就像人類擁有一套感知外界的神經系統，白鶴灘水電站大壩同樣擁有一套用于感知、分析周邊及內部環境的“神經系統”，并能根據采集到的信息協同“器官”做出調整。

高289米的拱壩里埋設下數千支監測儀器，它們就像遍布大壩全身的神經末梢，用于感知氣溫、風速、入倉溫度、澆筑溫度等，并將這些信息反饋給大壩的“神經中樞”一智能建造信息管理平臺。“神經中樞”會將收集到的參數進行實時分析判斷，并將分析結果實時推送給現場管理人員，以便管理人員及時掌握現場情況、采取適當措施，一些比較成熟的系統甚至可以做到系統智能控制、實時調節，保證任何細小的異常情況都在第一時間得到妥善處理。

拿智能通水系統舉例，布置在大壩上的溫度和流量傳感器，能實時監測壩體溫度、冷卻通水水溫及流量等與混凝土溫控相關的數據。智能大壩服務器收集到數據后，根據溫控要求計算通水參數，并按照計算結果實時調整一體式流溫伺服閥，從而實現冷卻通水的實時精確調節。管理人員只需要通過監控系統便能對異常狀況一目了然，并及時加以調節。

白鶴灘工程建設部大壩項目部負責人告訴記者：“白鶴灘水電站大壩規模巨大，壩基地質條件復雜，壩體結構不對稱，再加上頻繁的干熱、大風天氣，溫控難度極大。運用智能溫控系統，實現了全過程的智能化、精細化溫度控制，有效避免了溫度裂縫的產生。”

智能大壩還能對混凝土生產、運輸、澆筑全過程監控，并對施工進度、質量進行可視化分析。“通過手機或其他終端進入智能大壩管理程序中混凝土澆筑模塊，便能看到24小時之內每小時混凝土生產方量，還能查看位于不同地點拌合樓的運行情況。

穿梭于高空的纜機系統也被納入了智能大壩監控范圍之內。智能大壩中的纜機調度程序能實時采集纜機運行情況，并進行纜機調度方案維護及布置參數分析，施工人員同樣可以通過智能建造信息管理平臺及時掌握纜機運行效率。

這套“全知全能”的智慧大壩系統是三峽集團與國內頂尖科研機構聯合研究出來的。針對白鶴灘水電站復雜的環境條件和極高的質量要求，科研人員深入研究大壩混凝土施工及溫控全過程智能控制、多維多要素耦合進度仿真、全生命周期工作性態仿真等內容，將智能大壩帶入了2.0時代。

作為在建的巨型水電站，白鶴灘水電站的建設與中國水電全產業鏈的加速提升交相輝映。無論是水電裝備制造，還是施工能力以及建設管理水平，白鶴灘水電站無疑都發揮著重大作用。

被冠以“國之重器”，這既是一份榮譽更是一擔責任。擁有多項世界之最的白鶴灘水電站肩負著更為久遠的使命，根據《金沙江白鶴灘水電站可行性研究報告》分析，白鶴灘水電站建成后，每年可節約原煤約2800萬噸（相當于8000節至1萬節火車皮），每年可減少排放二氧化碳5083萬噸、二氧化硫約50萬噸、氮氧化物約43萬噸，減少煙塵排放量21萬噸，環境效益顯著。

同時，白鶴灘水電站兼顧防洪、航運功能，是長江防洪體系的重要組成部分，借助白鶴灘水電站水庫巨大的防洪庫，通過長江中上游水庫群的聯合調度，可以在很大程度上提高長江中下游的防洪能力。

與白鶴灘水電站一同構成金沙江開發“四個梯級”建設的，還有烏東德、溪洛渡、向家壩3個水電站。其中溪洛渡和向家壩水電站已于2014年投產發電，烏東德水電站仍在緊張施工中，預計到2020年首批投產發電。

2021年，白鶴灘水電站亦將首批投產發電，屆時，它將作為一份特別的禮物，獻禮中國共產黨成立100周年。

[新聞鏈接]

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，是金沙江下游干流河段梯級開發的第二個梯級電站，具有以發電為主，兼有防洪、攔沙、改善下游航運條件和發展庫區通航等綜合效益。電站建成后，將僅次于三峽水電站成為中國第二大水電站。

[數讀白鶴灘水電站]

100萬千瓦

8臺100萬千瓦的水輪發電機將被分別安置在白鶴灘水電站的左右兩岸，產生數以百億千瓦時的電能。百萬千瓦水輪發電機引領世界水電站進入“百萬單機時代”。

438米

白鶴灘水電站地下廠房是一座長438米、高88.7米、寬34米的長廊型地下洞室，也是世界上規模最大的地下洞室群。

2800萬噸

白鶴灘水電站建成后，每年可節約原煤約2800萬噸（相當于8000節至1萬節火車皮），每年可減少排放二氧化碳5083萬噸、二氧化硫約50萬噸、氮氧化物約43萬噸，減少煙塵排放量21萬噸，環境效益顯著。