建成世界唯一百萬千瓦機組水電站有多難

霍思伊

6月28日上午9點36分，白鶴灘水電站首批機組正式投產發電。其他后續機組將陸續投產，預計全部機組將于明年7月投產，屆時該站一天的發電量可滿足50萬人一年的生活用電，未來將成為中國“西電東送”的主力。白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界處，電站總裝機容量為1600萬千瓦，僅次于三峽，是世界第二大水電站。白鶴灘水電站共有16臺機組，左、右岸各8臺。單機容量達100萬千瓦，居世界第一，是世界上僅有的百萬千瓦水輪發電機組。

“幾乎每一滴水都為我所用”

百萬千瓦機組，是世界水電的“無人區”。三峽工程雖然總裝機量世界第一，但單機容量只有70萬千瓦。水電站的關鍵在于能量轉化。而百萬機組意味著，單個機組滿負荷運轉時，每小時最多可以發100萬千瓦的電。東方電氣集團東方電機有限公司（簡稱東電）負責左岸機組的研發，東電總經理助理趙永智說，機組“變大”后，研發設計的難度系數指數倍增加。一個水輪機的研發，首先要從已有的模型庫中選取一個最接近白鶴灘水力條件的初始模型，通過大量的仿真計算不斷優化，再將計算機里的仿真模型按比例微縮制造出來，拿到試驗臺上進行模擬運行，經歷白鶴灘的春秋冬夏，發現不行，再推倒重來。東電先后研發了20多個水輪機模型，每個模型的投入約20多萬元。

最后通過驗收的水力模型實現了各性能的全方位提高，由此換算成真機的原型的最高效率達到96.7%。“我們在水電上可以說做到了極致，幾乎每一滴水都為我所用。”趙永智說，中國在這方面的性能優化上已經達到了世界領先水平。

百萬機組的難度系數成倍增加，指的是其綜合技術難度系數，單機容量僅僅是一個最直觀的指標，在它的背后，需要把所有性能指標全部優化提升，成為全能冠軍，這才是最大的挑戰。

百萬機組背后的中國制造

站在白鶴灘水電站壩頂抬頭看去，有七條跨度超過1000米的纜索橫貫金沙江。七臺纜機使用七種顏色，這是世界上最大的纜機群，白鶴灘人稱它們為“七仙女”。

此前，“七仙女”已經將803萬方混凝土、約12.6萬噸材料和設備吊裝入壩體，歷經50多個月，最終建成了300米級特高混凝土雙曲拱壩。拱壩289米，相當于100層樓高，為世界第三。

5月31日，在將最后一罐混凝土落入16號壩段倉面后，白鶴灘大壩全線澆筑到頂。世界壩工界有“無壩不裂”的說法，但白鶴灘項目自2017年4月開始澆筑以來，整個大壩未產生一條溫度裂縫。

中國三峽建工（集團）有限公司白鶴灘工程建設部技術管理部副主任周孟夏對記者說，對大體積混凝土結構而言，溫控防裂是關鍵，也是世界級難題。

白鶴灘在設計時，要求抗裂安全系數最低必須達到1.8，最好提高到2.0，原有的水泥已不能滿足要求，專家經評估決定在烏東德和白鶴灘項目上全壩使用低熱水泥。

“混凝土比人還要嬌貴。”周孟夏這樣形容。在高溫40℃的夏季，從拌合樓運出的混凝土溫度也不能超過7℃，然后要在四小時內運到倉面，澆筑時溫度不能超過12℃。倉內的混凝土很快會開始升溫，此時，需要通過調節通水的時間、流量來控制整個升降溫過程。在白鶴灘，6000多支溫度傳感器、8萬米長的測溫光纖構建出的點、線溫度場數據被傳回系統后，后臺算法會結合大數據自動算出需要通多少水，繼而將命令實時發送到控制柜，自動對流量進行調整，整個過程都不需要人工干預。

周孟夏表示，從自動控制變成了智能控制，這是水電行業智能化趨勢的一大步，其基礎是5G通訊網絡、大數據、云計算等技術近幾年的快速迭代。

這是白鶴灘技術創新之外留下的更重要資產——工程建設管理經驗。

實際上，受水利資源條件所限，百萬機組不僅前無古人，而且還可能后無來者。水電站建設是一個龐大的系統工程。在百萬機組研發、落地過程中，從材料、焊接、安裝工藝，到整體的流程優化、工程管理，都得到了全方位提升，帶動了整個產業鏈的進步。因此，白鶴灘工程的建成，影響不僅在水電行業，而且輻射到整個中國制造。

據了解，全球在建和投運的70萬千瓦以上機組有127臺，其中104臺在中國。世界前五大水電站中，中國就有4座，目前，歐美最大的機組單機容量還是70萬千瓦量級。綜合來看，中國有合適的條件和需求，未來一段時間，巨型水電站建設仍有較大的潛力和空間。（摘自《中國新聞周刊》）