托舉流域發(fā)展 領(lǐng)航世界水電 | 世界最大清潔能源走廊建成記

長江是中華民族的母親河。伴隨著人類文明的進(jìn)步，長江不僅滋養(yǎng)著這片古老的土地，還用它蘊(yùn)含的無盡能量，為中國的高質(zhì)量發(fā)展提供源源不斷的綠色動(dòng)力。

從1971年葛洲壩電站開工興建，到1994年三峽工程正式開工，再到2022年白鶴灘電站最后一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電——長江干流上的葛洲壩、三峽、向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德共6座梯級水電站，統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)防洪、發(fā)電、航運(yùn)、水資源利用和生態(tài)保護(hù)等綜合效益，全面建成世界最大清潔能源走廊，為長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展和綠色中國建設(shè)提供有力支撐。

從17萬到100萬：勇闖世界水電無人區(qū)　　

從葛洲壩到白鶴灘、從長江到金沙江，中國人建設(shè)世界最大清潔能源走廊用了半個(gè)世紀(jì)——這是一段奮起直追、攻堅(jiān)克難的世界水電“珠峰”攀登之旅。

有著“萬里長江第一壩”之稱的葛洲壩水電站，共安裝19臺12.5萬千瓦機(jī)組，2臺17萬千瓦機(jī)組，1臺2萬千瓦機(jī)組，設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量273.5萬千瓦。其中17萬千瓦機(jī)組到目前仍是世界上直徑尺寸最大的水輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)年為了研制它，在手搖計(jì)算機(jī)都沒有的情況下，中國水電人硬是用原始的計(jì)算尺把它設(shè)計(jì)出來。

回憶當(dāng)年中國水電面臨的現(xiàn)實(shí)條件，三峽集團(tuán)機(jī)電專業(yè)總工程師張成平十分感慨：“三峽工程建設(shè)之前，我們國家水電機(jī)組的設(shè)計(jì)制造水平就在30萬千瓦，無論是品質(zhì)還是質(zhì)量都還有很大的提升空間。”

當(dāng)時(shí)，世界上70萬千瓦水電機(jī)組已經(jīng)投入使用，我國水電機(jī)組技術(shù)落后國外先進(jìn)水平30年。為了保證三峽工程建設(shè)需要，三峽集團(tuán)聯(lián)合哈爾濱電氣、東方電氣等國內(nèi)企業(yè)開展科技攻關(guān)，從學(xué)習(xí)國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)到自主創(chuàng)新，最終掌握了70萬千瓦機(jī)組整體設(shè)計(jì)與制造的核心技術(shù)。

張成平表示，到三峽右岸電站建設(shè)以后，我國就已經(jīng)可以自行研發(fā)設(shè)計(jì)和制造70萬千瓦水電機(jī)組了，而且中國企業(yè)提供的機(jī)組方案，不管是能量指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)等等都達(dá)到了國際先進(jìn)水平，中國具備了跟國外企業(yè)同臺競技的水平了。

通過三峽工程，中國水電裝備制造實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”的歷史性跨越。但對于追求卓越的中國水電人來說，這還只是奮斗的一個(gè)新起點(diǎn)。

建設(shè)三峽，開發(fā)長江。繼三峽工程建設(shè)之后，三峽集團(tuán)繼續(xù)揮師西進(jìn)，拉開金沙江下游水電開發(fā)的序幕。2005年12月，溪洛渡水電站正式開工，水電機(jī)組單機(jī)容量77萬千瓦。2006年，向家壩水電站開工，水電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到80萬千瓦，一躍成為當(dāng)時(shí)世界上最大的水輪發(fā)電機(jī)組。

同年，三峽集團(tuán)組織相關(guān)單位啟動(dòng)百萬千瓦機(jī)組研發(fā)工作，正式向單機(jī)容量100萬千瓦水電機(jī)組這一世界水電“無人區(qū)”挺進(jìn)，開啟中國水電從“并跑”到“領(lǐng)跑”的新賽道，奮力成為世界水電的引領(lǐng)者。

此后的十余年里，三峽集團(tuán)與設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試等多家單位一起，團(tuán)結(jié)協(xié)作、攻堅(jiān)克難，先后攻克了百萬千瓦機(jī)組結(jié)構(gòu)、水力設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)輪零配重加工、24千伏電壓等級水輪發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣系統(tǒng)開發(fā)、800兆帕級高強(qiáng)蝸殼鋼板研制、750兆帕級磁軛鋼板等一系列核心技術(shù)。

對此，中國工程院院士張超然評價(jià)道：“在三峽、溪洛渡、向家壩水電站巨型水輪發(fā)電機(jī)組成功研制和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，白鶴灘百萬千瓦機(jī)組設(shè)計(jì)研制工作是一步一個(gè)腳印漸進(jìn)前行實(shí)現(xiàn)的，最終實(shí)現(xiàn)了單機(jī)容量的巨大跨越以及百萬千瓦機(jī)組完全國產(chǎn)化，推動(dòng)了水電重大裝備國產(chǎn)化達(dá)到新高度，實(shí)現(xiàn)了從‘中國制造’到‘中國創(chuàng)造’的轉(zhuǎn)變，也開創(chuàng)了全球水電百萬千瓦機(jī)組設(shè)計(jì)制造新紀(jì)元。”

從人工到智能：打造世界筑壩史上的奇跡

從葛洲壩到三峽，再到烏白溪向四座電站，我們建成了這條世界最大清潔能源走廊，這六座電站也都憑借優(yōu)異的質(zhì)量成為不同時(shí)期的標(biāo)志性電站，是中國水電人在不同技術(shù)水平條件下創(chuàng)造的水電工程奇跡。

50年前，中國水電人在施工設(shè)備很差、工程器械不足的情況下，硬是喊著“小扁擔(dān)，三尺三，千擔(dān)萬擔(dān)不歇肩，為了建成大圍堰，一擔(dān)挑走兩座山”的口號，人拉肩扛造好了葛洲壩這一“萬里長江第一壩”。

30年前，三峽工程大壩混凝土澆筑首次采用了成套先進(jìn)設(shè)備和混凝土快速施工新技術(shù)，世界最大塔帶機(jī)的應(yīng)用、快速施工工藝和管理體系的建立，迅速提高了三峽大壩混凝土澆筑的工作效率。其中2000年創(chuàng)造了混凝土澆筑強(qiáng)度年548萬立方米、月55.35萬立方米、日2.2萬立方米的世界最高紀(jì)錄，到2001年底，大壩混凝土年澆筑量連續(xù)三年打破了世界紀(jì)錄。

從葛洲壩到三峽，中國水電混凝土澆筑技術(shù)得到了極大的提升，大壩質(zhì)量優(yōu)良獲得業(yè)內(nèi)肯定。但建設(shè)“無縫大壩”始終是中國水電人不斷追求的夢想。

“水泥加水、骨料拌和澆筑后，形成各種混凝土結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)并釋放大量熱量，導(dǎo)致內(nèi)部溫度過高，與環(huán)境溫度產(chǎn)生較大溫差，熱脹冷縮后，混凝土?xí)�產(chǎn)生溫度裂縫。”三峽集團(tuán)白鶴灘工程建設(shè)部主任汪志林解釋道，“這個(gè)原理看似簡單，但攻克它必須要過溫控理論、壩工設(shè)計(jì)、施工工藝、材料等等一道道難關(guān)。”

進(jìn)入金沙江下游梯級水電開發(fā)建設(shè)時(shí)期，多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)超出當(dāng)時(shí)國際上的已有經(jīng)驗(yàn)，綜合技術(shù)難度居世界最高水平，人們開始訴諸智能建造等新科技來解決筑壩技術(shù)難題。

在大壩建設(shè)過程中埋設(shè)了大量的監(jiān)測儀器，讓大壩擁有了遍布全身的“神經(jīng)”，用以實(shí)時(shí)感知環(huán)境信息，并通過智能化系統(tǒng)這個(gè)“大腦”來處理和反饋信息，這樣一來大壩一旦出現(xiàn)“頭疼腦熱”，就能第一時(shí)間告知現(xiàn)場工作人員。

在溪洛渡水電站，建設(shè)者們打造了大壩智能化建設(shè)管理系統(tǒng)平臺，開創(chuàng)了我國高拱壩智能化建設(shè)的先河。

在此基礎(chǔ)之上，烏東德、白鶴灘水電站繼續(xù)推進(jìn)材料技術(shù)革新與智能溫控技術(shù)迭代，運(yùn)用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、可視化等技術(shù)，構(gòu)建成大壩混凝土施工全過程監(jiān)控的大壩智能建造信息管理平臺，完成了世界上首次全壩采用低熱混凝土澆筑。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，白鶴灘水電站大壩使用低熱水泥總方量達(dá)803萬立方米，體積超過3座胡夫金字塔，大壩混凝土抗裂安全系數(shù)也從1.8提高到2.0以上。特別是建設(shè)者先后從壩體取芯長度達(dá)25.7米和34.86米，接連刷新世界記錄，表明整座大壩混凝土骨料分布均勻、層間結(jié)合良好，是當(dāng)之無愧的精品混凝土工程。

截至目前，烏東德、白鶴灘水電站壩體均未發(fā)現(xiàn)一道溫度裂縫，“無壩不裂”的魔咒在世界最大清潔能源走廊建設(shè)過程中被徹底破除。

從六到一：流域梯級管理能力全面提升　　

六座巨型電站支撐起世界最大清潔能源走廊，從單一工程的建設(shè)管理運(yùn)行提升到流域梯級電站的聯(lián)合科學(xué)調(diào)度，不僅使發(fā)電效益最大發(fā)揮，也實(shí)現(xiàn)了防洪、航運(yùn)、水資源綜合利用等綜合效益的最大化。

75000立方米/秒！2020年8月20日，三峽水庫迎戰(zhàn)建庫以來最大洪峰。三峽水利樞紐提前預(yù)泄騰庫，預(yù)留出8成防洪庫容，做足戰(zhàn)前準(zhǔn)備工作。

這一次抗洪，長江“防洪軍團(tuán)”新兵上陣：烏東德按每日水位1.5米升幅攔蓄，溪洛渡-向家壩梯級水庫聯(lián)動(dòng)攔洪，預(yù)計(jì)減少下游洪量約20億立方米，大大減輕三峽樞紐防洪壓力。

根據(jù)長江水利委員會(huì)分析，如果沒有以三峽水庫為核心的梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度，在同樣量級洪水的情況下，沙市洪峰水位將超過保證水位1.3米，蓮花塘洪峰水位將超過保證水位0.8米，這意味著荊江分洪區(qū)必須啟用，分洪區(qū)內(nèi)60多萬人口要轉(zhuǎn)移，49.3萬畝耕地以及10余萬畝水產(chǎn)養(yǎng)殖場將被淹沒。

梯級水庫實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度，得益于智慧中樞的“精打細(xì)算”。

位于湖北省宜昌市的三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心調(diào)度大廳內(nèi)，長江流域水雨情遙測圖、長江干流電站的實(shí)時(shí)流量圖等信息精準(zhǔn)呈現(xiàn)在巨型電子大屏上。伴隨著世界最大清潔能源走廊的建成，這套智慧調(diào)度系統(tǒng)的預(yù)測預(yù)報(bào)精度、調(diào)度調(diào)控準(zhǔn)度持續(xù)提升，在助力長江防洪減災(zāi)、實(shí)現(xiàn)水資源綜合利用等方面持續(xù)發(fā)揮作用。

2022年，隨著白鶴灘水電站已具備正常度汛能力，六座梯級水庫形成聯(lián)合調(diào)度新格局，總防洪庫容達(dá)376億立方米，占長江流域納入聯(lián)合調(diào)度水庫總防洪庫容的53%以上——長江荊江段的防洪標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)由約10年一遇提高到100年一遇，宜賓、瀘州河段防洪標(biāo)準(zhǔn)也由20年一遇提高到50年一遇。

除了防洪，智慧調(diào)度系統(tǒng)在水資源利用、生態(tài)調(diào)度等方面也發(fā)揮了作用，堪稱調(diào)節(jié)水量的“穩(wěn)定器”。

遇洪攔水，遇旱泄水。清潔能源走廊內(nèi)六座水庫的水資源調(diào)節(jié)能力也十分強(qiáng)大，每一座水庫都是我國重要的淡水資源儲備庫。

2022年，長江流域持續(xù)干旱，8月1日至15日，長江委統(tǒng)籌抗旱用水和高溫保供電需求，調(diào)度流域控制性水庫群有序向中下游地區(qū)補(bǔ)水約53億立方米，其中三峽水庫補(bǔ)水10.9億立方米，一定程度上緩解了長江中下游干流水位偏低的情況。

同時(shí)，為最大限度發(fā)揮長江水庫群生態(tài)功能，梯級水庫連續(xù)12年開展生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。向家壩下游與葛洲壩下游河段魚類產(chǎn)卵監(jiān)測情況表明，生態(tài)調(diào)度對促進(jìn)“四大家魚”等產(chǎn)漂流性卵魚類繁殖的作用顯著。

世界最大清潔能源走廊建成，為長江流域發(fā)展提供了源源不竭的綠色動(dòng)力，預(yù)示著世界級綠色發(fā)展走廊正在崛起，未來將書寫更多的共和國綠色發(fā)展新故事。