白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的金沙江干流河段上,是中国实施“西电东送”的国家重大工程,也是世界上建成的技术难度最高的水电工程,多项关键技术指标达到世界第一。12月20日,白鹤滩水电站16台百万千瓦机组全部并网发电,标志着中国最大的“西电东送”清洁能源走廊基本建成。在金沙江复杂的地形地质条件下,建设者们是怎样克服从设计建造到安装的种种难题,创造世界奇迹的呢?
12月20日,金沙江下游河段的白鹤滩水电站16台百万千瓦机组全部并网发电。源源不断的清洁电能将通过两条特高压直流工程直送江苏、浙江两省,为长三角经济发展注入绿色动力。金沙江是长江的上游河段,流经青藏高原、横断山脉、云贵高原,在四川宜宾与岷江汇合。
白鹤滩工程建设部主任汪志林:“白鹤滩水电站的建成,标志着金沙江下游水电开发的收官,也标志着中国最大的也是世界上最大的‘西电东送’清洁能源走廊的建成。”
白鹤滩水电站建设的综合技术难度是当今世界最高的,而且创造了单机容量100万千瓦世界第一、地下洞室群规模世界第一、300米级高拱坝抗震参数世界第一、无压泄洪洞群规模世界第一等6个世界第一。最大泄洪量,通俗讲,6分钟就可以灌满整个西湖。白鹤滩水电站大坝承受的总水推力达1650万吨,世界第二;总装机容量1600万千瓦,仅次于三峡工程,世界第二。
汪志林:“从2021年6月28日,白鹤滩水电站首批机组投产发电开始,一年多的时间,高质量完成了剩余14台百万机组的安装调试和并网发电,按期实现蓄水至825米的目标,全面发挥了工程的综合效益。”早在2002年,金沙江白鹤滩水电站开发建设工作正式拉开序幕,而当时三峡大坝还在建设中。以当时的设计建造能力,要想建成今天的白鹤滩难度很大。三峡大坝是重力坝,而白鹤滩因为地形构造原因,需要建成不规则的双曲拱坝。
汪志林:“重力坝靠自身的重量来承担水的推力,而拱坝把水的推力主要传递到两边的山体,由山体来承担。”三峡大坝坝顶高程185米,而白鹤滩大坝最大坝高达到了289米,两者也有着天壤之别。
汪志林:“百把米的建坝一直到了200米、300米级的坝,这不是线性关系,水头高了水的压力就大了,不光坝体本身设计难度要成倍增加的问题,它的基础处理也要成倍增加。”虽然技术上不可同日而语,但从三峡大坝开始,中国水电不断突破技术壁垒、通过自主研发不断迭代升级,20年的厚积薄发,今天的中国水电工程技术已经有了质的飞跃。
白鹤滩16台百万千瓦机组是目前世界上独一无二的,也是效率水平最高的水轮发电机组。而在20年前,70万千瓦机组都还需要国外的技术引进。哈尔滨电机厂有限责任公司副总工程师覃大清:“三峡左岸之前我们国家只能生产30万机组的,三峡是70万千瓦机组,所以三峡左岸是引进国外技术。从三峡右岸开始,我们国家从引进消化吸收实现了再创新,从此走向了自主研发的道路。”
从单机70万千瓦到100万千瓦,不是简单的放大过程,而是一次自我革新和突破,没有任何参考和借鉴。从水力设计、电磁计算、结构设计、加工制造、设备安装、机组调试等等各个方面,研发团队要做千百次的技术设想、成千上万次的试验和模型构建,要进行不计其数的容量、电压、转速、效率、温升等参数调试。
覃大清:“研制水轮机,按照水头段一般情况下是15个叶片,总共我们研制了11个转轮,有15个叶片,也有17个叶片,还有15加15的长短叶片,最后我们选用的转轮是在11个转轮中优选出来的。我们超负荷能力非常强,不光功率世界第一,同时效率、稳定性都是世界第一。”性能最好、体积最小、结构最简单、运行最可靠、制造和使用维护最方便,研发制造团队在白鹤滩百万千瓦机组上采用了多项世界首创新技术,发电机效率达到99.01%,是目前世界上效率水平最高的水轮发电机组。
覃大清:“从研发到制造到供应链都是中国制造,这是对中国制造实力的全面综合检验,也展示了中国制造的水平。” 中国制造一流,中国建设同样一流。拱坝的稳定主要依靠两岸山体的反作用力。白鹤滩最好的坝址,恰恰处在地质缺陷有断层、山体的柱状节理玄武岩受力容易垮塌的复杂地质结构上。在地质结构极其复杂的山体结构中,要建造300米级高拱坝,承受1650万吨的水推力,抵御Ⅷ级烈度的强地震,安全责任重于泰山。
白鹤滩水电站设计总工程师徐建荣:“在2006年到2007年,在左岸山体106米深度里面,打到几条20米宽的裂缝,完整山体里有裂缝,所以我们把原来坝址拟定的位置向前移了200米。”
设计建设者们因地制宜,突破了高烈度区拱坝抗震、低热水泥混凝土防裂缝、柱状节理玄武岩坝基防松弛、高陡边坡的开挖支护、大流量泄洪等等众多技术难题。建设一个大型水电站,是一个系统工程,需要经过反复的论证和研究。
2017年8月,白鹤滩水电站主体工程经过核准,正式开工建设,到2021年6月28日,首批机组投产发电。习近平总书记在贺信中指出:希望你们统筹推进白鹤滩水电站后续各项工作,为实现碳达峰、碳中和目标,促进经济社会发展全面绿色转型作出更大贡献!
汪志林:“总书记的嘱托,对我们全体水电人既是鼓励,也是鞭策。中国的水电技术可开发的装机大概近7亿千瓦,已经开发了的大概3.7亿千瓦。‘十四五’规划里面提出来的,到2030年水电装机要达到4.2亿千瓦,也仅仅实现了我们现在技术可开发的60%,所以说水电为实现碳达峰和碳中和还有很多工作可以做。”
白鹤滩水电站所创造的多项世界领先技术,也标志着中国水电工程建设的领先地位。
白鹤滩水电站位于四川大凉山和云南昭通交界的大山深处。水电站的建设,也给当地发展带来了新机遇。高峡出平湖,位于白鹤滩大坝上游的云南省巧家县,过去山大沟深、交通不便,现在迎来了新的区位优势。
云南省巧家县委书记陆颖:“白鹤滩水电站建设给巧家带来了千载难逢的发展机遇,5万移民进入了城镇生活,住上了名副其实的江景房,推动城市化率增长近10个百分点,基本保障了有劳动力的家庭至少有一个人就业。白鹤滩水电站蓄水以后,形成了206亿立方米的库容和近100公里长的湖岸,为我们发展特色旅游和康养产业打下了坚实的基础。同时,随着金沙江航道、港口等综合交通项目建成,巧家的区位优势将更加凸显,我们的发展前景会更好。”
党的十八大以来,创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念,为中国水电建设注入了高质量发展的新动能。金沙江下游河段乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四级电站的建成,再加上长江干流的三峡、葛洲坝水电站,总装机容量超过7100万千瓦,相当于三个三峡,这也标志着中国乃至全球最大的绿色能源走廊全面建成。
“金沙自古不通舟,水急天高一望愁。何日天人开一线,联樯衔尾往来游。”这首镌刻在白鹤滩绝壁上的古诗,寄托着多少代人开发金沙江的夙愿。如今,金沙江下游,向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德,一座座水电站高峡出平湖,将为长江经济带发展再添新动力。同时,白鹤滩水电站的建设也在自主创新中带动了中国水电装备全产业链的升级换代,进一步证明中国水电已经具备了世界领跑的全产业链能力,拥有了“走出去”的底气。