張超然《 人民日報海外版 》（ 2024年08月19日 第 09 版）
白鶴灘水電站。（無人機拍攝）
作者張超然肖像畫。 張武昌繪
張超然（前排右二）在水電工程現(xiàn)場。陳 濤攝
白鶴灘水電站地下廠房內(nèi)的水輪發(fā)電機組。莊志斌攝
根據(jù)近日發(fā)布的數(shù)據(jù)，長江上的白鶴灘、烏東德、溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩6座梯級水電站高峰發(fā)電超過7000萬千瓦，其中金沙江白鶴灘水電站高峰發(fā)電達1600萬千瓦，實現(xiàn)投產(chǎn)以來首次滿發(fā)運行，為有效緩解中國區(qū)域供電緊張局面，滿足廣大人民群眾生產(chǎn)生活用電需求作出了重大貢獻。
2021年6月，白鶴灘水電站首批機組正式投產(chǎn)發(fā)電。白鶴灘水電站是實施“西電東送”的國家重大工程，是當今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機組，實現(xiàn)了我國高端裝備制造的重大突破。
2022年12月，白鶴灘水電站全部機組投產(chǎn)發(fā)電，標志著世界最大清潔能源走廊在長江之上建成，對保障長江流域防洪、發(fā)電、航運、水資源綜合利用和水生態(tài)安全具有重要意義。這一重大工程也顯示出中國大型水電工程建設(shè)從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”的跨越。
中國水電開發(fā)大有可為
電是人類生產(chǎn)生活不可或缺的能源。水電是全球公認的清潔、優(yōu)質(zhì)、靈活的可再生能源，具有無污染、運行成本低、資源利用率高、便于電力調(diào)峰等特點，開發(fā)綜合效益高。在河流、湖泊上修建水電站，通過引水管、水輪機、發(fā)電機等設(shè)備將水能轉(zhuǎn)化為電能，可以實現(xiàn)水力資源的可持續(xù)利用。在傳統(tǒng)能源日益緊張的背景下，不少國家都在大力開發(fā)水電資源。除此之外，一些大中型水電站作為水利樞紐工程，還有防洪、減災(zāi)、供水、航運、灌溉等功能，成為促進國家經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。
中國是水能資源大國，水電開發(fā)歷史較長。早在1912年，中國第一座水電站——云南石龍壩水電站就已建成發(fā)電。但直到1949年，全國水電裝機容量僅36萬千瓦，水電開發(fā)迫在眉睫。新中國成立后，水電建設(shè)蒸蒸日上。從自主勘測、設(shè)計、施工和制造設(shè)備的新安江水電站，到“萬里長江第一壩”葛洲壩水利樞紐工程，再到世界上規(guī)模最大的水利樞紐工程——三峽工程……歷經(jīng)70余年，中國水電建設(shè)取得舉世矚目的成就，為解決電力短缺和洪旱災(zāi)害問題提供了巨大支撐，促進了國家經(jīng)濟社會發(fā)展。在這一過程中，中國水電技術(shù)取得長足發(fā)展，為白鶴灘水電站建設(shè)奠定了扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，中國水電已探明可開發(fā)裝機容量約6.87億千瓦，年均發(fā)電量約3萬億千瓦時。面對這個能源庫，我們的水電開發(fā)大有可為，前景廣闊。
一座電站創(chuàng)6項世界紀錄
白鶴灘水電站不僅是當代水利樞紐工程的集大成者，更是技術(shù)上的創(chuàng)新者、引領(lǐng)者。白鶴灘水電站位于長江上游金沙江河段，總裝機容量世界第二，電站裝機容量1600萬千瓦，多年平均發(fā)電量624.43億千瓦時，源源不斷地將清潔電能輸送到江蘇、浙江等沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。等量換算的話，其一年的發(fā)電量可滿足6500萬人全年生活用電需求。
建設(shè)這樣一座超級水電站，需要幾代人共同努力。上世紀50年代，國家組織相關(guān)水電勘測設(shè)計單位和中科院對金沙江開發(fā)開展了大量普查、勘察、規(guī)劃和一系列籌備工作。黨的十八大之后，白鶴灘水電站開工建設(shè)，吹響了中國攀登世界水電“珠峰”的號角。10年間，建設(shè)者們團結(jié)協(xié)作、攻堅克難、精益求精，先后創(chuàng)造了水電機組單機容量世界第一、地下電站洞室群規(guī)模世界第一、無壓泄洪洞群規(guī)模世界第一等6項世界紀錄，將白鶴灘水電站打造成名副其實的超級工程。
用先進技術(shù)筑成“無縫大壩”。大壩是水電樞紐工程的核心建筑，只有大壩質(zhì)量過硬才能截住水。白鶴灘水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289米，相當于100層樓高，從空中俯視猶如一個彎曲的、薄薄的雞蛋殼鑲嵌在金沙江河谷中，十分宏偉壯觀。建設(shè)過程中，我們在溫控理論、壩工設(shè)計、混凝土原材料、施工工藝和養(yǎng)護維護等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)突破。比如，溫度裂縫是由混凝土內(nèi)外溫度變化產(chǎn)生的裂縫，也是大壩建設(shè)面臨的普遍難題。白鶴灘水電站全壩采用低熱水泥混凝土，我們優(yōu)化完善了大體積混凝土溫控理論，形成了一整套相關(guān)施工工法和工藝，為“無縫大壩”提供了堅實保障。大壩內(nèi)部還累計埋設(shè)了300萬米長的冷卻水管，借助1萬多個傳感器，運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能控制等先進技術(shù)，可以進行故障自我診斷、溫度流量異常報警等。在這套智能溫控系統(tǒng)和智能混凝土運輸、澆筑成套設(shè)備的支持下，截至目前，大壩沒有發(fā)現(xiàn)一條溫度裂縫。
研制百萬千瓦水電機組，向世界水電“無人區(qū)”進軍。如果說大壩是水電站的軀干，發(fā)電機組就是心臟。心臟夠強，水能才可以充分、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化成電能。白鶴灘水電站就擁有一顆“大心臟”——16臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組。研制這一級別的水電機組沒有先例可以參考，猶如攀登水電行業(yè)的“珠峰”。建設(shè)者攻克了發(fā)電機組結(jié)構(gòu)、水力設(shè)計、發(fā)電機通風、機組總體設(shè)計等一個又一個技術(shù)難題，把核心技術(shù)牢牢掌握在我們自己手中。比如巨型轉(zhuǎn)輪“零配重”，即用一根手指的力量就能撥動巨大的轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪是決定發(fā)電機組能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部件，一旦出現(xiàn)質(zhì)量偏心，會影響機組安全。為保證重達330噸的轉(zhuǎn)輪不出現(xiàn)質(zhì)量偏心，白鶴灘水電站通過現(xiàn)場建廠解決運輸難題，采取轉(zhuǎn)輪全低氫焊接、三維模擬精準確定、轉(zhuǎn)輪過程監(jiān)控等措施，實現(xiàn)了“零配重”。從運行效果來看，白鶴灘水電站發(fā)電機組的效率、穩(wěn)定性等指標均處于國際領(lǐng)先水平。高50米、重逾8000噸的機組，整體振動、擺度值只有頭發(fā)絲寬度。
泄洪洞群堪稱精品，如“地下迷宮”。作為水利樞紐工程，白鶴灘水電站在汛期需要泄洪。為此，水電站左岸布置了3條無壓泄洪洞，單洞最大泄洪流量4083立方米/秒，水流可以每小時180公里的速度通過。針對泄洪洞流速高、坡度陡、流量大等難題，運用襯砌混凝土智能化溫控防裂等新技術(shù)，泄洪洞混凝土實現(xiàn)了“平整光滑、抗沖耐磨、內(nèi)實外光、體型精準、零缺陷”的目標。為洪水修建的這3條“高速公路”，共同構(gòu)成了世界上最大的無壓泄洪洞群。目前，光滑如鏡、可以清晰照出人影的泄洪洞經(jīng)受住了水庫高水位泄洪運行的實踐檢驗。
打造中國水電“國家名片”
隨著白鶴灘水電站16臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電，長江干流上的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩等6座水電站連珠成串，共同構(gòu)成了一條跨越1800公里的世界最大清潔能源走廊。這條走廊上的110臺水電機組，總裝機容量7169.5萬千瓦，年均生產(chǎn)電能約3000億千瓦時，可滿足3.6億人一年的用電需求，能有效緩解華中、華東地區(qū)及川、滇、粵等省份的用電緊張情況，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和“西電東送”提供有力支撐。通過流域梯級電站聯(lián)合調(diào)度，不僅擴大了發(fā)電效益，實現(xiàn)了“一滴水發(fā)六次電”，還將更好發(fā)揮水電站防洪、航運、生態(tài)保護、水資源綜合利用等多種功能。
這條走廊生產(chǎn)的電能替代了大量化石燃料，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。僅白鶴灘水電站所有機組全部投產(chǎn)發(fā)電后，每年就可節(jié)約標準煤約1968萬噸，減少二氧化碳排放約5160萬噸，是名副其實的中國綠色能源“明珠”。6座水電站每年可節(jié)約標準煤約9045萬噸，減少二氧化碳排放約2.48億噸，為改善中國能源結(jié)構(gòu)發(fā)揮積極作用。
“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要提出：“推進能源革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力?！卑Q灘水電站作為能源領(lǐng)域的大國重器，在人類水力發(fā)電史上寫下了濃墨重彩的一筆，使中國水電的國家名片更加閃耀。這一超級工程的建設(shè)，顯著提升了我國水電設(shè)計施工和裝備制造全產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈、供應(yīng)鏈的水平，進一步鞏固了中國水電作為世界引領(lǐng)者的地位。相信在各方努力下，白鶴灘水電站后續(xù)各項工作將不斷取得新進展，為實現(xiàn)“雙碳”目標，促進經(jīng)濟社會發(fā)展作出更大貢獻。
［作者張超然為中國工程院院士、中國長江三峽集團公司科學技術(shù)委員會顧問，曾任中國長江三峽工程開發(fā)總公司（中國長江三峽集團公司）總工程師］
中國科協(xié)科學技術(shù)傳播中心、陳嘉庚科學獎基金會和本報合作推出
