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中国水电装机容量世界第一 建造技术领跑全球

日期:2022-08-01    来源:中国纪检监察报  作者:王雅婧

能源资讯中心

2022
08/01
11:43
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关键词: 水电装机 乌东德水电站 抽水蓄能

装机容量世界第一 建造技术领跑全球

中国水电 亮丽名片

7月以来,我国多个新的水利工程开工建设,其中包括全球最大的水光互补电站——四川雅砻江柯拉光伏电站,东北地区首个抽水蓄能电站——黑龙江尚志抽水蓄能电站等。这些项目建成后,我国水电站家族将再添重磅新成员。

中国是水电大国,目前已有超过4万座水电站,全国每10度电中,就有约2度来自川流不息的江河。从2012年三峡工程最后一台机组投产发电开始,十年来,我国水电事业持续发展,水电建设令人惊叹。2012年至2021年,我国水电装机容量从2.49亿千瓦增长至3.91亿千瓦,水电发电量从0.9万亿千瓦时增长至1.3万亿千瓦时。2014年以来,我国的水电装机容量和发电量一直稳居世界第一。水电业务遍及全球140多个国家和地区,占据了海外70%以上的水电建设市场份额。

从70万千瓦到100万千瓦

单机容量不断增大为东部地区稳定输电

入伏以来,全国各地普遍高温,江苏省常熟市最近的最高气温几乎每天都在35摄氏度左右。高温之下,空调、电扇成为每家每户的刚需,随之而来的是用电负荷的攀升。最近,常熟电网调度负荷最高达到了338.93万千瓦,创历史新高。

高用电负荷之下,常熟电网的运行依然平稳,这背后,是来自“西电东送”清洁能源的有力支持。7月1日,白鹤滩至江苏±800千伏特高压直流输电工程正式投产,这一工程从四川省的白鹤滩水电站起步,一路跨越5个省市,通过这条大动脉,白鹤滩水电站的电运达江苏常熟,只要7毫秒。

曾经有段时间,包括江苏在内的东部地区电力负荷还很紧张,不少城市甚至还时有拉闸限电现象发生。而与东部电能缺口形成鲜明对比的,是西部丰富却无用武之地的水能资源。面对这种形势,我国创造性建设了“西电东送”工程,如同一条纽带,把供需方连在了一起。

水电站,是“西电东送”工程中清洁电能的重要来源。截至今年上半年,仅长江干流6座梯级水电站累计发电量已突破3万亿千瓦时,相当于节约标准煤约9.1亿吨。

水电站发电能力的大小,与它的“心脏”——发电机组密切相关。70万千瓦、77万千瓦、85万千瓦、100万千瓦,这组数据,分别是三峡水电站、溪洛渡水电站、乌东德水电站、白鹤滩水电站的单个水轮发电机组容量。从70到100,不仅仅是数量的提升,更是从引进技术到核心技术完全国产化的标志性跨越。

白鹤滩水电站是世界单机容量第一的巨型水电站,拥有16台单机容量为100万千瓦的发电机组,从设计到制造安装,实现了全过程国产化。而在三峡工程开工前,我国能设计制造的最大容量的水电机组还只有32万千瓦,三峡工程最初使用的70万千瓦机组是引进了国外的技术。此后,我国用7年时间成功研制出自己的70万千瓦水电机组,经过溪洛渡、向家坝、乌东德水电站建设,国产水电机组的单机容量又成功提升到85万千瓦。短短几年,缩小了和国外三十多年的技术差距。到了白鹤滩,我们终于走到了一个“无人区”——开始向100万千瓦发起挑战。

也许,正是因为走到“无人区”,许多技术只能靠自己,才催生了白鹤滩的数项国内首创与世界第一。在白鹤滩水电站洁白的地下厂房,一个个巨大的圆形有序排列,这是发电机组的核心部件:转子。转轮每转一圈可发电约150度,约为一个家庭一个月的用电量。转子是众多创新技术的凝聚。比如它所使用的材料磁轭钢,来自太原钢铁的自主研制。在三峡大坝建造之时,国内还没有制造磁轭钢的工艺,不得不高价从国外进口。而白鹤滩水电站的转子需要扩大面积,国外的产品不符合要求,只能自己研制。接下这项任务的太原钢铁起初全厂上下没人对这种材料的性能有深入了解,从零起步,他们用了5年的时间,成功研制出了更强更薄的磁轭钢板,一个转子由2万层钢板叠加起来,厚度却只有4米。

2018年,习近平总书记考察三峡工程时指出:“正是因为我们过去靠自己迎难克坚,才有了今天的成绩。不仅建设了三峡,还培养了一批人才队伍、掌握了全面的自主创新技术,我们现在开发了一个又一个的‘三峡’。”

白鹤滩水电站发电机组的研制单位——东方电气集团工程师王笑君表示,中国水电自三峡工程起就开始大步追赶国外先进水准,白鹤滩水电站发电机组的研制意味着中国在水电装备研制上实现了“从并跑到领跑”,已经做到最高水平,没有对手了。

东方电气集团有关负责人表示,企业参加了三峡、溪洛渡和白鹤滩水电站发电机组的研制,生产技术取得了质的提高。“当年和东方电气同台竞争的国外水电巨头,如今还会请我们过去解决技术问题。”

更高更薄更智能的“无缝大坝”

筑坝技术突飞猛进大大提升水电站安全性能

长江是世界上最大的清洁能源走廊,水电站众多。沿着长江干流一路向下,依次有乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝6座大型水电站。如果从空中俯瞰,可以看到6座造型不同的大坝矗立江水之上,气势恢宏。

大坝是水电站的标志性建筑物,也是水电站调蓄洪水的重要工程。大坝的筑造技术和性能高低,是一个国家水电站建设水平的重要体现。从三峡工程到乌东德工程再到白鹤滩工程,党的十八大以来,我国水电站建设在坝高、坝型和筑坝技术上的发展突飞猛进,特别是相较十年前,新材料、人工智能等新兴技术在大坝建设中得到越来越多的应用,赋予大坝更强大的、更智能化的性能。

“无坝不裂”,这在世界水电站建设中是一个长期存在的难题,但中国的水电工程师们却创造出了“无缝大坝”。三峡集团白鹤滩工程建设部教授级高级工程师孙明伦介绍,大坝建设需要浇筑大量混凝土,混凝土中的水泥水化反应会产生热量,热胀冷缩,让大坝容易产生裂缝。为了避免这一问题,工程师们研制出了一种新材料——低热水泥混凝土。

2013年,孙明伦承担了白鹤滩、乌东德全坝应用低热水泥混凝土的研究任务。虽然早在三峡三期工程中,低热水泥混凝土便得到局部应用,但由于质量尚不稳定,无法全坝浇筑。为此,孙明伦与同事们进行了多轮性能试验和考核性生产,终于在2017年开筑的白鹤滩和乌东德大坝上实现了低热水泥混凝土的全坝应用。孙明伦骄傲地说,直到大坝浇筑封顶,都没有发现一条温度裂缝。

除了新材料,在我国近年来建设的水电站大坝中,也越来越多地看到人工智能、3D打印等新兴技术的身影,许多是第一次应用。2014年开工建设的雅砻江两河口水电站大坝是国内第一座用“施工全过程智能化技术”修建的300米级超高土石坝。作为我国海拔最高的百万千瓦级水电站,两河口水电站的很多施工点位施工危险性极高。为此,建设方在施工现场全程采用了智能化无人施工设备,技术人员只需远程操作即可。而去年年底开工建设的黄河羊曲水电站更是将3D打印技术概念运用到坝体建设中,有效减少了施工中的人为错误。

对于我国水电站建设来说,更多创新技术在大坝中的应用让大坝不仅能建得越来越高、越来越薄,施工效率也大大提升。党的十八大以来我国开工建设并建成投产的首个千万千瓦级世界级巨型水电工程——乌东德水电站最大坝高270米,底厚51米,厚高比仅为0.19,是世界上最薄的300米级特高拱坝;2017年主体工程开建的白鹤滩水电站最大坝高可达289米,相当于一座100层的高楼,而它的坝顶最窄处宽度却仅有14米。目前在建的双江口水电站,预计建成后坝高将达到314米,比三峡大坝要高出100多米。

随着我国水电站建设技术的日益成熟,我国水电站建设企业也开始走向国际市场。中国能建集团总工程师和建生介绍,2019年1月,苏丹央行发行了一版新的货币,其中100苏丹镑的背面印着三座水坝,其中两座是由中国企业承建的,一座是由中国企业加高的。中国建设的缅甸耶涯水电站在高温多雨的恶劣气候条件下仅用40个月时间就完工,埃塞俄比亚特克泽水电站的大坝建成仅用了38个月。

在保护中发展在发展中保护

一座水电站染绿的不止库区

青海省海南州,黄河干流之上,羊曲水电站正在紧锣密鼓的建设之中。作为黄河上游清洁能源调控重要枢纽,羊曲水电站全部建成投产后年均发电量为47.32亿千瓦时,相当于每年节约标准煤耗146.7万吨,减少二氧化碳排放量441.2万吨。秉持保护黄河流域生态的理念,水电站在建设中设计了临时和永久性生态放水洞等设施,并安装了废水处理回用装置,对工程尾水和生活污水进行循环利用。

相较于传统能源,水电无疑具有更加浓厚的生态底色。近年来,随着“双碳”目标的提出和生态文明建设的推进,水电行业的“绿色”已不仅仅体现在能源的清洁上,也体现在建设、管理的方方面面。

7月中旬,金沙江上游首座水电站——苏洼龙水电站首台机组正式投产发电。除了各类先进的发电设施,苏洼龙水电站还配备了一个占地60余亩的鱼类增殖站和一个升鱼机。在鱼类增殖站中,数万尾鱼苗在此健康成长,而升鱼机则给金沙江的鱼儿装了一部“电梯”,将下游无法游过大坝的鱼类聚集起来,通过隧洞送回上游。

近年来,增殖站几乎成为各大水电站的标配。水利部水电水利规划设计总院院长彭程表示,秉持生态优先、绿色发展宗旨,我国水电协调保护与开发的关系,经多年实践和发展,形成了“预防、减缓、修复”的生态环境保护措施体系。在鱼类保护方面,通过生态流量下泄、栖息地保护、过鱼措施、增殖放流等多种鱼类保护措施技术,在各水电基地及主要流域取得了典型的水电生态环境保护案例,尤其在鱼类人工繁殖技术研究方面,为维护水生生物多样性作出重要贡献。

2020年6月,金沙江乌东德水电站首批机组投产发电,习近平总书记作出重要指示,强调要坚持生态优先、绿色发展,科学有序推进金沙江水能资源开发,推动金沙江流域在保护中发展、在发展中保护,更好造福人民。三峡集团乌东德工程建设部有关负责人介绍,乌东德水电站开发之初,就在距离坝址4.6公里处建设了增殖放流站,承担乌东德和白鹤滩两座水电站的珍稀鱼类增殖放流任务。为了顺应鱼类产卵期需求,水电站建设了生态流量泄放等设施,并利用人造洪峰开展生态调度,促进鱼类产卵。

乌东德水电站的建设还带动了当地的绿色发展。站在乌东德水电站的大坝上极目远眺,绿水倒映着青山,蓝天陪伴着森林,宛若一幅美丽的画卷,正如“乌东德”在苗语中的涵义:“云雾缭绕的地方”。然而,十几年前,这里还是一片只有黄土的荒凉河谷,周边不通水、不通电也不通路。乌东德水电站的建设过程也是一个绿化过程,自筹建以来,施工人员就在荒山峡谷中种草种树,逐步形成“山水林田湖草”的景观。

在乌东德水电站大坝南岸的山腰上,一排排崭新的小院整齐排列,房前屋后鲜花盛开、瓜果飘香。这里是当地库区移民搬迁安置最大的承载区——乌东德镇金瑞社区。村民张付超是当年在金沙江上为红军摆渡的船工后代,搬迁前一家人住着简易空心砖房,收入不稳定。搬到金瑞社区后,一家5口人住进崭新小洋楼。随着当地生态的改善,来旅游的人也越来越多,在社区帮助下,张付超开了一家“老船工之家”民宿,一家人年收入达4万余元。

一座水电站,染绿的不止库区。在千里之外的粤港澳大湾区,南方电网的输电线路中,来自乌东德水电站的清洁电能正源源不断给这片繁华区域带来绿色新动能。三峡集团乌东德电厂厂长王金涛表示,截至2022年上半年,乌东德水电站累计发电量超600亿千瓦时,相当于节约标准煤1838万吨,减排二氧化碳5028万吨。

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