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      堪稱“巨型印鈔機”,又一國之重器雄起!
      2021/8/23 6:36:14    新聞來源:搜狐網

      世界水利看中國。

      作 者丨楊 倩

      華商韜略原創文章,轉載請聯系客服微信:hstlkf

      華商韜略·華商名人堂 ID:hstl8888

      圖片:網絡、圖蟲創意

      從一窮二白到稱霸全球,中國水利人苦干了70年。

      近日,白鶴灘水電站低調投產,引發無數國人為之熱淚盈眶。

      這座超級巨無霸由中國三峽集團興建,位于川滇交界,2017年8月正式破土動工,總投資2200億元,總裝機容量1600萬千瓦,是僅次于三峽工程的恢弘之作。

      但在更多指標上,白鶴灘要遠遠超過“全球一哥”三峽,站在全球水電群峰之巔。

      作為水電站的“心臟”,水輪發電機組相當于手機芯片、電腦CPU,決定了水電站的技術水準。

      水輪發電機組仿真模擬

      來源:三峽小微

      白鶴灘水輪發電機組單機容量100萬千瓦,比三峽的70萬千瓦還要高,突破了世界極限。更值得驕傲的是,水輪機組全部由我國自主研發,具有里程碑式的意義。

      2020年8月18日,白鶴灘水電站1號機組轉子成功吊裝

      來源:中國水電四局

      這樣的水電機組左右兩岸各8臺,每臺50多米高,重8000多噸,相當于一座埃菲爾鐵塔,一艘驅逐艦,或者45頭藍鯨。

      每臺發電機每運轉一秒,產生278度電,相當于一個普通家庭三個月用電量。

      但在其每分鐘111圈的高速轉動下,硬幣豎立在旁竟能紋絲不動。機組擺度平均小于100微米,不超過2根頭發絲。

      即便還未正式完工,白鶴灘水電站已拿下9項世界第一,堪稱史詩級工程。

      機組方面,就拿下四項全球第一,前無古人后無來者:

      • 單機容量100萬千瓦;
      • 發電機額定效率不低于99.01%;
      • 定子繞組溫升不超過63K,轉子繞組溫升不超過58K,屬全行業最嚴溫升控制水平;
      • 發電機最高電壓等級24千伏,世界第一!

      其全球在建規模、地下洞室群規模、300米級高拱壩抗震參數、圓筒式尾水調壓室規模、無壓泄洪洞群規模等都也打破了全球紀錄。

      在施工方面,白鶴灘水電站面臨的是世界級挑戰。

      因其選址于金沙江峽谷,呈現不對稱V字型,壩區地震基本烈度為8度,巖質“硬、脆、碎”。

      兩岸峭壁高懸,意味著常規施工無法開展。工程師便在兩岸之間建了一道道鋼梁索道,將混凝土攪拌車、挖掘機等從空中運送到施工點。為了防止水泥硬化,機器全程不能停止攪拌,對操作者的考驗可想而知。

      峽谷地形,也決定了其地下廠房隱藏于兩岸山體之內,其洞室群規模為全球最大,開挖量2500萬立方米,相當于1萬個游泳池。地下室總長217公里,是北京到天津距離的1.7倍。

      白鶴灘水電站地下廠房

      來源:中國三峽集團

      白鶴灘也在全球首次全壩采用低熱水泥混凝土,創造了沒有一條毫米級裂縫的奇跡。

      水電站素有“無壩不裂”的魔咒?;炷聊虝r會放熱膨脹,內外冷熱不均,就會產生裂縫。任何輕微的裂縫,在白鶴灘大壩1650萬噸的水推力下,都會埋下潰敗隱患。

      而溫度控制,是無縫大壩的核心。為此,白鶴灘大壩內部安裝了7000支溫度計、上萬個傳感器以及循環冷卻水管,精確控制水泥溫度,成為全球最智能的大壩之一。

      目前大壩已合龍蓄水,最大壩高289米,相當于100層樓。4臺機組已投產發電,而全部16臺機組將于明年7月投產發電。完全投產之前,可發電數百億度。

      若全部投產,發電1小時,一家人可用250年;發電1天,1億人生活用電無憂。年平均發電量624.43億千瓦時,可供應上海半年用電,相當于每年節約標煤2000多萬噸。

      在能量密度上,白鶴灘是三峽水電站的兩倍。由于金沙江落差大,同等體積的水,流經白鶴灘時,能產生三峽兩倍的電量。

      未來,白鶴灘將成為“西電東送”的頂梁柱,與金沙江下游的烏東德、溪洛渡、向家壩聯合調度,相當于兩個三峽,共同構筑西部最大的清潔能源走廊,為長三角經濟持續不斷“輸血”。

      來源:中國三峽集團

      除了發電,白鶴灘還能兼顧防洪、攔沙、改善長江中下游通航條件等,綜合效益顯著。

      其總庫容206億立方米,防洪庫容為75億立方米,約等于525個西湖,將有效調節長江汛期洪峰。

      原本攀枝花到宜賓七分之六的險灘無法通航,也終將成為歷史。

      白鶴“晾翅”,再次向世界秀出中國水電的肌肉。

      但翻開我國水電大躍進的崢嶸史,也不乏辛酸往事。

      此前,中國大型水電項目連續落成的高光時刻,并不能掩蓋技術落后的短板,中國水電工程師們,半個多世紀以來一直灰頭土臉。

      水輪發電機組是水電站的核心部件,由水輪機、發電機構成。在水流推動之下,水輪機把水能轉化為機械能,再帶動“轉子”切割“定子”磁場產生電能。

      外國企業在此領域已有上百年積累,中國最初只是亦步亦趨的追趕者。

      1827年,法國工程師B·富爾內隆制成6馬力的反擊式水輪機。1849年,經美國工程師J·B·弗朗西斯設計改進,形成了現代混流式水輪機。

      從1878年法國建成世界第一座水電站開始,世界水電已經走過143年歷史。

      1910年,中國才建成首座現代水電站,即云南昆明石龍壩水電站,擁有兩臺240千瓦的水輪發電機,發電機來自德國西門子,水輪機來自奧地利。

      云南昆明石龍壩水電站水輪發電機上的銘牌

      新中國成立初期,在蘇聯的技術援助下,中國水電裝備制造從零起步,建立了哈爾濱電機廠、德陽東方電機廠等。

      哈爾濱電機廠作為中國大型水電機組“長子”,如今占據了國產裝機總量的二分之一。

      但我國水電發展之初,極度依賴進口設備,屢陷價格畸高、捆綁銷售、配適性差、技術封鎖的困境。

      20世紀以來,中國幾乎所有重大水利項目,都離不開外國巨頭的技術援助,美國GE、德國福伊特(Voith)、法國阿爾斯通、瑞士ABB、日立、三菱等長期壟斷著這個行業。

      歐洲巨頭福伊特制造的水輪機和發電機,貢獻全球水力發電量的三分之一。福伊特于1994年進入中國,為中國80個水電站提供了超過240個發電機組,在三峽、溪洛渡、廣西龍灘、云南小灣、青海拉西瓦等大型工程中身影頻現。

      福伊特公司設計制造的烏東德水電站左岸電站2號機組(U2)轉子 來源:福伊特官微

      1997年,長江三峽水電站上馬了當時世界最大的混流式水輪發電機組,單機出力為70萬千瓦,轉輪直徑為9.7米。

      在三峽32臺70萬千瓦水輪發電機組中,阿爾斯通、GE水電都參與了14臺機組的設計生產,是三峽項目最大的供應商。

      其中,左岸電站14臺全由外企承包,VGS聯合體(福伊特、西門子、GE)制造6臺,阿爾斯通/ABB聯合體供貨8臺。

      早在1919年,孫中山在《建國方略》中首次提出開發三峽水電的構想,“以水閘堰其水”。

      直到1994年,長江三峽水利工程才正式動工興建。雖然三峽工程機電設備關鍵技術攻關從80年代就啟動,仍然遭遇卡脖子的困境。

      三峽集團白鶴灘工程建設部機電項目部主任康永林仍然記得,三峽電站發電機組核心部件轉子所需的硅鋼片只能依靠進口,自主研發右岸機組時,外方突然提價2倍。

      無奈之下,三峽集團只能與寶鋼聯手研發。“如果當時放棄了自主研發,可能白鶴灘的硅鋼片還是受制于人?!?/span>

      “成了!”

      1951年12月22日,站在機組頂端測量水輪發電機數據,直到葉片慢慢停止轉動,吳天霖激動地脫口而出。

      天寒地凍中,中國第一個自主研發的水輪發電機在哈爾濱電機廠誕生了。

      這臺水輪機組裝機容量僅有800千瓦,水輪機高1.5米、底座直徑1米,在今天的巨無霸面前不值一提,但在當時超越了最高水平210千瓦,完成了不可能的奇跡。

      曾在美國西屋公司實習過的吳天霖等工程師白天做試驗,夜晚苦學技術,用兩個月完成了設計圖紙,通過上百個日夜的奮斗,終于實現了中國水電機組設備零的突破。

      隨后,這顆“中國芯”被安裝在四川龍溪河下硐電站,1959年遷到四川蘇雄水電站,服役了近60年。

      70年后的今天,與新中國成立之初全國發電裝機總容量184萬千瓦相比,我國水電裝機總容量增長了200多倍。

      自2014年年底以來,中國水電裝機容量和發電量穩居世界第一,水電資源為我國第二大能源主體。2020年,中國水電發電量1.35萬億千瓦時,水電裝機容量3.7億千瓦,占全球之比超過30%。

      而我國自研水輪機組裝機容量也不斷躍上新臺階。

      1980年底,哈電集團成功制造出12.5萬千瓦水輪發電機組,為當時我國最高級別,專供葛洲壩水電站,其后又相繼完成了12套。這是當時我國首次完全自主研發設計的大型水電機組。

      1997年,三峽工程從引進技術、合作生產到自主制造特大型水輪發動機組,迅速了縮小與世界先進技術的差距。

      三峽水電站

      曾經,重大水電工程招標中,中國人只能眼睜睜看著幾家國際巨頭瓜分數百億元的誘人蛋糕。

      而三峽工程外,中國規劃在建的70萬千瓦以上機組就有120臺以上,大國重器必須掌握在自己手里。

      在三峽之前的魯布革、清江隔河巖、二灘、五強溪等項目,都是直接進口機組,國內企業只能分包制造非核心部件,無法涉足技術轉讓。

      但在三峽左岸采購中,第一次有了實質性的核心技術轉讓。中方也下了大血本,總共花費7.4億美元采購機組,還支付了1635萬美元用于購買水力、電磁、通風、結構、加工等成套關鍵技術。技術受讓方分別是哈爾濱電氣、東方電氣集團。

      以此為契機,哈電、東電投入巨資進行技術改造,派遣數百人次赴海外取經,死磕70萬千瓦機組核心技術,消化吸收后實現了趕超,僅用7年就縮小了與國外技術30多年的差距。此前,國內自主設計的水電機組最高容量僅為32萬千瓦。

      2004年,哈電、東電與外企同臺競技,各自贏得了三峽右岸4臺發電機組合約,掀開了巨型機組國產化的篇章。三峽地下電站6臺機組,也交由國內設計、制造。

      來源:哈電集團

      此后,瀑布溝、金安橋、龍灘、小灣、枸皮灘、水布椏、錦屏等水輪機組訂單源源不斷涌向東方電氣,外企的長期壟斷被徹底打破,中國本土水電設備制造業開始揚眉吐氣。

      2008年8月28日,金沙江向家壩、溪洛渡水電站26臺機組招標采購合同塵埃落定,總金額達110多億元,創下了世界最大水電機組采購紀錄。

      這次大手筆采購,鞏固了三峽水電機組國產化的成果,“中國制造”首次成為了大贏家。

      其中,哈爾濱電機廠中標10臺,合同金額達44.27億元。東方電氣中標9臺。不過,外資仍占據一定份額,天津阿爾斯通中標4臺,上海福伊特西門子中標3臺。

      溪洛渡電站單機容量為77萬千瓦,向家壩電站單機容量80萬千瓦,又比三峽機組更上一層樓。

      差不多同時,100萬千瓦水輪發電機研發也被提上日程,將首批應用于白鶴灘水電站,由東電、哈電承建。

      這在國內外史無前例,電壓等級、絕緣水平、機組穩定性等難度系數更是成倍增加。

      “100萬千瓦”意味著能量密度極大,每個磁極容量是三峽水輪發電機的2倍,帶來電壓、電流兩大問題。

      首先,電壓從22千伏特提高到24千伏特,必須解決絕緣問題。其次,轉子工作時就像一個1萬千瓦的大火爐在燃燒,如果通風冷卻不充分,會燒毀整個機組。

      就在2006年5月底,白鶴灘預可行性研究審查會上,白鶴灘還被視為一個不可能的項目。

      但最終,中國工程師不僅成功攻破技術堡壘,還把損耗降到了最低,電能轉化率高達96.7%,每一滴水都不浪費,達到了世界大型混流式機組最高水平。

      從大禹治水到3000年前的后稷作水碓,再到都江堰、鄭國渠、靈渠等流芳至今的工程,中國水利發展史源遠流長,但現代水利興起只有70多年時間。

      “水電興,則國運興?!敝袊洕母咚侔l展離不開電力,傳統化石能源已經對環境破壞巨大。水電作為低碳發電的支柱,對我國實現2030碳達峰有著戰略意義。

      經過近百年開發,從落后到趕超,如今,中國的全球水電霸主地位無人能及。

      中國既是全球水電資源第一大國,也是最大開發國。

      目前,全球前12大水電站,有5座在中國,分別是三峽、白鶴灘、溪洛渡、烏東德、向家壩。全球服役的70萬千瓦以上機組有127臺,中國就有104臺。

      來源:長江電力官網

      據《2019年全國水利發展統計公報》,中國共有9.8萬座水庫,占全球水壩的一半,2萬座在開工發電。中國已建水電總裝機容量占世界的37%。高度超過30米的大壩有6539座,占世界的43%。

      在國內水利如火如荼發展的同時,我國輸出“三峽”標準和建設經驗,業務遍及全球140多個國家和地區,在海外投資水電項目超過2000億元,其中大部分項目分布在東南亞,并逐步拓展到非洲、拉美和南亞。

      截至2019年,中國企業參與的海外水電站項目約320座,占據了七成以上海外水電工程市場,排頭兵為中國水利水電建設集團公司(簡稱“中國水電”)、三峽集團、葛洲壩集團、大唐集團等。

      在大中型水電站領域,中國水電是全球最大工程承包商,占據市場份額超過50%,也是國內占比超過80%的龍頭。

      如今,無論是喜馬拉雅山大斷裂帶的巴基斯坦NJ水電站、庫容超過三峽的馬來西亞巴貢水電站,還是有“東非電塔”之稱的埃塞俄比亞吉布Ⅲ水電站,都成為了體現中國建設實力的標志性工程。

      “敢叫日月換新天”。事實上,中國水電工程師們在每個海外項目中碰到的難題都沒有先例可循,但又憑借刻苦攻堅的精神,將它們都踩在了腳下。

      中國公司承建的海外水電站,也紛紛成為老撾、幾內亞、蘇丹等業主國紙幣上的寵兒。

      2010年,金康水電站登上5000幾內亞法郎的貨幣。2015年,凱樂塔水電站正式運行,并亮相新版20000幾內亞法郎貨幣。

      即使埃博拉疫情肆虐,中國依然順利交付了上述工程,幾內亞首都科納克里也告別了一天停電400次的窘迫。

      2019年1月,三座水壩登上了最新版蘇丹100鎊面值紙幣的背面。

      蘇丹100鎊面值紙幣

      其中之一的麥洛維大壩位于世界最長河流尼羅河,全長9.2公里,是世界最長大壩。2008年建成之后,蘇丹打破了半個多世紀的缺電尷尬,一舉擁有了先進的國家電網。

      該工程歷時5年半建成,位于半沙漠地區,施工條件十分惡劣、技術難度超乎想象。由于壩體太長,采用了除拱壩之外的5種壩型,工程量與三峽相比有過之而無不及,創造了沙漠中的奇觀。

      麥洛維大壩

      鑒于中國工程建設的高水準,蘇丹政府已決定由中國企業承建蘇丹接下來的15個水電項目。

      在非洲,水能資源位居全球第二,但開發率不到10%。近6億人用不上電,9億人靠薪火維生,無異于“捧著金碗要飯”。如今,在中國支持下,蘇丹、幾內亞、埃塞俄比亞等非洲國家都紛紛實現了用電自由。

      “到2030年,撒哈拉以南非洲、東南亞和拉丁美洲的新增水電項目中,一半以上將由中國公司建造、投資或擁有?!?021年6月底,國際能源署(IEA)發布的一份報告指出。

      從起初篳路藍縷,無力“裝備中國”,如今“裝備全球”,“中國裝備”已經脫胎換骨,完成了質的飛躍。

      哈爾濱電氣集團董事長斯澤夫從業40年,見證了中國水利裝備制造業由弱到強,從落后追趕到并跑者,從仰視到平視的偉大轉變,這個過程僅僅花了不到20年時間。

      在斯澤夫看來,中國公司與國際巨頭同臺競技,屢屢斬獲訂單,答案卻再簡單不過,“靠的就是堅守吃苦、埋頭苦干的精神”。

      [1]《白鶴灘水電站與共和國裝備制造業“長子”哈電集團不為人所知的二三事》對話·CCTV財經

      [2]《建成世界唯一百萬千瓦機組水電站有多難?》中國新聞周刊

      [3]《李永安:我水輪發電機組已具完全自主設計制造能力》新華網

      [4]《歷時5年半,中國在尼羅河上修了座“非洲三峽”》了不起的中國工程

      [5]《提氣!中國包攬世界大中型水電站市場》中國能源報

      [6]《電機史話》清華大學出版社 作者:戴慶忠

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