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白鹤滩水电站 | 百万机组 百年梦圆
作者:  来源: http://www.bdtwht.com/hyxw/n1376.html   发布时间:2021-06-30

北极星水力发电网讯:水流的欢歌,在金沙江上唱响。

6月28日,全球首批百万千瓦水电机组,在三峡集团建设的世界第二大水电站——白鹤滩水电站成功投产,眨眼之间,将奔腾江流转化为以电为名的“中国能量”。

百万千瓦机组,百分之百中国“智”造。

这一转,立起了中国水电奋斗百年的历史性丰碑,叩开了中国水电独步世界“无人区”的大门。

这一转,表明了中国人有志气、有信心、有能力,不断登顶一座又一座水电科技新高峰。

百万千瓦机组因何而来,将往何方?让我们到历史与现实的脉络中,去寻找答案。

从历史中走来

金沙江,百转千回,在峡谷中聚起磅礴的力量。隐秘的山体内,建设者正挥毫泼墨,描绘一幅中流击水的长卷。

2020年6月21日,一颗直径超过8米、重约350吨的精密“中国芯”,精准嵌入白鹤滩水电站“心脏”部位,世界首台100万千瓦水轮发电机组的转轮成功吊装。

回眸百年前,积贫积弱的旧中国,没有这份“底气”。

1912年,两台国外研制的240千瓦机组,在中国大陆第一座水电站——石龙坝水电站投产。它们在为昆明送来第一缕照亮工业化梦想道路的灯光时,也深深唤醒了中国的期待:何时,中国才能拥有自己研发的水电机组?

而直至新中国成立时的1949年底,全国水电装机容量仅36万千瓦,且机组全由国外研发。

从全国仅36万千瓦,到一台100万千瓦,新中国的成立,中国共产党的领导,全国机电工作者的接续奋斗,开启了中国水电机组“逆天改命”的伟大征途:

——1952年,一台800千瓦的机组,在四川下硐水电站成功安装,结束了中国不能自主设计制造水电机组的历史。

——1958年,中国首座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站开工建设,单机容量30万千瓦,核心部件靠工匠手工打磨。同年,全国科学规划会上,研制60万、80万甚至100万千瓦水电机组的构想被提出。

——1987年,龙羊峡水电站32万千瓦机组投产。

1980年代末,水电机组国产化的星火,已渐显燎原之势。然而,与发达国家研制的近70万千瓦水电机组相较,中国仍落后约30年。直至1990年代,才等来一个从跟跑变为并跑,甚至开始领跑的机会。

在三峡工程左岸70万千瓦机组的研制过程中,彼时还是“中国长江三峡工程开发总公司”的三峡集团,牵头开展科技攻关,联合哈尔滨电气、东方电气等国内企业,学习国际先进经验,再逐渐过渡到自主创新,并最终掌握了70万千瓦机组整体设计与制造的核心技术。

及至三峡工程右岸机组的研制,我国水电机组研发团队,已具备与国际水电巨头同台竞技、并成功研制和投用70万千瓦机组的能力。

2008年,40多名专家评审三峡机组性能后,得出结论:右岸国产化机组总体性能优于左岸机组,关键性能达到国际同等水平。

以此为新起点,2013年,溪洛渡水电站77万千瓦、向家坝水电站80万千瓦……2021年,白鹤滩水电站100万千瓦机组成功投运,惊羡世界。

从无到有,从小到大,从弱到强。

这段艰苦卓绝的水电机组国产化发展史,凝聚着中国水电人“产业报国”的崇高追求。它的每一次进步,都与中国共产党的坚强领导密不可分;它的每一次发展,都与国家和民族的命运紧密相连。

与新时代握手

兴建白鹤滩水电站的设想,最早可追溯至1950年代。水利部长江水利委员会,组织多家勘测设计单位,对金沙江流域的水资源开发进行普查。

1990年,《长江流域综合利用规划简要报告(1990年修订)》获国务院批准,明确要在金沙江下游,开展乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水电站前期工作。

1950年,我国人均发电量不到3千瓦时,但美国人均发电量却已超过2900千瓦时。“要实现工业化,我国电力需求必然要经历一个显著的增长过程。”国务院发展研究中心研究员王亦楠如是说。

但河流长度有限,仅靠电站数量的增加,非长久之计。必须解决大容量机组研发难题,提升发电效率。

承担着“西电东送”使命的白鹤滩百万千瓦机组,在历史前进的逻辑中诞生,在时代发展的潮流中“履职”——

向外,它展露科技含量,彰显国家之实力,民族之底气;向内,它发挥“百万千瓦”之潜力,更好地服务社会生产,造福人民生活。

白鹤滩水电站投产发电后,将送电江苏和浙江。1台机组转动1小时,可以供应50万台家庭用的电磁炉;16台机组转动1小时,就可以供应800万台家庭用的电磁炉。

“它既能提供清洁、经济、安全的电力,有力支撑长江经济带发展,同时将对长江经济带的能源结构,起到优化调整作用。”中国工程院院士钮新强评价。

上至经济社会高质量发展,呼唤大规模清洁电能的诞生;下至扩大单机容量,可减少机组台数,有利于枢纽工程布置,节省投资;远至大容量机组可满足电网远景电力发展……研制百万千瓦机组,极为必要。

但要让这一巨型机组从设想变为现实,还需评估自然条件、技术条件等多方面的成熟度。

“白鹤滩水电站装机规模大,水头高达200多米,落差大,流量大,这让百万千瓦机组有了用武之地。”三峡集团机电专业总工程师张成平表示,“只有大容量机组,才能更加适应工程条件,充分发挥工程效益,更加合理高效地利用水资源。”

若考量技术,百万千瓦机组的研制,则以三峡工程、溪洛渡、向家坝等水电站的机组国产化实践来“投石问路”。

“在三峡工程右岸电站,我们大胆采用定转子全空气通风冷却技术,相比水内冷技术,工艺简单,故障率低,便于维护。”

“在溪洛渡水电站,我们成功研制200米水头段水轮机,效率、空化、稳定性等综合性能优良。”

三峡集团所属三峡建工集团总经理胡伟明说,这些关键技术,为白鹤滩百万千瓦机组研制,打下坚实基础,增添了经验与底气。

曾参与过三峡左岸机组埋件分包制造的哈电副总工程师卜良峰则说,在三峡工程左岸机组的研制过程中,60公斤级的蜗壳高强钢板,都要从国外高价进口。

为摆脱进口材料“卡脖子”困境,三峡集团牵头进行科研攻关,组织鞍钢、宝武钢等兄弟单位,自主创新,最终让右岸机组用上了国产化钢材。

如今,运用在白鹤滩水电站蜗壳制造上的国产化高强钢,已达到80公斤级。百万千瓦机组所需的关键材料,如高强度磁轭钢板、抗撕裂厚钢板、高等级硅钢片等,也已全部实现国产化。

此外,在配套设备上,从桥机、母线、大型变压器,到调速系统、励磁系统、监控系统……中国水电装备全产业链不断升级,也成为我国百万千瓦机组登顶世界“水电珠峰”的助力之一。

有了底气,便有勇气。

自2006年起,三峡集团依托重点工程,再度与华东勘测设计研究院、长江勘测设计研究院、哈电、东电等携手出征,以科学审慎的态度,组织并领导开展百万千瓦水电机组科研攻关。

这次攻关,历经三个阶段、十余年之久,对总体技术、水力设计、电磁设计、24/26千伏线棒、通风冷却、推力轴承、结构刚强度、制造加工、原材料等关键技术,进行了多项研究和试验,取得丰富研究成果,为成功研制白鹤滩百万千瓦机组打下坚实基础。

这次科研攻关,以坚定而有力的步伐,向世界水电核心装备的“无人区”,正式挺进。

独步世界“无人区”

百万千瓦机组从0到1的漫漫征程背后,是0.1甚至0.01的跬步积累。

目前,全球已建在建的127台70万千瓦以上的水电机组中,80万千瓦以上机组屈指可数,“百万千瓦机组”则是实实在在的“无人区”。

有人疑惑,为何如此之难?

百万千瓦机组,需具备优良的能量转化效率,以及良好的水力稳定性能,如此才能在各种工况下长期平稳运行。

百万千瓦机组,应用水头较高、转速较高,尺寸接近三峡机组。因此,它的外荷载更大,对结构材料要求更高,如磁轭钢板强度要达到750兆帕以上,蜗壳高强钢板要800兆帕级。

百万千瓦机组,推力轴承推力负荷略大于三峡机组,但机组转速更高,推力轴承PV值更大,制造难度更大。

百万千瓦机组,发电机额定电流,已超出现有发电机电压设备的应用额定电流范围,须将发电机额定电压,提高至24千伏以上才能满足要求。

难吗?当然难!

以百万千瓦机组水轮机核心部件转轮为例,它承受着最高水头达240多米的巨大水能,直径超过8.5米,集中着水轮发电机组最精巧的设计。

无规范、无经验、无参考,哈电水力设计科研带头人魏显著,带队“忽略”8年来几乎所有节假日,敲下几十万行代码,搭建仿真实验平台,经过成百上千次优化计算与实验,反复比选论证,才研制出现有转轮模型。

别看转轮“个头大”,可细节要求堪称极致:重量超过8吨的叶片必须一次浇筑成型,不同炉子的钢水成分、温度要时刻一致;铲磨工序后,削切下的铁屑就达数吨;仅一次焊接翻身,也要比选数个方案……

面对约6万个零件组装的巨型水轮发电机组,需要对成百上千个设计、制造、安装等专题进行研究、优化,才能获得最优的整体性能。路只有一条——技术先行,才有优化的可能。

负责白鹤滩机组设计与制造管理的机电技术中心团队,在机组设计管理中,对每一个设计细节分毫必争,对每一个参数指标“锱铢必较”,确保设计“零疑点”;在机组制造管理中,团队以最高标准、最优工艺、最严管控,来确保制造“零缺陷”。

他们开展一轮又一轮设计制造复核,努力查找潜在缺陷和风险,吸取以往电站经验教训,取长补短、举一反三,持续优化提升机组性能。

他们大力推动“三维设计”“美丽机电”,优化管道、线缆等布置,在抓好机组内在品质的同时,提升设备外观质量,实现“内外兼优”。

一流的设计制造,还需一流的安装调试。

在机组安装调试现场,三峡集团白鹤滩工程建设部机电安装项目部主任康永林,带领靳坤、陈浩、陈绪鹏等徒弟,搭建两个“课堂”——

一堂设在巨型机组里。转轮焊接、转子磁轭安装、通风冷却系统调试……每一项设备的安装调试过程,都是最好的老师。

一堂设在机电创新工作室里。分享实战经验,查找知识漏洞,探讨科研方向……每一名员工,都要上台大胆讲一讲。

转子磁轭安装期间,东电服务团队以“过程精品”保障“结果精品”,日均蹲守现场的时长超过16小时。测量数据显示,与理论中心相比,叠装后的磁轭中心,偏差未超过0.02毫米,远高于行业精品机组标准。

攻坚路上并非单兵突进,同路之人正在携手摸索——

华东院等设计单位工程师,在电脑屏幕前挑灯夜战,绘制一张张“蓝图”;葛洲坝、水电四局等安装单位技术人员,在现场一遍遍核对安装测量数据,不知疲倦;三峡集团长江电力百余名电厂专家、运维骨干提前上岗、整装待发,随时做好接机准备……

“依托百万千瓦机组研发,中国机电人的进步是全方位的。这一过程,不但锻炼了队伍,更是凝练了敢为天下先的攀登精神。”三峡集团党组成员、副总经理范夏夏说。

回望百年来路,展望百万千瓦机组,那些攀登时扎伤手的荆棘带,磨出血的崎岖路,清晰可见。

但正因为难,行走才得以伟大。

那些走过的险峰,得以跨越时空,为一场征程作注;那些壮丽的峰顶景色,得以拨开云雾,召唤下一次攀登。