動(dòng)態(tài)與觀點(diǎn)
位于四川省寧南縣和云南省巧家縣金沙江段的白鶴灘水電站，是中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)建設(shè)在金沙江上實(shí)施“西電東送”四個(gè)國(guó)家重大水電工程之一，同時(shí)也是全球在建規(guī)模最大、單機(jī)容量最大、技術(shù)難度最高的水電工程。日前，繼創(chuàng)造多項(xiàng)世界紀(jì)錄的白鶴灘14號(hào)機(jī)組作為首批機(jī)組安全投產(chǎn)發(fā)電后，白鶴灘水電站又有多臺(tái)機(jī)組陸續(xù)完成安裝調(diào)試、順利并網(wǎng)，預(yù)計(jì)全部16臺(tái)機(jī)組將于2022年7月前完成安裝調(diào)試并投入運(yùn)行。
作為裝機(jī)規(guī)模僅次于三峽水電站的世界第二大水電站，白鶴灘水電站擁有一系列重大創(chuàng)新。在清華大學(xué)、東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司（下稱東方電機(jī)）、哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠有限公司（下稱哈電電機(jī)）等創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的攻堅(jiān)下，我國(guó)高端裝備制造實(shí)現(xiàn)了重大突破，成功研制了世界單機(jī)容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，將世界水電帶入“百萬單機(jī)時(shí)代”，把知識(shí)產(chǎn)權(quán)牢牢掌握在自己手中。
開啟“百萬單機(jī)時(shí)代”
1958年，我國(guó)計(jì)劃在白鶴灘興建特大型水電站，起初由外國(guó)專家提供技術(shù)援助，不過因國(guó)際形勢(shì)發(fā)生變化，該項(xiàng)目不得不擱淺。2010年，隨著《國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于同意金沙江烏東德和白鶴灘水電站開展前期工作的復(fù)函》下發(fā)，白鶴灘水電站正式啟動(dòng)前期籌建工作。
白鶴灘水電站共建設(shè)安裝16臺(tái)機(jī)組，其大壩左岸、右岸各安裝8臺(tái)100萬千瓦機(jī)組，總裝機(jī)容量為1600萬千瓦。左岸8臺(tái)機(jī)組由東方電機(jī)自主研制供貨，右岸8臺(tái)機(jī)組由哈電電機(jī)自主研制供貨。1臺(tái)機(jī)組工作1小時(shí)發(fā)電量就是100萬千瓦，屬于超巨型混流式水輪機(jī)組，是目前全球單機(jī)容量最大的水輪發(fā)電機(jī)組。據(jù)介紹，16臺(tái)機(jī)組一天的發(fā)電量可滿足50萬人一年的生活用電。
2021年6月28日上午，白鶴灘首批機(jī)組發(fā)電儀式現(xiàn)場(chǎng)人頭攢動(dòng)，數(shù)百名建設(shè)者脊背挺直，目光灼灼。經(jīng)過72小時(shí)試運(yùn)行，單機(jī)容量世界最大的白鶴灘水電站首批機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電，這是全球首臺(tái)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行的100萬千瓦水電機(jī)組，標(biāo)志著我國(guó)大型水電工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的歷史性跨越。
東方電機(jī)產(chǎn)品開發(fā)部副部長(zhǎng)宋敏接受中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者采訪時(shí)表示，在三峽水電站建設(shè)期間，許多裝備技術(shù)要從國(guó)外引進(jìn)，在軸承、電機(jī)和高端材料方面都受到外方的掣肘。近10年來，我國(guó)相關(guān)企業(yè)展開一系列技術(shù)攻關(guān)，在巨型水輪發(fā)電技術(shù)研發(fā)上取得重大突破，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)水電技術(shù)從跟跑、并跑、領(lǐng)跑到邁進(jìn)“無人區(qū)”的跨越式發(fā)展。
把知識(shí)產(chǎn)權(quán)握在手中
白鶴灘水電站左岸8臺(tái)機(jī)組主要由東方電機(jī)教授級(jí)高級(jí)工程師、白鶴灘水輪發(fā)電機(jī)主任設(shè)計(jì)張?zhí)禊i承擔(dān)研發(fā)任務(wù)。張?zhí)禊i介紹，100萬千瓦，不僅意味著大容量、大尺寸，也意味著發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生更高熱量。作為空冷式機(jī)組，如果無法將這些過剩的熱量高效帶走，會(huì)造成嚴(yán)重的熱變形和熱應(yīng)力，甚至造成設(shè)備損壞。幫助高效運(yùn)行的機(jī)組“降火”，成為研制團(tuán)隊(duì)面臨的最為棘手的問題。
從2013年開始，張?zhí)禊i研制團(tuán)隊(duì)就開始了白鶴灘機(jī)組發(fā)電機(jī)磁極繞組空內(nèi)冷技術(shù)研究應(yīng)用的攻關(guān)工作。通過若干輪次的仿真計(jì)算、試驗(yàn)驗(yàn)證、方案優(yōu)化、產(chǎn)品試制，研制團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)新技術(shù)在白鶴灘項(xiàng)目的落地應(yīng)用。磁極銅排上開設(shè)內(nèi)通風(fēng)孔，并新增內(nèi)部冷卻區(qū)，在大幅增加磁極繞組的散熱面積，縮短傳熱路徑的同時(shí)，提高了冷卻空氣的利用率，大幅降低了發(fā)電機(jī)冷卻需求風(fēng)量。
一張張專利證書鐫刻著東方電機(jī)一筆筆濃墨重彩的創(chuàng)新。截至目前，東方電機(jī)在100萬千瓦水輪發(fā)電領(lǐng)域布局了40多件專利，包括“一種通風(fēng)可調(diào)式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架”等發(fā)明專利。
哈電電機(jī)牽頭負(fù)責(zé)白鶴灘機(jī)組研發(fā)攻關(guān)的副總工程師覃大清向記者介紹說， 轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的“心臟”，是決定機(jī)組穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部件，也是機(jī)組中研發(fā)難度最大、制造難題最多的核心部件。在這個(gè)領(lǐng)域，包括中國(guó)在內(nèi)的全球主要國(guó)家都在進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。
為突破技術(shù)瓶頸，哈電電機(jī)進(jìn)行了一系列技術(shù)攻關(guān)。2018年10月，由哈電電機(jī)設(shè)計(jì)、制造的白鶴灘水電站100萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組首臺(tái)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在哈爾濱通過驗(yàn)收。驗(yàn)收結(jié)果表明，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)均符合設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，達(dá)到精品標(biāo)準(zhǔn)。
“我們100萬千瓦機(jī)組的創(chuàng)新主要包括兩部分，一是發(fā)電機(jī)從原來的80萬千瓦躍升到現(xiàn)在的100萬千瓦，是技術(shù)的巨大飛躍；二是水輪機(jī)采用了長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了寬負(fù)荷高效穩(wěn)定的運(yùn)行?！瘪笄鍖?duì)記者表示，長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪，即采用15個(gè)長(zhǎng)葉片加15個(gè)短葉片結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特性好比“鋼琴黑白鍵”在演奏時(shí)的互補(bǔ)功能，能夠更好地保證機(jī)組高效運(yùn)行；與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪相比，長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪更加“全能”，既能滿足高水頭的穩(wěn)定性要求，又能在低水頭具有極強(qiáng)超發(fā)能力。
哈電電機(jī)在長(zhǎng)期的實(shí)踐中，將產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，針對(duì)巨型機(jī)組穩(wěn)定性、水力設(shè)計(jì)、電磁設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)冷卻、絕緣技術(shù)、結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度及測(cè)試方法等方面進(jìn)行專項(xiàng)研究和試驗(yàn)，取得了一批創(chuàng)新成果，布局了相關(guān)專利。
智能建造助力雙碳目標(biāo)
2021年11月，一封來自中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)的感謝信在清華大學(xué)水利系引發(fā)熱烈反響。中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)在信中指出，清華大學(xué)作為白鶴灘水電站的科研單位之一，在大壩全生命周期性態(tài)仿真分析等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中提供了全方位高質(zhì)量的技術(shù)服務(wù)。
多年來，由清華大學(xué)水利系李慶斌教授、林鵬教授、胡昱副教授等組成的大壩智能建造團(tuán)隊(duì)深入一線，扎根現(xiàn)場(chǎng)全程緊密追蹤工程動(dòng)態(tài)，高效響應(yīng)工程重大需求，堅(jiān)持問題導(dǎo)向科學(xué)破解工程難題，全力保障白鶴灘工程安全建設(shè)，在大壩全生命周期性態(tài)仿真分析、混凝土溫控智能通水技術(shù)、低熱水泥混凝土施工全性能、復(fù)雜地質(zhì)條件下基礎(chǔ)灌漿機(jī)理研究等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中做出積極貢獻(xiàn)，并形成了多項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
據(jù)介紹，未來，大壩智能建造團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)面向大壩智能化建設(shè)科技前沿，面向碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，深化水利工程領(lǐng)域智能化技術(shù)研究，推動(dòng)大壩智能建造技術(shù)廣泛應(yīng)用，提升水利工程價(jià)值。
《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》指出，因地制宜開發(fā)水電。記者從中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)工程建設(shè)部了解到，白鶴灘水電站建成后，年平均發(fā)電量達(dá)624.43億度，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1968萬噸，減少排放二氧化碳約5160萬噸、二氧化硫約17萬噸、氮氧化物約15萬噸，節(jié)能減排效果顯著。白鶴灘水電站將與金沙江烏東德、溪洛渡、向家壩，以及長(zhǎng)江三峽、葛洲壩水電站共同構(gòu)成一條世界最大的清潔能源走廊，為助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)發(fā)揮國(guó)家隊(duì)主力軍作用。
