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中国水电建设能力跨入 无人区
2017/9/7 6:31:31    新闻来源:瞭望 周刊

  8月3日上午,白鹤滩水电站项目正式进入主体工程全面建设阶段。至此,由向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德四座总装机规模达4646万千瓦世界级巨型电站组成的金沙江下游四级水电开发将逐步成型。

  作为四级水电开发中的第二个梯级,白鹤滩水电站坝址位于四川省宁南县和云南省巧家县境内,其拱坝最大坝高289米,总水推力居世界第二,泄洪功率居世界第三,地下厂房洞室群规模为国内外已建、在建电站之最。该项目的另一令人瞩目之处在于,其使用的水电机组单机容量(100万千瓦)也创世界之最。

  实际上,这项每一个指标都可称为业内"世界级规模"的水电工程,早在上世纪50年代就已开展规划,计划兴建。半个多世纪后的今天,白鹤滩水电工程真正破土开工的背后,折射出中国在水电工程领域的长足进步,已足以应对金沙江水电开发中面临的诸多技术性难题。

  从葛洲坝,到三峡,再到溪洛渡、白鹤滩……受访专家告诉《瞭望》新闻周刊记者,中国在水电工程领域快速进步,已经从跟踪、模仿,走到了行业最前沿,成为世界水电发展的领军者,并正将东方智慧共享给全世界。

  后起之秀踏入"无人区"

  "从上个世纪我国成功修建了坝高达240米的二滩水电站以后,我国设计、施工高拱坝的能力不断提高。"中国科学院院士、清华大学水利水电工程系教授张楚汉认为,修建200米以上的高坝,需要破解包括大坝的结构安全、水下检测及修补加固技术、上下游协调等多方面挑战。能否建好200米以上大坝,某种意义上折射出一国水利建设能力之强弱。

  上个世纪,前苏联、美国和欧洲是200米级高坝建设和发展中的佼佼者。作为"配角"的中国也就是近20年才开始真正"大爆发"。如今,世界已建和在建200米以上高坝共有77座,其中20座位于中国,占到四分之一强。

  "伴随小湾、拉西瓦、锦屏一级、溪洛渡等水电站相继开工,目前,我国拱坝设计研究水平已处于国际先进(部分领先)水平。"谈及白鹤滩项目,张楚汉认为,在总结借鉴已有经验、技术的基础上,这项重大工程的落地生根将带动中国高拱坝建设水平进一步提高。

  而在中国工程院院士、三峡集团原总工程师张超然看来,伴随新世纪我国一批300米级特高拱坝的建设,中国已成为300米级特高拱坝技术发展的领军国家。

  水电工程作为一项系统性工程,中国在水电领域的进步并不仅仅体现在工程建设本身。作为世界第一制造大国,中国在水电机组等重大装备制造上的强势崛起同样值得关注。

  回首往昔,三峡电站之前,国内厂商根本不具备制造35万千瓦以上水电机组的能力,而70万千瓦水电机组也只有极少数国外厂商掌握。也恰恰是从三峡工程开始,中国水电机组制造走出一条引进、吸收、再创新的发展之路。

  自三峡工程实现70万千瓦水电机组国产化起,中国水电重大装备制造业跨入自主设计、制造巨型水电机组新时代。而溪洛渡、向家坝工程则标志着中国水电设备制造水平进入国际市场"第一梯队"。

  具体来看,溪洛渡安装的18台77万千瓦机组中,有15台来自东方电气集团东方电机有限公司和哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司,是完全自主知识产权的国产机组;向家坝水电站使用的8台80万千瓦机组中,4台为哈电设计制造,是当今世界上已投入运行水电站中单机容量最大的水电机组。而白鹤滩水电项目的单机容量达100万千瓦,创世界之最,并且没有外资公司参与设计制造,是国内首个使用纯国产机组的大型水电站。

  "从三峡电站单机容量70万千瓦到向家坝电站的单机容量80万千瓦,再到白鹤滩单机容量100万千瓦超大型水轮发电机组,增加的不仅是容量,更需高尖精技术作支撑。"国际大坝委员会荣誉主席、中国大坝工程学会副理事长兼秘书长贾金生感言,这足以证明中国不仅在建坝规模上领先世界,其装备制造技术也已进入引领阶段。

  更确切讲,中国在水电发展领域已进入"无人区",完全需自己探索创新。300米级特高拱坝建设是世界范围内的新高度;而100万千瓦机组设计制造已超出此前已有技术水平和规范,世界范围内没有现成经验可借鉴。

  中国式创新潮涌

  2016年9月26日,摩洛哥,马拉喀什,金沙江溪洛渡水电站项目荣获"菲迪克2016年工程项目杰出奖"。

  "菲迪克奖"有全球工程咨询行业"诺贝尔奖"之称,溪洛渡水电站项目是同届21个获奖项目中唯一的水电站项目,也是继三峡工程之后,中国水电又一次获得全球工程咨询行业最具权威性国际组织的认可和褒奖。

  在受访专家看来,溪洛渡水电站项目能够在众多全球著名项目中脱颖而出,得益于其代表了中国乃至世界水电发展的最高水平。

  "无坝不裂",这几乎是水利工程业内的一项定律。因为在混凝土施工中,浇筑过程非常容易产生"温度裂缝"。然而,溪洛渡大坝680万立方米的大体积混凝土硬是没有出现一处开裂。

  这一史无前例的壮举,很大程度上得益于溪洛渡工程在施工过程中,实现了从传统粗放式水电施工管理模式向现代数字化、信息化精细管理模式转变,组建了一支国内一流的复合型工程信息化、智能化团队。这一团队攻克了精细爆破、数字灌浆、智能振捣和智能温控等关键技术,大坝混凝土施工实现了全程信息化、智能化管理,使溪洛渡水电站开创了智能化大坝的先河。

  三峡集团党组成员、副总经理樊启祥还举例道,在曾经引领世界坝工方向的欧美国家,出于"坝体结构稳定性考虑,拱坝坝身一般不开孔,著名的胡佛大坝就是如此"。但是,作为300米级高坝的溪洛渡大坝,是长江干流防洪体系的重要组成部分,泄洪乃核心功能之一。在两岸泄洪洞不足以宣泄全部洪水的情况下,溪洛渡大坝坝身开有大量孔口用于泄洪。

  为在300米级高坝的肚子上"开口子",三峡集团组织骨干力量,开展了大量模型试验和计算分析,选定了科学高效的泄洪消能型式和相关施工技术,在保证大坝枢纽自身安全稳定的前提下,创造性地建好了溪洛渡泄洪消能系统,实现了防洪需求。

  "可以说,溪洛渡水电站代表了中国乃至世界水电的最高水平,获得'菲迪克奖'当之无愧。"然而,樊启祥还强调,白鹤滩工程面临着高地震烈度、坝身大泄量、坝基层间层内错动带稳定和渗漏处理,混凝土温控防裂以及坝基柱状节理玄武岩变形控制等关键问题,堪称"中国乃至世界技术难度最高的水电工程",可以说是在溪洛渡的基础上又上新难度。

  对此,受访专家认为,白鹤滩工程在如何加强坝肩抗力锚索、如何布置坝体抗震钢筋、巨型地下洞室群开挖建设等诸多方面提出了创新性设计和研究。

  例如,创新性地解决了白鹤滩水电站拱坝不对称问题。白鹤滩工程的河谷与拱坝不对称问题,在国内外来看都是比较突出的。而拱坝不对称一般会导致大坝受力不均匀。对此,白鹤滩工程在可研阶段就进行了系统研究。

  "从设计上通过地基处理与拱坝基座结构设计尽量使它对称,从计算分析上通过详细的比较和研究,测算出不对称性究竟对大坝有多大的影响,如何降低这种影响。"张楚汉讲到,科学研究表明,大坝的受力条件与稳定性是可以保证的,不对称导致的影响是可以承受的。

  此外,在承袭溪洛渡工程建设先进经验基础上,三峡集团还在白鹤滩工程建设中提出了"智能建造"的理念。

  "借助先进的智能分析和控制技术,可以确保在复杂施工环境和不断变动的人的活动影响下,整个建造活动处于持续稳定可靠状态,有利于消除各种不确定因素,还能实时分析现场情况、预测变化趋势,进而采取相应措施进行调控。"樊启祥告诉《瞭望》新闻周刊,通过将"智能建造"贯穿整个工程的全生命建设周期,实现对整个工程建造过程的全方位把控,从而保证了工程建设的安全、优质、高效。

  "海外三峡"快步走

  在几内亚央行于2015年发行的新版2万面额的几内亚法郎上,其背景图案是被誉为该国"三峡工程"的卡雷塔水利枢纽工程效果图,该工程由中国三峡集团承建。

  卡雷塔水利枢纽工程并不是一个孤例。从东南亚若水电站,到南美辛克雷水电站,再到南亚卡洛特水电站……中国水电企业在世界各地成功建设了一批具有重要影响和标志性意义的基础设施项目,改善了当地能源供给,促进了当地经济社会发展。

  在受访专家看来,作为全球水电第一大国和水电技术实力最强的国家,中国水电已经形成了包括规划、设计、施工、装备制造、输变电等在内的全产业链整合能力。在中国企业积极"走出去"的背景下,具有绝对领先技术和充足建设经验的中国水电企业快速在全球水电开发中崛起实属意料之中。

  值得注意的是,伴随能源绿色化的呼声日渐高涨,清洁可再生的水电正得到越来越广泛的认可。据世界能源理事会预测,按照最高情景,全球水电市场将在2050年达到2161GW,占全球电力装机容量的16%;即使在稍低的情景下,水电装机也能达到1575GW,占全球装机容量的11%。

  这无疑为中国水电"走出去"提供了一个良好契机。以一系列标志性工程为主,中国水电像高铁一样,已经在海内外成为"中国制造"的一张靓丽名片,海外业务日益成为中国水电企业的重要发力点。

  截至2016年11月底,仅三峡集团的海外业务就已遍布40多个国家和地区,在建工程承包和EPC(设计采购施工)总承包项目80多个,海外项目总投资超过170亿美元,海外总装机已超过1300万千瓦。

  国际水电协会主席肯·亚当斯此前就直言,中国正逐渐成为世界上的水电超级大国。

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