6月28日，全球第二大水電站白鶴灘水電站首批機組正式并網發(fā)電！
白鶴灘水電站總裝機容量1600萬千瓦，居世界第二，僅次于三峽工程；單機容量100萬千瓦，位居世界第一。白鶴灘水電站預計2022年7月可實現(xiàn)16臺機組全部投產發(fā)電，屆時一天的發(fā)電量可滿足50萬人一年的生活用電。
作為黨的十八大以來我國開工建設的千萬千瓦級巨型水電工程，白鶴灘水電站工程是長江流域防洪體系重要組成部分，也是實施“西電東送”的國家重大工程，是我國穩(wěn)增長、調結構、惠民生的新時代“大國重器”。在其成功投產發(fā)電的背后，凝結了無數(shù)建設者的智慧和心血。
航拍白鶴灘水電站。謝雷攝
一群與混凝土較真的“藝術家”
在四川省寧南縣和云南省巧家縣交匯處的金沙江下游河道上，一座世界級巨型拱壩立于其間。大壩左岸的地下洞室里，藏著3條名為“泄洪洞”的奇跡和藝術品。
稱它們是奇跡，緣于白鶴灘水電站泄洪洞的多項特點：每條泄洪洞長度都在2000米以上，斷面最大可達寬15米、高18米，最大坡度達到23°，過流面積超過20萬平方米。它們的實力也不一般，能承受高達1.2萬立方米每秒以上的大泄量和47米每秒的世界級高流速，僅需18分鐘就可灌滿整個西湖。
稱它們是藝術品，則是因為其“內外兼修”的混凝土質量：體型精準、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷，水流養(yǎng)護狀態(tài)下呈現(xiàn)鏡面效果。
完工后的泄洪洞。謝雷攝
據(jù)了解，混凝土施工中素有“無襯不裂”的說法，裂縫似乎是混凝土逃不脫的結局，但白鶴灘的混凝土“藝術家”們卻不這樣認為。
白鶴灘水電站泄洪洞整體形態(tài)和過山車軌道很像，分為上平段、龍落尾段和出口處呈上挑形狀的挑流鼻坎，不同的是泄洪洞每個部位都是混凝土結構。在施工中最困難的，就數(shù)龍落尾段。龍落尾段形似龍尾，是一道垂直落差90米的斜坡，23°的最大坡度就出現(xiàn)在這里。
在以往的水電工程中，如果泄洪洞有龍落尾結構，大多采用混凝土泵輸送混凝土到相應部位，但這種運輸方案不能套用在低坍落度混凝土上。
工欲善其事，必先利其器。沒有施工裝備，后續(xù)的作業(yè)就不能進行，創(chuàng)新成了必經之路。
但創(chuàng)新絕非易事，白鶴灘泄洪洞坡度更大、環(huán)境更復雜，想要設計全套的施工裝備更是難上加難。“難到和我們合作的廠商都跑了。”三峽集團白鶴灘工程建設部泄洪洞項目負責人王孝海說。
為了設計用于龍落尾底板施工的裝備，王孝海創(chuàng)新工作室團隊請來了一些專業(yè)廠家，和現(xiàn)場施工單位一起研究。
這套裝備要適應狹窄和大坡度的環(huán)境，要滿足一定的運輸速度保證混凝土不提前凝固，要保證混凝土運輸?shù)綔蚀_的部位、不能影響后續(xù)人工作業(yè)……諸多困難交織在一起，現(xiàn)場試驗情況始終不理想。
一次次的失敗消磨掉了廠家的耐心，不久王孝海就發(fā)現(xiàn)廠商都變得安靜了，“之前我們有一個群，這些廠商的技術人員原本都在群里，后來他們不是‘退群’就是‘隱身’，都不陪我們了，花錢也請不來人”。
從上平段到龍落尾，再到挑流鼻坎，白鶴灘建設者拿出了全套施工裝備，實現(xiàn)了“全過流面”創(chuàng)新。“應用情況表明，我們自行研制的成套常態(tài)混凝土施工裝備安全、高效，較常規(guī)施工效率提高了約20%。”王孝海說。
泄洪洞龍落尾底板收面，工人正在抹面，使混凝土平整光滑。劉濤攝
混凝土都是分塊澆筑，塊與塊之間必然會存在一條縫，但泄洪洞的接縫處卻實現(xiàn)了平滑。
接縫處如何保養(yǎng)、采用什么保護工具，這樣的細節(jié)都被施工人員考慮在內。王孝海介紹，從泄洪洞第一倉混凝土澆筑起，建設者就堅持精準析源、精明施策、精心組織、精確控制、精益施工。簡單來說，就是每一個人在每一個環(huán)節(jié)都有相應的任務。
施工人員把細致到幾近嚴苛的要求滲透到每一寸鋼筋、每一方混凝土，甚至每一條施工縫里，目的就是為了保障施工質量，這樣的態(tài)度和藝術家別無二致。
白鶴灘泄洪洞平均不平整度小于2毫米，全部都能呈現(xiàn)鏡面效果。這份成績，源自于這一群混凝土“藝術家”的堅持和創(chuàng)新，展現(xiàn)了中國智慧。
征服世界水電行業(yè)的“珠穆朗瑪峰”
流急坎陡，江勢驚險，要將40%以上的長江水力資源運轉自如，使灌溉中華大地的粗實“血管”暢通無阻，源源不斷輸出清潔電力，金沙江畔迫切需要一顆強大的“心臟”。
而組建這顆“心臟”的關鍵，就是研制可靠、穩(wěn)定、高效的水輪發(fā)電機組。相對于已投產的長江三峽、金沙江向家壩、溪洛渡、烏東德水電站裝備的巨型水電機組，白鶴灘水電站單機容量再次實現(xiàn)巨大跨越，百萬千瓦機組技術研究的復雜性和技術難度遠超世界已有機組。
“要成功研制這個目前世界單機容量最大的水電機組，真不容易！”東方電機白鶴灘百萬千瓦發(fā)電機總設計師張?zhí)禊i感慨道。
白鶴灘水電站全球首臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組轉子吊裝。東方電機供圖
白鶴灘水電站共設計安裝16臺單機容量為100萬千瓦的水輪發(fā)電機組，是目前世界上單機容量最大的水電機組，屬于超巨型混流式水輪發(fā)電機組，其研制難度遠大于世界在建和已投運的任何機組，被譽為當今世界水電行業(yè)的“珠穆朗瑪峰”。機組的成功投產將大幅推動整個水電行業(yè)的發(fā)展，也標志著我國正逐步成為世界水電創(chuàng)新的中心。
百萬千瓦，不僅意味著大容量、大尺寸，也意味著發(fā)電機會產生更高熱量。作為空冷式機組，如果無法將這些過剩的熱量高效帶走，會造成嚴重的熱變形和熱應力，甚至造成設備損壞。如何幫助高效運行的機組“降火”，是研制團隊面臨的最為棘手的問題。
白鶴灘水電站全球首臺百萬千瓦水電機組轉子吊裝。東方電機供圖
或許有人會說，“降火”有什么難的，增加風量不就可以了？難就難在，冷卻風量在很大程度上，與發(fā)電機效率呈反比。
9年前，研制團隊開始了磁極繞組空內冷技術研究應用的攻關工作。通過若干輪次的仿真計算、試驗驗證、方案優(yōu)化、產品試制，研制團隊成功實現(xiàn)了這一創(chuàng)新技術在白鶴灘項目的落地應用。磁極銅排上開設內通風孔，并新增內部冷卻區(qū)，在大幅增加磁極繞組的散熱面積、縮短傳熱路徑的同時，提高冷卻空氣的利用率，大幅降低發(fā)電機冷卻需求風量，為實現(xiàn)99.01%這一最高效率指標奠定了基礎。
“從2006年開始，我們在三峽集團的組織下開始了白鶴灘百萬千瓦機組的研究工作，在機組總體設計、水力、電磁、冷卻、絕緣等9個技術領域進行專項科研攻關，形成了一系列具有自主知識產權的核心技術。我們的發(fā)電機效率達到了99.01%，效率水平世界最高。”張?zhí)禊i說，“我們的轉子繞組、空氣內冷新技術，突破了巨型水電機組冷卻技術瓶頸，實現(xiàn)了發(fā)電機轉子的最佳冷卻效果，為將來自主研制難度更大的高水頭、大容量水電機組提供了有效的解決方案。可以說，水電裝備的核心技術已經牢牢掌握在我們自己手中。”
