从三峡到白鹤滩,中国的水轮机凭什么甩下所有人?

作者:铁血老蒋

本文转载自:蒋校长(ID:jiangxiaozhang666)

撰文:权周

5月31日,全球大坝家族再添新成员,目前世界在建规模最大的水电工程——金沙江白鹤滩水电站工程大坝全线浇筑到顶。

白鹤滩水电站有多牛?

总装机容量1600万千瓦,世界第二,第一也是我们的——三峡。

从三峡到白鹤滩,中国的水轮机凭什么甩下所有人?

白鹤滩水电站在建设过程中有六项技术指标位列世界第一:

地下洞室群规模世界第一;圆筒式尾水调压室规模世界第一;300米级高拱坝抗震参数世界第一;无压泄洪洞群规模世界第一;水轮发电机单机容量为100万千瓦世界第一。

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其中最重要的第一,就是这个水轮发电机单机容量世界第一。

水电站的水轮发电机,就像是汽车的发动机、手机的芯片一样,是整个工程最关键的核心部件,单机容量有多大,直接反应了水利发电的技术水平。

央视记者在白鹤滩水电站里,把一枚硬币立在水电站地板上,在硬币下方,发电机组以每分钟111圈的速度旋转,发电功率可以同时为100万台电饭煲供电,1小时发电量可以供三口之家使用超400年。

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记者提问:“同级别,国外能做到硬币不倒吗?”

现场工程师笑着说:“这里面最大的问题是他们没有百万(千瓦)的机组,最大的都在国内。”

“你已经做到最高水平了,俯视下去,你发现周围已经没有其他对手了。”

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百万千瓦级别的单机容量,全世界仅有中国能实现。

中国的水力发电技术,可以笑傲世界的说一声:

我们是真正的No.1。

01.

1963年,电力部水电建设总局副总工程师于开泉在《水利水电技术》杂志上,发表了《关于我国水轮机的若干技术问题》一文。

“我国在水轮机及其附属设备的设计和制造方面发展很快,目前已经能生产出十几种类型的水轮机,基本满足了我国目前水电建设的需要,并为进一步发展水电事业打下了良好的基础。”

“但是由于我国自行设计和生产水轮机的历史还很短,无论在科学研究、设计、材料以及加工工艺等方面还缺少经验,与世界先进的技术水平比较也有落后的环节。”

我们和世界先进技术水平相比落后了多少?

1960年,我国第一座自主设计、自主制备、自主施工建造的新安江水电站竣工,单机容量达到9.5万千瓦。

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前苏联1933年建造的第聂伯水电站,单机容量10.35万千瓦。

美国1934年建造的大古力水电站,单机容量10.8万千瓦。

足足领先了我们27年。

1963年委内瑞拉的古里水电站,最大单机容量高达37万千瓦,是我们单机容量的四倍!

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▲ 古里水电站得到了美国技术援助

我们当时设计和制造机组的参照,都是依据苏联提供的资料和日军当年留下的小型水电站完成的,造出能用的发电轮机组没问题,但是想进一步把轮机做大,我们根本做不到。

“飞机超重了就做大发动机,发动机塞不下了就再做大飞机。”面多了加水,水多了加面。

不是所有的工业设计都能像米格-21这样简单粗暴。

轮机做大,卷入水的空气量也会更大,高压强形成“气蚀”将叶片磨薄,丰水期水压增大就很可能造成叶片断裂。

还有共振问题,水流和气流的共同作用造成轮机压差不稳定,叶片入水角度是多少,向中心机轴补气多少,这都需要周密细致的实验和计算。

最简单的,因为制造水轮机的钢材性能不达标,泥沙都会对水轮机造成巨大的磨损伤害,赶上一年夏天的雨水大含沙量骤增,轮机叶片的使用寿命就会缩短十年。

孱弱的工业底子,让我们的水电事业发展的磕磕绊绊异常艰难。

02.

我国水电事业啃下的第一块硬骨头,是刘家峡水电站,这是我国自主设计、施工和安装的第一座百万千瓦级水电站。

1952年秋至1953年春,水电总局和黄河水利委员会组成联合勘查队,对黄河兰州段展开选址勘探。

1954年,联合勘查队和苏联专家将刘家峡确定为坝址地点。

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▲ 黄河流域水电站分布图

同年,《黄河技术报告》拟定了刘家峡水电站的初步建设规划。

而到正式动工兴建,已经是1958年9月的时候了。

因为掘进设备和人力不足,工程进展并不快,到1961年,因为三年自然灾害的原因,项目被中止了。

1964年,项目复工。

1966年4月,坝体开始开盘浇筑。

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▲ 刘家峡水电站第一块混凝土开始浇筑

1968年10月,电站下闸蓄水。

1969年3月,第一台机组开始发电,到1974年12月,5台机组全部安装完毕正式竣工。

从选址确定在刘家峡,到正式竣工,我们的第一座百万千瓦级水电站走过了整整20年的时间。

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▲ 刘家峡水电站平面布置图

这步路虽然走的艰辛,但播下的成功的种子,已经开始悄然萌发。

1954年,苏联专家指定的初步工程方案中,水电站装机10台,总装机容量100万千瓦。

但到1974年竣工的时候,实际上我们只完成了五台装机,但总装机容量达到了112.5万千瓦。

因为我们在单机容量上实现了巨大的飞跃。

5号机组的单机容量达到了30万千瓦。

用二十年的时间,我们从10万做到了30万。

这背后从来都不是什么质的飞跃,而是中国的水电人一点一点硬啃出来的,你所看到的所有复杂工业品,都是多个学科领域齐头并进的结果,都是一个国家综合工业实力的直接体现。

发电机组折射出的何尝不是中国工业的影子。

他曾经很弱小,你眼看着他一点点变大变强,再然后,他终将迸发出震惊所有人的超级能量。

1976年,龙羊峡水电站动工,1979年截流,1987年开始装机发电。

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同年,前苏联的萨扬诺—舒申斯克水电站正式竣工,这是苏联建成的最大水电站,也是当时全亚洲最大的水电站。

萨扬诺—舒申斯克水电站单机容量64万千瓦,龙羊峡是32万千瓦,差距依然很大。

但对比1960年的时候,我们和世界最先进水平差4倍,现在,只差2倍了。

而这对于中国的水电事业来说,只是个开始。

中国水电站接下来迸发出的强劲能量,将震撼所有人。

1997年2月,李家峡水电站开始装机发电,单机容量40万千瓦。

2000年12月,二滩水电站竣工,单机发电容量55万千瓦。

2003年7月,三峡水电站2号发电机组正式并网发电,单机发电容量达到70万千瓦。

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三年一个台阶,6年的时间我们就从40万做到了70万,这样的速度我们是如何做到的?

03.

实际上三峡工程开建的时候,国内电机厂的设计和生产能力根本做不到70万千瓦容量,我们只能到国际上公开招标。

而我们开出的条件就是:以市场换技术。

外国的厂商想要拿下三峡的的订单,就必须将技术无条件转让给我们。

包括德国福伊特、美国通用、德国西门子、法国阿尔斯通、瑞士ABB等国际巨头,通通都是我们的技术转让方。

为什么这些国际巨头都甘愿将技术转让?

70万千瓦的特大型水轮机组,当时在全世界只有21台。而中国的三峡工程,设计安装量是26台。

一个三峡,比世界上现有的超大型水轮机组之和还要多,没有一个国外厂商会不心动。

国务院三峡建设委员会的决策是,走“技贸结合、技术转让、联合设计、合作生产”之路,逐步实现三峡工程装备的国产化。

这里的关键就是“联合设计和合作生产”。

不仅要把资料都打包给我们,中国专家必须加入到设计团队里,把核心技术学到手,同时轮机的生产还要交给国内的企业来做。

之前很多的技术转让合同里,比如二滩水电站,国外公司只把设计图纸转让给我们,我们只能照着图纸做相同机型的制造。

三峡工程这一次,我们明明白白地告诉所有外国企业,想挣中国的钱,你们必须得留下点真东西。

1996年6月,三峡左岸水轮发电机招标开始,一次性采购14台70万千瓦水轮发电机,在招标文件里特意强调了一点,必须由中国企业为主制造2台机器。

国务院下了狠心,必须要让我们自己的企业学到真本事。

三峡总公司光设计软件转让费就花了1635万美元,把所有用到的开发软件都拿了回来。阿尔斯通把42种用到的设计软件转让给了哈尔滨电机集团,西门子一共向东方电机集团的264人提供了培训。

哈电和东电依托三峡工程,成功地走出了“技术转让——消化吸收——自主创新”三大步,这一做法业界称为“三峡模式”。

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▲ 三峡水轮机发电机转子进行吊装

该转子直径18.8米

加上吊装设备总重近2000吨

后来,在中国高铁和阿尔斯通、西门子的合作中,我们依然用的是这个方法。

2004年,三峡右岸的12台70万千瓦机组开始招标。两家国有企业将和西门子、阿尔斯通等国际巨头正面PK。

这是学生和老师的比试,是一场真正的国际竞争,既要验证我们的企业是不是有能力消化国外的先进技术,也要验证以市场换技术这条道路能不能走通。

2003年10月,两家国企将为右岸开发的模型试验装置和转轮,分别送到了中国水利水电科学院的试验台,将通过试验结果分析比较各家技术的先进性。

哈电和东电顺利过关,某些技术环节上还优于外方,在水力设计、推力轴瓦、冷却方式、定子绝缘技术和线棒制造等方面,均达到世界先进水平,拿下了12个机组中的8个。

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中国的企业,做到了。

6年的时间,我们终于走到了水电机组的世界第一梯队。

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中国的大水电时代,来了!

04.

2003年年底,三峡总公司启动了金沙江上的溪洛渡水电站筹建。

2006年,金沙江上的向家坝水电站也开工建设。

2013年7月,溪洛渡和向家坝都顺利并网发电,单机容量分别达到77万千瓦和80万千瓦,分列世界一二。

在巨型水电机组这一条赛道上,终于只剩下了中国一个参赛者。

白鹤滩水电站,单机容量突破100万,今年7月前首批机组将并网发电,2022年工程完工。

还有乌东德水电站,12组85万千瓦机组,到现在已经有10组并网发电,这个月月底前12组发电机组将全部投入使用。

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▲ 建设中的乌东德水电站

全世界单机容量超过80万千瓦的机组,全部都在中国。

全世界总装机容量突破1000万千瓦的超大型水电站一共有七座,四座都在中国。

全世界径流量最大的10条河流,中国只拥有长江一条,但就是在这一条河流上,我们成为了全世界独一档的水力发电强国。

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▲ 仅在金沙江上就建有四座超级水电站

我们用自己的智慧、决心、信念、拼劲,谱写出属于中国水力发电事业的波澜篇章。

而这,仅仅是一个开始而已。

上海市去年耗电1567亿千瓦时,超过三峡去年的全年发电量。全国前十大水电站年发电量之和,还没有北上广深四个城市年耗电量高。

虽然我们的水电事业已经独步世界,但是相比于我们工业发展的速度,相比于我们用电量的激增,我们现有的水电站还远远不够。

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▲ 十大水电站基本情况一览表

三峡集团2020年在国内投资7000亿,新建6座水电站。

在国际上,三峡集团更是一路高歌猛进。

在巴西,三峡集团斥资234亿收购水电站项目,成为巴西第二大的私营发电企业。在缅甸,三峡集团在萨尔温江(怒江)上将承建东南亚最大的水电站。在全世界,三峡集团在40个国家布局水力发电业务,资产超千亿。

中国建设水电站的发电机组中,滔滔洪流化为无尽的能量,汇入电网之中,点亮万家灯火。

将大自然的馈赠转为最清洁的能源,让更多的家庭在晚上都能亮起一盏明灯。

这就是中国送给世界的浪漫。

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