刚刚,距离竣工又近了一步

作者:正则灵均

本文转载自:地球知识局(ID:diqiuzhishiju)

刚刚,距离竣工又近了一步

作者:正则灵均

提到金沙江,你会想到什么?

你也许会想到诸葛武侯的“五月渡泸,深入不毛”,也许会想到南朝《千字文》中的“金生丽水、玉出昆冈”,也许会想到七律《长征》中的“金沙水拍云崖暖,大渡桥横铁索寒”,也许会想到“三江并流”区域这个世界级生物多样性基因库。

两厓峻极若登天,下视此江如井里

(金沙江大拐弯 图:图虫创意)▼

刚刚,距离竣工又近了一步

不过,生在一个被称作基建狂魔的国家,你也许还会想到一项超级工程:坐落在金沙江上的大国重器

今天,位于金沙江下游的白鹤滩水电站12号机组顺利通过72小时试运行,正式投入商业运行。这是白鹤滩水电站投产发电的第13台水轮发电机组。这意味着,这一超级工程距离全面竣工又近了一步。

白鹤滩水电站的建成

使我们向碳达峰、碳中和的目标又前进了一步▼

刚刚,距离竣工又近了一步

(白鹤滩水电站 底图:google map)

刚刚,距离竣工又近了一步

白鹤滩水电站是一座总装机世界第二的超级水电站,仅次于长江三峡水电站,也是世界在建规模最大技术难度最高的水电工程。它位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的金沙江下游干流河段上

白鹤滩水电站所处位置

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白鹤滩水电站构成示意图

(图:中国电建华东院)▼

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白鹤滩水电站共安装16台单机容量100万千瓦水轮发电机组,其中1号至8号机组布置在左岸厂房,已全部投产发电,9号至16号机组布置在右岸厂房,再有3台就“水力全开”了。

又一大国重器开张营业了!

刚刚,距离竣工又近了一步

毫无疑问,这也是一项值得国人骄傲的“国之重器”,尽管相比光伏、新能源汽车,水电似乎并没有那么受资本追捧,但不得不承认,水电对我国电力保障供应、能源结构优化起着十分重要的作用。

什么是水电?

水电的历史

人类利用水能资源的历史已经有数千年,早在我国汉朝时候起,劳动人民便开始利用集水车轮碾谷,同期古希腊和印度也有关于水轮磨坊的记载。

人类对水能的开发从小溪小河到大江大河

未来对水能的开发又会是怎样的呢?

(《王祯农书》卷十九水磨插图 图:wiki)

向左滑动看全图-▼

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刚刚,距离竣工又近了一步

1878年,世界第一座水电站在法国建成。中国大陆的第一台水电站则是1910年开建、1912年投产的云南石龙坝水电站

车间门口楹联写着“机本天然生运动,器凭水以见精奇”

(图:wiki)▼

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石龙坝发电厂第一车间内的中国第一台水轮发电机

(图:wiki)▼

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20世纪上半叶,美国和加拿大在水电领域处于全球领先地位,30-40年代,美国先后有两个装机创世界纪录的水电工程投产,一个是1936年建成的胡佛水电站(134.5万千瓦),另一个是1942年建成的大古力水电站(投产时装机197.4万千瓦,现有装机680.9万千瓦)。

胡佛水电站身后就是美国体积最大的水库米德湖

(图:wiki)▼

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大古力水电站现为美国最大的水电站(图:wiki)▼

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60-80年代,大型水电站开发浪潮主要集中在苏联、拉美和加拿大。1984年,位于巴西和巴拉圭边境的投产的伊泰普水电站,装机1260万千瓦(后扩容至1400万千瓦)。

当年的施工条件还比较简陋

看似很”酷“实则充满了危险

(图:wiki)▼

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白鹤滩水电站建成后

取代了伊泰普水电站世界第二大水电站的位置

(图:wiki)▼

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90年代以来,巴西和中国后来居上,成为了水电建设的主力军。2003年,中国三峡水电站投产,装机容量2250万千瓦,成为目前世界上最大的水电站。

还得是基建狂魔,水电站前二都在咱们长江上

(图:wiki)▼

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水电的原理

一言以蔽之,水电站的原理就是将水的重力势能转换为水轮机的动能,再利用发电机将动能转换为电能,具有技术成熟、成本低、可再生、清洁低碳等优点。这也就意味着,如果想建水电站,光有大江大河还不够,还需要有个落差。

水力发电原理(参考:wiki)▼

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一般而言,水力发电机组由水轮机、发电机、调速器、励磁系统等组成。水轮机将水流的能量转换成旋转机械能,根据水轮机转轮所转换水流能量的形式不同,水轮机可分为冲击式水轮机和反击式水轮机。

发电机一般包括转子、定子、机架、导轴承、冷却器等。以水轮机为原动机,将水能转化为电能。

水轮机和发电机剖视图(图:wiki)▼

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调速器根据电网负荷的变化,相应地调节水轮发电机组有功功率的输出,维持机组转速或频率在规定范围内,以保证供电质量和供电可靠性。

励磁系统的作用是调节发电机电压和无功功率。

水电站可以分成两个大类:常规水电站和抽水蓄能电站。我们前面提到的三峡也好、白鹤滩也好,都是常规水电站

抽水蓄能电站则是储能设施的一种,建有上下两座水库,在电网负荷低谷时,将下水库的水抽到高处上水库存蓄,待电网负荷高峰时放水发电。

抽水蓄能电站(参考:wiki)▼

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中国是水电大国,目前已有超过4万座水电站。自2012年三峡最后一台机组投产,十年来我国水电事业发展成绩令人惊叹。2012年至2021年,我国水电装机容量从2.49亿千瓦增长至3.9亿千瓦,水电发电量从0.9万亿千瓦时增长至1.34万亿千瓦时。

中国一直在不断地超越自己

这些数字不久后也将再度刷新

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2014年以来,我国的水电装机容量和发电量一直稳居世界第一。水电业务遍及全球140多个国家和地区,占据了海外70%以上的水电建设市场份额。

至2021年底,我国水电总装机占到我国电力总装机的16.4%,其中常规水电3.55亿千瓦,抽水蓄能3639万千瓦。2021年我国水电发电量占总发电量的16%,其中常规水电发电量1.3万亿千瓦时,抽水蓄能发电量390亿千瓦时。

中国水电装机一直在稳步增长

其中常规水电占了水电装机的绝大部分▼

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也就是说,全国每10度电中,就有约1.6度来自川流不息的江河。

当然,只说水电的数据,可能没那么直观,我们不妨和风电、太阳能等新能源比较一下。

2021年,我国风电加太阳能装机共计6.35亿千瓦,占全国电力总装机的26.7%,乍一看比水电16.4%的占比高了10个百分点,但其利用小时数要远低于水电。2021年我国风电利用小时数2231小时,太阳能(6000千瓦以上)为1282小时,水电则为3606小时。

水电不仅清洁,可再生,而且还有价格优势

与其他传统能源相比,性价比很高

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发电量占比方面,水电和新能源差距就小得多了,分别为14.9%和18.1%。尽管水电也有部分“靠天吃饭”的属性,枯水期出力会降低,但其稳定性要远高于“任性”的风电和光伏。

水电装机不多但利用率高,发电量还是很可观的▼

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为什么是金沙江?

金沙江是长江的上游,因江中沙土呈黄色而得名。长江的不同河段,有着不同的名称。

曲口至青海省玉树县境的巴塘河口,称通天河,长813千米;

巴塘河口至四川省宜宾岷江口,称金沙江,长2308千米(其中玉树至石鼓为上段,石鼓至攀枝花为中段,攀枝花至宜宾为下段);

宜宾岷江口至长江入海口,约2800余千米,通称长江

横屏-宜昌以上为长江干流的上游

宜昌至湖口为中游,湖口以下为下游▼

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金沙江流域面积47.32万平方公里,约占长江流域面积26%,落差5100米,占长江干流总落差的95%和水力资源的40%以上,由于金沙江坡陡流急,落差大且集中,因此并不适合航行。

”虎跳峡谷天下险“金沙江之险可见一斑

(图:shutterstock)▼

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但由于其水量丰沛且稳定,其水能资源的富集程度放眼全球都首屈一指。因此,金沙江也成为了我国具有重要战略地位的、最大的水电基地

特别是金沙江下段,由于雅砻江的汇入,使得金沙江的流量大增,水能资源最富集。我们最开始提到的白鹤滩水电站,就位于金沙江下段。

随着雅砻江的汇入,金沙江的河道拓宽了许多

实际上长江80%的入海水量

都来自雅砻江河口至鄱阳湖口段

(底图:google map)▼

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除了白鹤滩之外,还有另外3座大型水电站,分别是乌东德、溪洛渡、向家坝。四座水电站总装机4781万千瓦,比两个三峡水电站都大。

这四座水电站的落差也是真的大

水能资源很难不充沛

(参考:wiki)▼

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白鹤滩水电站是个怎样的工程

根据《人民日报》的报道,这项超级工程创造了时下水电建设的6个全球第一

单机容量100万千瓦全球第一

圆筒式尾水调压井规模全球第一

地下洞室群规模全球第一

首次在300米级特高拱坝全坝

使用低热水泥混凝土

无压泄洪洞群规模世界第一

其中,白鹤滩百万千瓦水轮发电机组的研制、安装调试难度远大于世界在建和已投运的任何机组,被誉为当今世界水电行业的“珠穆朗玛峰”。

主机设备与安装过程

(图:中国电建华东院)▼

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制造方面,白鹤滩实现了一次安装完成、一次启动成功、一次试运行成功。更厉害的是,从设计到制造安装,白鹤滩水电站实现了全过程国产化

全国产,我骄傲!

(图:中国电建华东院)▼

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而在三峡工程开工前,我国只能设计制造32万千瓦的水电机组,三峡工程使用的70万千瓦机组,则是引进了国外的技术。

此后,我国用7年时间成功研制出自己的70万千瓦水电机组。而后,经过溪洛渡、向家坝、乌东德水电站建设,国产水电机组的单机容量提升至85万千瓦

位于金沙江下游的溪洛渡水电站

共安装18台单机容量77万千瓦的水轮发电机组

(图:图虫创意)▼

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到了白鹤滩,我们终走到了一个“无人区”——成功攻克了100万千瓦,实现了从跟跑者,到并跑者,再到领跑者的蜕变。

白鹤滩水电站左岸主厂房内的每个水轮机组转轮

都是高3.92米、直径8.62米、重达350吨的“巨无霸”

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单机容量100万千瓦,什么概念呢?

由于资源禀赋的限制,当前我国最主要的电源依然是煤电,至2021年底,我国煤电装机约11.1亿千瓦,占全国电力总装机约46.7%。煤电中,参数最高、煤耗最低的一类机组是超超临界机组,有66万千瓦的,百万千瓦的,全球单机容量最大的机组是135万千瓦。

我们可以通过下图直观感受一下百万千瓦机组是一个怎样的庞然大物。

上海外高桥发电基地总装机共计508万千瓦

约占本地煤电装机的三分之一、总装机的近18%

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上图由远及近,分别是亚临界机组、超临界机组和超超临界机组。其中,最近的两台机组均为单机容量100万千瓦的超超临界机组。

而白鹤滩单机容量就达到了100万千瓦(白鹤滩表示,全投产的话,这么大的机组我一共有16个),其水电站年发电量也很惊人,约624亿千瓦时。

一个白鹤滩相当于三个外高桥发电基地有余▼

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这个发电量已经大于或接近很多省会城市了(以2021年城市全社会用电量来做比较,杭州为910亿千瓦时,南京约为683.57亿千瓦时、郑州约为595.5亿千瓦时,西安约为489.37亿千瓦时),每年可节约标准煤1968万吨,减排二氧化碳5160万吨。

而白鹤滩所发出来的电,也将通过“白鹤滩-江苏”“白鹤滩-浙江”两个±800千伏特高压直流输电工程,源源不断地为华东地区提供强劲的电力支撑,为长三角经济高质量发展注入源源不断的绿色底气

通过这些西电东送的“高速路”

白鹤滩水电站电能7毫秒就能送到千里外的华东地区

实现真正的“超级闪送”

(图:中国能建中电工程)▼

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封面:图虫创意

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