全球在建規(guī)模最大的白鶴灘水電站，28日實(shí)現(xiàn)首批機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。待白鶴灘水電站全面建成后，預(yù)計(jì)年平均發(fā)電量624.43億千瓦時(shí)，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1968萬(wàn)噸，減少排放二氧化碳5160萬(wàn)噸。

當(dāng)天，記者走進(jìn)白鶴灘水電站，在位于金沙江兩岸山體深處的地下廠房?jī)?nèi)，探秘水電站“心臟”——全球單機(jī)容量最大的100萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組的誕生史。

100萬(wàn)千瓦機(jī)組的前世今生

在白鶴灘電站采用100萬(wàn)千瓦機(jī)組，不是一蹴而就的，而是一個(gè)長(zhǎng)期論證、探索和實(shí)踐的過(guò)程。

哈爾濱電氣集團(tuán)有限公司責(zé)研制白鶴灘水電站右岸8臺(tái)100萬(wàn)千瓦機(jī)組。該集團(tuán)電機(jī)公司副總經(jīng)理陶星明告訴記者，最早在1958年召開的全國(guó)科學(xué)規(guī)劃會(huì)上，專家提交了《三峽樞紐水利機(jī)組容量論證初步意見》，提出研制30萬(wàn)千瓦、45萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦、80萬(wàn)千瓦、100萬(wàn)千瓦水電機(jī)組等5個(gè)方案的構(gòu)想，以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)、尺寸和裝配圖。這是“百萬(wàn)水電機(jī)組”逐夢(mèng)過(guò)程的起點(diǎn)。

2006年至2007年是百萬(wàn)千瓦機(jī)組的醞釀期。當(dāng)年2月，專家向中國(guó)水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院提交了“百萬(wàn)千瓦機(jī)組可行性分析報(bào)告”。同年3月8日，三峽集團(tuán)和華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合發(fā)出了“100萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)征詢書”，行業(yè)內(nèi)的代表性企業(yè)，做出了在白鶴灘電站采用70萬(wàn)千瓦、75萬(wàn)千瓦、80萬(wàn)千瓦、85萬(wàn)千瓦機(jī)組的技術(shù)論證，同時(shí)也大膽提出了百萬(wàn)千瓦機(jī)組的設(shè)置構(gòu)想。

陶星明說(shuō)，2007年8月國(guó)家科技部在科技支撐計(jì)劃設(shè)立百萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究課題，三峽集團(tuán)公司也與哈爾濱電氣集團(tuán)有限電機(jī)公司開展合作，聯(lián)合開展百萬(wàn)千瓦科研項(xiàng)目。

隨著中國(guó)水電技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，尤其是2007年，三峽右岸電站首臺(tái)70萬(wàn)千瓦機(jī)組投運(yùn)，溪洛渡77萬(wàn)千瓦、向家壩80萬(wàn)千瓦機(jī)組研發(fā)工作結(jié)束，中國(guó)擁有了大容量水電機(jī)組完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，標(biāo)志著中國(guó)具備自主研制100萬(wàn)千瓦水電機(jī)組的技術(shù)基礎(chǔ)。

“2011年10月，白鶴灘可行性階段裝機(jī)容量選擇審查會(huì)上，國(guó)家審批通過(guò)100萬(wàn)千瓦機(jī)組可行性。確定了白鶴灘電站全部采用100萬(wàn)千瓦的水電機(jī)組。”陶星明對(duì)記者說(shuō)，此后的過(guò)程中，他們開始圓夢(mèng)之路。

他回憶，當(dāng)年在研討白鶴灘電站機(jī)組單機(jī)容量的時(shí)候，為了穩(wěn)妥起見，有的專家曾提出采用2臺(tái)100萬(wàn)千瓦機(jī)組，其余機(jī)組采用80萬(wàn)千瓦的方案。后來(lái)確定全部100萬(wàn)千瓦，這在世界上也是開山之作。“所以，這個(gè)問(wèn)題，一方面是技術(shù)的超越，成就了市場(chǎng)的需要;另一方面，也是由于市場(chǎng)的需求，催化了技術(shù)的進(jìn)步。”

效率達(dá)96.7%屬世界領(lǐng)先水平

轉(zhuǎn)輪作為水電機(jī)組的“心臟”，是機(jī)組中研發(fā)難度最大，制造難題最多的部件，也是影響機(jī)組運(yùn)行效率和穩(wěn)定性的最為關(guān)鍵的部件，堪稱“水電珠峰上的皇冠”。

陶星明介紹，從2007年啟動(dòng)國(guó)家科技支撐計(jì)劃百萬(wàn)千瓦水力性能研究時(shí)起，大家就站在“高質(zhì)量發(fā)展”的戰(zhàn)略層面，從“為國(guó)家、業(yè)主帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益”的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)出發(fā)，開展國(guó)家科研課題攻關(guān)，對(duì)水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性能等7個(gè)課題進(jìn)行深入研究。

為了破譯“轉(zhuǎn)輪綜合效能最優(yōu)”的極限密碼，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行水頭高、電壓等級(jí)高、容量大等特點(diǎn)，因地制宜地對(duì)發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行多輪次優(yōu)化設(shè)計(jì)，水輪機(jī)的模型轉(zhuǎn)輪先后研制了13個(gè)轉(zhuǎn)輪模型。

經(jīng)過(guò)多番比較，他們最后創(chuàng)新性地選擇采用15長(zhǎng)15短的長(zhǎng)短葉片結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪。通過(guò)堅(jiān)持不懈地努力，將白鶴灘轉(zhuǎn)輪的最優(yōu)效率提升到96.7%，轉(zhuǎn)輪運(yùn)行的穩(wěn)定性達(dá)到新的高度。

陶星明稱，“同臺(tái)對(duì)比結(jié)果表明，我們研發(fā)的水輪機(jī)模型的最優(yōu)效率、加權(quán)平均效率和水力穩(wěn)定性等綜合指標(biāo)，均達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。”

之所以選擇長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪，陶星明解釋，是因?yàn)榭春昧怂鼉?yōu)異的綜合性能。與常規(guī)轉(zhuǎn)輪相比，長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪顯得更加“全能”，它完美綜合了長(zhǎng)葉片和短葉片的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)組運(yùn)行的能量轉(zhuǎn)換更充分、穩(wěn)定性更好、空化性能更優(yōu)良，進(jìn)一步提高了機(jī)組運(yùn)行效率最高效率和加權(quán)平均效率，讓機(jī)組在全負(fù)荷運(yùn)行范圍內(nèi)的穩(wěn)定性與安全性實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛越，可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷調(diào)節(jié)運(yùn)行。

從2018年4月至2021年6月，歷時(shí)3年多的時(shí)間里，他們研制完成的直徑8.87米、高3.8米，總重338噸的轉(zhuǎn)輪全部達(dá)到或優(yōu)于精品標(biāo)準(zhǔn)，第三臺(tái)更是創(chuàng)下全球首個(gè)巨型長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪“零配重”的突破性業(yè)績(jī)，堪稱打造了一顆白鶴灘水電機(jī)組的“天然優(yōu)異心臟”。

陶星明說(shuō)，就像一部密集交織的網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)輪研制的每一個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。“在制造過(guò)程中，我們實(shí)施精細(xì)化方案，全工序提升制造精度，通過(guò)改進(jìn)焊接程序，轉(zhuǎn)輪焊縫一次交檢合格率大幅提升;采用專有的長(zhǎng)短軸翻身技術(shù)，避免了翻身時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)輪尺寸產(chǎn)生不利影響;特有的熱處理支撐工具，確保轉(zhuǎn)輪在580攝氏度高溫下不變形;先進(jìn)的光學(xué)數(shù)字測(cè)量技術(shù)，使轉(zhuǎn)輪葉片安放角度偏差控制在±0.5°以內(nèi)，精度提高2倍以上。”

據(jù)悉，白鶴灘100萬(wàn)千瓦機(jī)組作為中國(guó)水電引領(lǐng)全球的又一張“國(guó)家名片”，在水電工程建設(shè)史上，具有劃時(shí)代的里程碑式意義，創(chuàng)造了水電裝備新的世界紀(jì)錄。

待白鶴灘水電站全面建成之后，將與金沙江上烏東德、溪洛渡、向家壩，以及三峽、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。