“明珠”闪耀世界最大清洁能源走廊（科技名家笔谈）

　　白鹤滩水电站。 　　（无人机拍摄）

　　作者张超然肖像画。 　　张武昌绘

　　张超然（前排右二）在水电工程现场。 　　陈 涛摄

　　白鹤滩水电站地下厂房内的水轮发电机组。 　　庄志斌摄

　　根据近日发布的数据，长江上的白鹤滩、乌东德、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝6座梯级水电站高峰发电超过7000万千瓦，其中金沙江白鹤滩水电站高峰发电达1600万千瓦，实现投产以来首次满发运行，为有效缓解中国区域供电紧张局面，满足广大人民群众生产生活用电需求作出了重大贡献。

　　2021年6月，白鹤滩水电站首批机组正式投产发电。白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，是当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程。全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组，实现了我国高端装备制造的重大突破。

　　2022年12月，白鹤滩水电站全部机组投产发电，标志着世界最大清洁能源走廊在长江之上建成，对保障长江流域防洪、发电、航运、水资源综合利用和水生态安全具有重要意义。这一重大工程也显示出中国大型水电工程建设从“中国制造”到“中国创造”的跨越。

 

　　中国水电开发大有可为

　　电是人类生产生活不可或缺的能源。水电是全球公认的清洁、优质、灵活的可再生能源，具有无污染、运行成本低、资源利用率高、便于电力调峰等特点，开发综合效益高。在河流、湖泊上修建水电站，通过引水管、水轮机、发电机等设备将水能转化为电能，可以实现水力资源的可持续利用。在传统能源日益紧张的背景下，不少国家都在大力开发水电资源。除此之外，一些大中型水电站作为水利枢纽工程，还有防洪、减灾、供水、航运、灌溉等功能，成为促进国家经济社会发展的重要基础设施。

　　中国是水能资源大国，水电开发历史较长。早在1912年，中国第一座水电站——云南石龙坝水电站就已建成发电。但直到1949年，全国水电装机容量仅36万千瓦，水电开发迫在眉睫。新中国成立后，水电建设蒸蒸日上。从自主勘测、设计、施工和制造设备的新安江水电站，到“万里长江第一坝”葛洲坝水利枢纽工程，再到世界上规模最大的水利枢纽工程——三峡工程……历经70余年，中国水电建设取得举世瞩目的成就，为解决电力短缺和洪旱灾害问题提供了巨大支撑，促进了国家经济社会发展。在这一过程中，中国水电技术取得长足发展，为白鹤滩水电站建设奠定了扎实的技术基础。目前，中国水电已探明可开发装机容量约6.87亿千瓦，年均发电量约3万亿千瓦时。面对这个能源库，我们的水电开发大有可为，前景广阔。

　　一座电站创6项世界纪录

　　白鹤滩水电站不仅是当代水利枢纽工程的集大成者，更是技术上的创新者、引领者。白鹤滩水电站位于长江上游金沙江河段，总装机容量世界第二，电站装机容量1600万千瓦，多年平均发电量624.43亿千瓦时，源源不断地将清洁电能输送到江苏、浙江等沿海经济发达地区。等量换算的话，其一年的发电量可满足6500万人全年生活用电需求。

　　建设这样一座超级水电站，需要几代人共同努力。上世纪50年代，国家组织相关水电勘测设计单位和中科院对金沙江开发开展了大量普查、勘察、规划和一系列筹备工作。党的十八大之后，白鹤滩水电站开工建设，吹响了中国攀登世界水电“珠峰”的号角。10年间，建设者们团结协作、攻坚克难、精益求精，先后创造了水电机组单机容量世界第一、地下电站洞室群规模世界第一、无压泄洪洞群规模世界第一等6项世界纪录，将白鹤滩水电站打造成名副其实的超级工程。

　　用先进技术筑成“无缝大坝”。大坝是水电枢纽工程的核心建筑，只有大坝质量过硬才能截住水。白鹤滩水电站大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289米，相当于100层楼高，从空中俯视犹如一个弯曲的、薄薄的鸡蛋壳镶嵌在金沙江河谷中，十分宏伟壮观。建设过程中，我们在温控理论、坝工设计、混凝土原材料、施工工艺和养护维护等多个领域实现了技术突破。比如，温度裂缝是由混凝土内外温度变化产生的裂缝，也是大坝建设面临的普遍难题。白鹤滩水电站全坝采用低热水泥混凝土，我们优化完善了大体积混凝土温控理论，形成了一整套相关施工工法和工艺，为“无缝大坝”提供了坚实保障。大坝内部还累计埋设了300万米长的冷却水管，借助1万多个传感器，运用物联网、云计算、智能控制等先进技术，可以进行故障自我诊断、温度流量异常报警等。在这套智能温控系统和智能混凝土运输、浇筑成套设备的支持下，截至目前，大坝没有发现一条温度裂缝。

　　研制百万千瓦水电机组，向世界水电“无人区”进军。如果说大坝是水电站的躯干，发电机组就是心脏。心脏够强，水能才可以充分、稳定地转化成电能。白鹤滩水电站就拥有一颗“大心脏”——16台百万千瓦水轮发电机组。研制这一级别的水电机组没有先例可以参考，犹如攀登水电行业的“珠峰”。建设者攻克了发电机组结构、水力设计、发电机通风、机组总体设计等一个又一个技术难题，把核心技术牢牢掌握在我们自己手中。比如巨型转轮“零配重”，即用一根手指的力量就能拨动巨大的转轮。转轮是决定发电机组能量转化的关键部件，一旦出现质量偏心，会影响机组安全。为保证重达330吨的转轮不出现质量偏心，白鹤滩水电站通过现场建厂解决运输难题，采取转轮全低氢焊接、三维模拟精准确定、转轮过程监控等措施，实现了“零配重”。从运行效果来看，白鹤滩水电站发电机组的效率、稳定性等指标均处于国际领先水平。高50米、重逾8000吨的机组，整体振动、摆度值只有头发丝宽度。

　　泄洪洞群堪称精品，如“地下迷宫”。作为水利枢纽工程，白鹤滩水电站在汛期需要泄洪。为此，水电站左岸布置了3条无压泄洪洞，单洞最大泄洪流量4083立方米/秒，水流可以每小时180公里的速度通过。针对泄洪洞流速高、坡度陡、流量大等难题，运用衬砌混凝土智能化温控防裂等新技术，泄洪洞混凝土实现了“平整光滑、抗冲耐磨、内实外光、体型精准、零缺陷”的目标。为洪水修建的这3条“高速公路”，共同构成了世界上最大的无压泄洪洞群。目前，光滑如镜、可以清晰照出人影的泄洪洞经受住了水库高水位泄洪运行的实践检验。

　　打造中国水电“国家名片”

　　随着白鹤滩水电站16台机组全部投产发电，长江干流上的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝等6座水电站连珠成串，共同构成了一条跨越1800公里的世界最大清洁能源走廊。这条走廊上的110台水电机组，总装机容量7169.5万千瓦，年均生产电能约3000亿千瓦时，可满足3.6亿人一年的用电需求，能有效缓解华中、华东地区及川、滇、粤等省份的用电紧张情况，为电网安全稳定运行和“西电东送”提供有力支撑。通过流域梯级电站联合调度，不仅扩大了发电效益，实现了“一滴水发六次电”，还将更好发挥水电站防洪、航运、生态保护、水资源综合利用等多种功能。

　　这条走廊生产的电能替代了大量化石燃料，助力实现“双碳”目标。仅白鹤滩水电站所有机组全部投产发电后，每年就可节约标准煤约1968万吨，减少二氧化碳排放约5160万吨，是名副其实的中国绿色能源“明珠”。6座水电站每年可节约标准煤约9045万吨，减少二氧化碳排放约2.48亿吨，为改善中国能源结构发挥积极作用。

　　“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出：“推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。”白鹤滩水电站作为能源领域的大国重器，在人类水力发电史上写下了浓墨重彩的一笔，使中国水电的国家名片更加闪耀。这一超级工程的建设，显著提升了我国水电设计施工和装备制造全产业链、价值链、供应链的水平，进一步巩固了中国水电作为世界引领者的地位。相信在各方努力下，白鹤滩水电站后续各项工作将不断取得新进展，为实现“双碳”目标，促进经济社会发展作出更大贡献。

　　［作者张超然为中国工程院院士、中国长江三峡集团公司科学技术委员会顾问，曾任中国长江三峡工程开发总公司（中国长江三峡集团公司）总工程师］

 

　　中国科协科学技术传播中心、陈嘉庚科学奖基金会和本报合作推出

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