中国再出手，白鹤滩投产发电！全球唯一百万千瓦机组水电站多难建

　　2021年06月28日一则消息引起全网关注，全世界第二大水电站白鹤滩水电站，首批机组正式投产发电，我国打造的又一＂重器＂已经开始逐步投产。一个水电站，为什么能被称为＂国之重器＂？白鹤滩水电站究竟有多厉害？
　　白鹤滩水电站有多难建？
　　白鹤滩水电站是全世界在建规模最大、单机容量最大、技术难度最高，发电量仅次于三峡水电站的世界第二大水电工程。
　　白鹤滩水电站为国家I级工程，整个白鹤滩水电站由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统 等组成。整个拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289m，相当于一个百层高楼。
　　而坝体最厚处达到83.91m，共浇筑混凝土方量约803万m³。胡夫金字塔使用235.2万立方米的石材，如果用混凝土浇筑，需要的混凝土还不到白鹤滩的三分之一。不过混凝土用得多就要担心一个问题，那就是混凝土开裂的问题。建筑坝工界有个说法叫＂无坝不裂＂ 。
　　其原因是混凝土用的是水泥，浇筑建筑时必须加水，但水泥会发生水化反应。
　　水化反应是个极其复杂的化学过程，水泥里矿物比较复杂，包含硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、石膏、盐等多种物质组成。所以水化反应不仅包含矿物，还包括混合材料的反应。尤其是硅酸二钙、硅酸三钙在水泥中的占比高达75%以上。
　　这些物质遇水后会有化学反应，产生水化碳酸钙和氢氧化钙，尤其是氢氧化钙强度很低，极其容易开裂。而且水化反应的过程中会释放大量的热，导致整个水泥温度升高，但反应结束后温度又会降低，由于热胀冷缩原理，很容易造成水泥内部引力变化较大。
　　坝体仓面体积越大，受到的影响就会越大，所以会造成裂缝。如果施工出现裂缝，后期的运行挡水时，内部应力变化会更加剧烈，必然会导致裂缝进一步蔓延，发展成贯通性大裂缝，严重的情况下造成坝体垮塌。
　　这样的事儿在印度已经屡见不鲜。印度有个用时42年花了22亿修的水电站，用了22个小时就发生坍塌，很有可能是在施工中就没有处理好裂缝，遇水后裂缝不断扩大导致的。这完全是施工工艺不达标和监理不作为导致的，但印度政府却说是老鼠洞造成的。真是硕鼠硕鼠，无食我黍，三岁贯女，莫我肯顾。
　　白鹤滩项目从2017年4月开始浇筑，至今都没有出现一条温度裂缝。而且白鹤滩的大坝坝顶弧长约209m，共有31个坝段，海拔在750m以上地区设混凝土垫座，整个坝体仓面体积实在庞大。而且坝下还有数个泄洪设施，包括6个表孔、7个深孔和左岸的3条泄洪隧洞，这些地方建设时，更加容易受到水的侵蚀。
　　但是白鹤滩项目却做到了混凝土建筑的世界级难题－温控防裂。可以说是创造了工程史上的奇迹。我们的工程师究竟是怎么做到的呢？
　　为了解决这个问题，白鹤滩的施工团队可以说是用心良苦，在建设过程中使用了低热水泥。低热水泥水化后的温度会比正常水泥低3～5℃，但是施工过程中就有了一个要求，整个坝体在施工时最高温度低于27℃，重点和承重地区温度不能超过25℃。
　　为了达到这个要求，项目部在白鹤滩大坝施工处，装了6000多支温度传感器和8万米长的测温光纤构。通过智能化系统进行温度监测，并在施工处安装了辅助智能通水系统，通过智能系统，自动进行物理降温。
　　但是四川也是出了名的＂火炉＂，夏季温度很容易超过40℃，为了解决这一问题，施工团队开始对混凝土控温。在制作过程中加冰搅拌控温，从拌和楼运出的混凝土的平均温度，不能超过7℃，运到仓面时，混凝土温度不能超过12℃。
　　在施工工程中，需要通过辅助通水系统，进行自动干预，通过传感器数据，加上后台大数据算法，自动算出需要水量，进行自动通水降温，工程师只需要在后台按时检查系统即可。所以说白鹤滩施工技术难度高，技术应用难度也很高。
　　除了以上这些，白鹤滩的单机容量也是全球最大的。这次白鹤滩水电站发电机组都是国产的，是由东方电气和哈电集团制造，整个项目共使用16台100万千瓦的发电机组，两家各生产8台。100万千瓦的发电机组也是世界之最，目前也只有我国能制造出来。
　　白鹤滩水电站项目招标时，东电和哈电以绝对技术优势击败美国通用和通用旗下的阿尔斯通，以及德国福伊特等能源公司，获得订单。而项目左岸的机组就是东方电气生产，右岸的机组由哈电集团生产。
　　这次白鹤滩发电站只有1号和14号机组组网发电，其原因是工程项目都建设完成后需要调试、测试、试运行之后才能最终投入使用，需要一定的周期。随着时间推移，所有机组会陆续投入生产。
　　从这次白鹤滩水电站的建设过程中，能看出我国的水电技术已经冠绝天下。但从一无所有到制霸全球，这一路走得并不轻松。
　　中国水电的发展历程
　　1912年世界第一台水轮发电机在德国制造，开启了水电发展之路。但是我国的水电发展却经历了太多坎坷，新中国刚刚建立，我国工业一穷二白，那时候全国水电装机容量仅36万千瓦。
　　当时我国不仅技术家底薄，而且生产资料也极度匮乏，又加上西方国家对我们实施经济和技术封锁，发展举步维艰。不过苏联的技术支持下，我国慢慢开始取得了一些成绩。
　　那时候我国初步掌握了100米级混凝土坝和土石坝、100兆瓦级装机容量的水电建设技术，在1957 年 4 月开始了我国第一座大型水力发电站，新安江水电站的建设工作。电站总装机容量 66.2万千瓦，年平均年发电量达到18.6 亿千瓦时。
　　1958年9月，黄河流域的刘家峡水电站开工建设，其下游的盐锅峡、八盘峡水电站也相继开始施工并投产。
　　到了1975年，总装机容量122.5万千瓦的刘家峡水电站建成，堪称是中国水电发展史上的里程碑式的项目。
　　截至1979年，我国水电装机容量达到1911万千瓦，年发电量达到547亿kWh。
　　随着我国开始实施改革开放，水电行业也迎来改革，开始引进外资、国际先进管理经验和水电技术，建设了鲁布革和二滩水电站。鲁布革水电站不同之处在于，它是我国首次在世界银行贷款建设的水电项目。工程建设也是首次实行招标投标制，并引入竞争机制，让我国水电项目出现了新的改变。
　　而二滩水电站，作为我国首个在世界银行贷款最多的项目，同时实行国际招标并与国际接轨，大幅促进我国水电建设技术和设备制造能力的提升。这一系列的成功也推动了我国三峡水利枢纽的立项。加上我国西部大开发战略和＂西电东送＂战略，极大地促进了我国水电发展。
　　2004年我国黄河公伯峡水电站投产，让中国水电装机总容量突破1亿千瓦，位居世界第一。虽然我国大力引进西方的技术和管理模式，但不可忽略的是，那时我国水电技术和西方国家还有较大差距。
　　在2006年5月，在白鹤滩可行性研究审查会上，我国水利工程专家潘家铮院士曾说到：＂白鹤滩水电站这个项目，在相当长的时期内遥不可及，要这个项目落地，需要领导的高瞻远瞩和果断决策。＂
　　为什么潘院士这么说？
　　主要原因是最先进的水电机组的核心技术都在外国企业。从改革开放开始，我国积极引入的技术和资金，让我国水电的技术和实力有了显著进步。但是整体技术和生产工艺上和西方仍有一定差距。所以我们国家从三峡机组招标开始就已经开始布局。
　　三峡水电站预计安装32台70万千瓦水轮机组，是当时世界上最大的混流式水轮发电机组。大型水轮发电机组是核心设备，制造难度极大，那时候全球能造的国家也没几个。
　　国家决定通过国际招标，引进国外先进技术，提升我国企业竞争力。以哈电和东电牵头，实现70万千瓦水轮发电机组国产化。
　　多家公司成为联合体寻求合作，最终法国阿尔斯通中标8台水轮机、瑞士ABB中标8台发电机，与哈电合作联合制造。
　　由德国福伊特、加拿大通用电气与德国西门子组成VGS联合体中标6台，与东方电机厂合作制造。
　　14台机组共耗费7.4亿美元，相当于那个时候的60亿元人民币，单台造价约4.3亿元人民币，实在不菲。
　　两个联合体拥有两个不同的结构设计，也让国内企业涨了见识。当进行技术转移时，两家企业开始对水电技术进行学习和模仿。
　　为了缩小差距，两家企业派出数百人次去国外外培，一股脑地将先进技术学了回来，包括多项核心技术，涉及水轮机水力设计与模型试验、发电机电磁设计、大部件强度刚度计算等。
　　2004年和2007年，在三峡工程第二轮和第三轮招标过程中，阿尔斯通总体评价第一，哈电和东电望其项背，最后这三家一起瓜分了剩下的18台机组的合同。
　　通过三峡工程，我国企业不仅掌握了核心技术，还在此基础上不断创新，在2010年以后我国水电技术基本和西方持平。之后随着中国水电项目越来越多，我们开始逐步超越西方。
　　在白鹤滩的招标中，哈电和东电机组的技术性能略胜一筹，因此中标，所以白鹤滩水电站也是我国首个实现全国产化的水电项目。
　　我们为什么要大力发展水电？
　　提高能源效率和发展可再生能源，已成为全球能源发展的核心，众多国家已将可再生能源发展列入国家能源发展战略。
　　其主要原因就是因为化石能源污染严重，尤其是2011年PM2.5进入我国普通民众视野之后，环境问题就更加引起了国人的关注。
　　美国NASA早在2004年就通过遥感卫星发现我国雾霾的存在，2005年我国广东地区曾出现100多天的雾霾天气，但那时候大家还没有把雾和霾区分清楚。
　　2012年12月15日医学杂志《柳叶刀》曾描述，PM2.5每年造成全球约320万人死亡，7400万人的健康受到影响。而我国在2010 年就因为雾霾导致了120万人死亡和2500万人的健康受到影响。
　　在这种情况下，我国于2013年发布《大气污染防治行动计划》，投入了前所未有的力度开始进行环境保护工作。用天然气等清洁化石能源代替煤来发电。但是＂煤改气＂政策或加剧了能源贫困，首先天然气价格高，增加了发电成本。同时我国建立了大量的煤电发电厂，煤炭遭到限制，导致电力供应不足。
　　随着技术的不断发展，我国逐步解决了此类问题，天然气供应稳定，加上国家宏观调控，天然气价格整体较低，所以天然气消费量开始逐步增长。
　　同时煤电厂也开始升级，开始使用新一代的煤电技术，污染物排出大幅下降，我国pm2.5整体向好，2020年为优良的天数达到330天，比2013年增加126天。
　　但此时又遇到了新的问题，那就是碳排放问题。
　　随着人类工业发展，大气中二氧化碳浓度持续上升，这会直接导致全球变暖，并给空气和海洋提供能量动能，导致超大型台风、飓风、海啸等灾难频繁出现。
　　同时气温升高会加大陆地水分的蒸发量，造成干旱，导致粮食减产，对渔牧农桑都会造成影响。
　　加上大气中二氧化碳含量上升，海水吸收后导致酸化，破坏海洋生物平衡，大量微生物死亡，造成海洋生物链层断裂，间接影响整个海洋生态。
　　最不能忽视的就是，气温升高也会给人类生理造成影响，促使人类患上病症的风险越来越高，甚至有滋生出新疾病的可能。所以减碳工作也十分重要，这也是我国实行＂双碳计划＂的原因。
　　但是减碳工作也是徐徐渐进的，贸然进行减碳，必然对我国的发展造成严重影响。所以为了长远考虑，我国开始加大对水电项目的投入和改造。
　　慢慢降低对煤电的使用，近10 年我国煤电发电占比下降超15%。而水力发电比例逐步提高，2020年我国全社会用电量增长3.1%，而水电发电量增长4.1%，发展稳定。
　　同时随着我国在水电技术的积累越来越完善。以东电和哈电为主的企业，开始把国内积累的经验带到国外，在国外屡获大单。
　　巴西杰瑞水电项目、埃塞俄比亚的水电项目、巴基斯坦巴罗塔水电等数十个水电项目都有我国企业承建或者用了我国的设备，大力地促进了当地电力发展，也为经济发展打下基础。
　　老子云：善行无辙迹，善言无瑕疵，善数不用筹策。所以故善基建者无言，却得天下发展所需，此乃大道。
　　可以说，中国的水电，不但造福了整个中国，也让全世界人民都感受到了实实在在的好处。