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        全球第一 大涼山的水電“巨無霸”來了|大國工程我來建

        分類:
        行業新聞
        作者:
        來源:
        發布時間:
        2022/10/14 08:23
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        【摘要】:

        全球第一 大涼山的水電“巨無霸”來了|大國工程我來建

        北緯26°91’,東經102°93’,在四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江峽谷上,一座全球在建裝機規模最大水電站拔地而起——金沙江白鶴灘水電站。

        金沙江上,陡壁叢生,江水滔滔。巨大的落差,讓無數代水電人在此找尋中國水能發展的契機。從青海省唐古拉山主峰各拉丹冬雪山發源,穿行于川、藏、滇三省區之間,形成我國最大的水電基地,金沙江是“西電東送”的主要電源點。而白鶴灘水電站,是這條大江能源開發中最為重要的一環。

         

        “鶴舞金沙”,這個建成后僅次于三峽工程的世界第二大水電站,創下6項世界第一。左右岸16個機組總裝機容量為1600萬千瓦,其研制、安裝調試難度遠大于世界在建和已投運的任何機組,被譽為當今世界水電行業的“珠穆朗瑪峰”。如今,白鶴灘水電站正在以鶴立群雄的姿態,告訴著世人中國水電建造的新實力。

        從中國制造到中國創造

        單機百萬千瓦前無古人后無來者

         

        9月22日,萬眾矚目下,白鶴灘水電站左岸機房內液晶顯示器上8號機組的數字不斷跳動,白鶴灘水電站8號機組順利通過并網調試72小時試運行,正式轉入商業運行,這標志著白鶴灘水電站左岸機組全部投產發電。

        白鶴灘水電站左岸廠房施工情景

        無壓泄洪洞群規模世界第一

        白鶴灘水電站工程樞紐部分設計總工程師陳建林說,單機百萬千瓦是整個水電站最為獨一無二的標簽。

        每個發電機組單機發電量達百萬千瓦

        泄洪洞正在泄洪

        每個發電機組單機發電量達百萬千瓦(圖片由張夢羽提供)

        “單機百萬千瓦,可以說是前無古人后無來者?!?陳建林介紹,在白鶴灘水電站前期論證過程中,發現白鶴灘的流量和水頭具有得天獨厚的優勢,可以達到百萬千瓦的標準。但在此之前,總發電量世界第一的三峽大壩單機發電量也只有70萬千瓦?!耙ㄔ彀偃f千瓦的單機容量,沒有任何標準可以參考借鑒?!?/span>

        如何建成單機百萬千瓦發電組?“對中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司(下文簡稱:華東院)來說,最重要的是進行可行性論證,并制定機組各項指標的標準,”陳建林說道。為了不浪費白鶴灘水電站的天然優勢,華東院專門成立了相關課題組,聯合業界的專家和學者,進行了大量的分析論證工作,成功提出了百萬機組可行的研制參數指標,包括運行方式、葉片型式、轉輪加工方式等,從而指導我國制造廠自主研制出了國際領先水平的白鶴灘水電機組。

        千百次試驗,千百次論證,歷經多年的心血,2021年6月28日,白鶴灘水電站1號和14號發電機組正式發電。那天,看著控制柜上跳動的數字,聽著廠房機組轟鳴的聲音,參建人員們熱淚盈眶。而單機發電量百萬千瓦的這一成就,實現了中國大型水電工程建設從中國制造到中國創造的歷史性跨越,攀上了當今世界水電行業的“珠穆朗瑪峰”。

        打破世界級魔咒

        上萬只傳感器筑起智能無縫大壩

        陡峭的崖壁間,一個300米級特高級拱壩橫跨江面,709米弧長的拱形大壩宛若一塊盾牌,守護著背后206.27億立方米的金沙江巨大水庫,見證滔滔江河化電向東。20世紀50年代,國家就著手白鶴灘水電站的相關規劃,但大壩從選址到落成,卻花了半個多世紀。

         

        作為一個最大壩高達289米的300米級特高混凝土雙曲拱壩,白鶴灘水電站大壩需要克服背后巨大水庫帶來約1650萬噸的總水推力。而這相當于1.5萬多個長征五號的火箭推力。

        泄洪洞正在泄洪

        而水電混凝土大壩都面臨一個“魔咒”——無壩不裂?!懊鎸θ绱舜蟮耐屏?,大壩一旦開裂,那后果不堪設想?!睘榱私鉀Q這一問題,白鶴灘的設計師和工程師們開始了精巧的“設計和建造”。

        為了能夠確保大壩安全穩定,設計師們將壩身在水平和豎直兩個方向都設計彎曲成弧形,形成精巧的雙曲拱形結構,同時“借力打力”,將巨大的水推力傳到兩側,借助山體反作用力,保持壩體的穩定平衡。

        此外由于白鶴灘大壩兩邊地形復雜且不對稱,設計師們通過精妙的結構設計,讓大壩每一處都受力均勻,使其不僅能夠承載巨大的水推力,也成為世界上抗震設防標準最高的300米級高壩。

        大體積混凝土溫控防裂這一世界級難題,也是擺在大壩修建者面前的一只攔路虎。800余萬方混凝土,如何保證不開裂?

        工程師們不斷研發試驗,首次運用自主研發的低熱水泥混凝土,并突破溫度控制的理論和技術,確保大壩水泥混凝土“不裂”。為能夠實時了解和感知大壩動態,工程師們還在拱壩體內預埋了上萬只傳感器,通過智能技術掌握施工全過程,成功建成智能無縫大壩。

        此外,白鶴灘水電站大壩還要克服其“基礎差”的條件,由于大壩部分選址是坐落在柱狀節理玄武巖上,該巖體具有易破碎、松弛的特性,能否作為近300米高大壩的壩基?“從實際考慮來說,這是個不小的難題,甚至可以說是影響到白鶴灘水電站是否可行的難題?!标惤终f。由于此前沒有類似的案例,這個“破天荒”的難題需要整個設計團隊費盡心力去突破。

        為了把白鶴灘水電站復雜的地質情況搞清楚,華東院在前期花費了十多年的時間不斷地勘察、測量、分析再試驗,并運用相關的理論和技術提出解決方案,最終通過灌漿、基礎加固、消能爆破等方式保證了巖層的整體性,最終使其能夠承載大壩建設的能力。

        地下洞室群規模世界第一

        開挖量足夠填滿2個西湖

        即使有著錦屏二級水電站、楊房溝水電站等多個大型水電站設計修建經驗,對陳建林而言,白鶴灘水電站仍舊是職業生涯中截至目前最難的一個。而難上加難的地方,則是在地下工程的挖掘上?!熬拖褚粋€黑盒子,根本不知道里面是什么樣?!标惤终f道。

        要將16個重量超過8000噸的百萬水電機組裝在陡峭的山體下,意味著需要在左右岸掏出兩個長約450米,寬34米,高88.7米的龐大宮殿,相當于要在地下挖出兩個足球場。而這個“黑盒子”里面的地質條件具體是怎樣的,陳建林用“充滿了不確定性”來形容。

        指針撥回到2014年,地下廠房啟動首層開挖,“一定要保證地下廠房安全”是地下廠房修建的關鍵。而由于規模大,地質條件差,圍巖的穩定性問題逐步凸顯。

        為了保證地下廠房的安全性,設計師和工程師們決定使用精細爆破,采取微量化裝藥的方式,根據巖石的特性,將其分為10層,由上至下分層開挖,逐層爆破。由于圍巖的不穩定性,每一層都需要根據地質條件、監測數據的變化,對開挖支護及時進行動態調整?!澳撤N程度上來說,這個難度比修建大壩難得多?!?/span>

        陳建林幾乎每天都會到地下廠房施工現場走上一圈,仔細過問當天的數據,防止圍巖變形發生突變。但即使在一層一層精細的設計和施工下,圍巖還是出現了突變。

        2018年元旦前幾日,在白鶴灘水電站右岸小樁號部位,圍巖變形連續幾天出現了突增,單日最大增幅超過4mm,大大超過了每天0.2mm的允許變形增量,連續超過了“預警”和“危險”兩個等級。

        面對如此嚴峻的圍巖變形突變,陳建林率領設計團隊立即緊急攻關,及時拿出了應對方案,并迅速與參建方達成了共識。經過灌漿、增強預應力錨索等方式,成功將其補強加固,及時避免了危險的產生。

        2019年,在歷時50多個月的精心“打磨”下,這個總長438m的地下廠房終于建成。

        白鶴灘水電站兩岸地下洞室群規模宏大,規模達世界第一。左右岸的引水發電系統及附屬洞室、施工洞室、交通洞室,構成了一個龐大的地下洞室群,兩岸地下洞室總長達217km,地下洞室的總開挖量達2500萬立方米,足夠填滿2個西湖。

        6項世界第一

        白鶴灘的每一個地方都是壯舉

        從2011年2月正式啟動白鶴灘水電站建設,到2022年9月左岸全部機組成功發電,12年工期,無數中國水電人在白鶴灘辛苦耕耘,先后攻克了40多項世界級難題,“水輪發電機單機容量為100萬千瓦位居世界第一;地下洞室群規模世界第一;圓筒式尾水調壓室規模世界第一;300米級高拱壩抗震參數世界第一;無壓泄洪洞群規模世界第一;首次全壩使用低熱水泥混凝土?!?/span>六項世界第一,讓這個聯系川滇,橫跨金沙的“電力巨無霸”有了更加驕傲的頭銜。

        無壓泄洪洞群規模世界第一

        陳建林說,白鶴灘水電站的每一個地方都是壯舉。

        在他的眼里,白鶴灘水電站像一個不聽話的孩子。在幾代水電人的不斷“調教”下,這個不聽話的孩子一步步長大,將金沙流水化成滾滾電流送到長江那頭,化作千萬照明點亮萬家燈火?!皹s耀、欣慰、驕傲?!碑斂吹揭慌_臺百萬千瓦機組順利投產發電,陳建林心中感慨萬千。

        白鶴一躍金沙亮,現在的白鶴灘水電站仍在為早日實現所有機組發電而不斷努力,白鶴灘水電站背后的故事也還在繼續。未來,這個承載中國電力最核心競爭力的大國重器,還將在金沙江上譜寫屬于自己的輝煌故事。

        對話工程樞紐部分設計總工程師陳建林:

        這個工程花了幾代水電人的心血,是利國利民的工程

        封面新聞:白鶴灘水電站除提供巨大的發電量,還有哪些大的功能和作用?

        陳建林:我們除了能夠提供較大的發電量,還有防洪功能。白鶴灘具有206億立方米的庫容,其中防洪庫容達75億立方米,白鶴灘與金沙江下游烏東德、溪洛渡和向家壩梯級水庫聯合運用,可使川江沿岸的宜賓、瀘州以及重慶等城市的防洪標準進一步提高;同時可減少進入三峽水庫的洪水,配合三峽水庫運用,承擔長江中下游的防洪任務,有效減少長江中下游地區的成災洪水和分洪損失。此外還有改善下游航運條件和促進地方經濟社會發展,節能減排等綜合效益,每年平均發電量達624億千瓦時,可節約燃煤1968萬噸,減排二氧化碳5160萬噸,為早日實現“雙碳”戰略貢獻著白鶴灘力量。

        封面新聞:白鶴灘水電站拿下了六項世界第一,其中都有著哪些高科技含量?

        陳建林:我們運用了一些智能建造技術,利用BIM技術來對水工建筑物和機電布置進行設計。但更多我們是做到在水電站建造技術上的精益求精,例如我們的單機發電量達百萬千瓦,地下工程的圍巖穩定技術,混凝土的光滑無縫,泄洪消能這些方面,都是做到了世界頂尖水平。

        封面新聞:作為完整經歷白鶴灘水電站建設環節的總設計師,您會用幾個關鍵詞形容白鶴灘水電站?

         

        陳建林:首先是巨型水電工程,單機發電量達百萬千瓦這是我們最引以為傲的。其次是雄偉壯觀,像我們的大壩特別在泄洪的時候,場面極其壯觀,還有我們的地下洞室規模也是非常宏大的。第三是大國工程,這個工程花了幾代水電人的心血,是利國利民的工程。

        白鶴灘水電站泄洪

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