四川省宁南县和云南省巧家县交界处金沙江下游河段的白鹤滩上,在建总装机容量仅次于三峡水电站、世界在建规模最大的巨型水电站――白鹤滩水电站近日正式开始蓄水,首批机组将于今年7月实现投产发电。
地质条件复杂、施工难度大、技术要求高……面对重重困难,白鹤滩水电站工程建设者大胆改革创新,攻坚克难,创造了六项世界第一:在建单机容量最大,率先使用单机容量百万千瓦级水轮机组;地下洞室群规模最大;圆筒式尾水调压室规模最大;300米级高拱坝抗震参数最高;在300米级高拱坝中,首次全坝使用低热水泥混凝土;无压泄洪洞群规模最大。
自主创新,智能制造,勇攀高峰。
白鹤滩水电站工程建设过程中的一系列科研攻关和技术管理创新,彰显了我国完备的产业链在锻造大国重器、建设超级工程中的优势,把我国水电设计水平、施工能力、重大装备制造能力、建设管理水平提升到一个全新的高度。
攻克300米级特高拱坝温控防裂世界级难题
白鹤滩水电站大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高289米,大坝整体计划浇筑低热混凝土803万立方米,规模巨大。
大体积混凝土的温控防裂一直是工程界的难题。混凝土中的水泥水化反应会产生热量,使得混凝土浇筑后温度上升,之后再缓慢冷却到环境温度。如果不采取有效的温控措施,任由混凝土热胀冷缩,难免会产生裂缝。
“无坝不裂”,曾是萦绕在世界水利人心中的“魔咒”。拱坝混凝土一旦产生裂缝,对结构安全、防渗等都将带来不利影响,而且裂缝的处理直接影响工程施工进度,增加工程投资。
超级工程催生超级材料、超级技术。
“正是因为有白鹤滩水电站这样的巨大需求,相关技术才有了用武之地。”白鹤滩工程建设部教授级高工孙明伦说。
据介绍,为了从源头上解决大坝的温度裂缝问题,白鹤滩特高拱坝全坝采用专用低热水泥,使由其配制的大坝混凝土在满足设计要求的同时,还具有“温升缓慢、温升小、收缩小、综合抗裂性能高”等特点,以有效控制混凝土最高温度,防止混凝土温度裂缝。
截至目前,白鹤滩水电站大坝31个坝段已有22个坝段浇筑到顶,预计5月中下旬全线浇筑到顶。累计已浇筑低热水泥混凝土780万立方米,没出现温度裂缝。
低热水泥的应用并非心血来潮。国外很早就能够生产低热水泥,但是因为早期强度低、生产成本高、影响工期等因素,没有得到广泛应用。为了降低低热水泥生产成本,我国5家科研单位早在“九五”期间就开始进行技术研发,实现利用离子掺杂提高水泥矿物活性等技术突破。
“三峡工程三期围堰进行了混凝土试验,溪洛渡电站泄洪洞因使用低热水泥裂缝数量下降了70%,等到现在建设白鹤滩、乌东德水电站,咱们的技术已经相当成熟。”孙明伦说。
实现百万千瓦级发电机组完全国产化
“真正的大国重器,一定要掌握在自己手里。核心技术、关键技术,化缘是化不来的,要靠自己拼搏。”
白鹤滩水电站共设计安装16台单机容量为100万千瓦的水轮发电机组,是全球单机容量最大的水电机组,也是中国自主设计制造的完全国产化百万千瓦机组。
100万千瓦巨型水轮发电机组是世界水电行业的“珠穆朗玛峰”,研制与安装难度远大于世界在建和已投运的任何机组。
科研人员在白鹤滩水轮发电机组产品研发、设计、工艺上进行了大量自主创新,包括机组总体设计、水力开发、电磁设计、高效冷却技术、推力轴承技术、高压绝缘技术、转轮动应力、高强度材料研究与应用、关键部件制造技术等重大专题科研攻关,形成了具有自主知识产权的核心技术。
核心技术的掌握并不是朝夕之功。
20多年来,三峡集团与哈尔滨电气集团、东方电气集团携手,依托三峡工程和金沙江溪洛渡、向家坝水电站等重大工程项目,有步骤地推进和完善科技创新体系建设,推动水电装备由“中国制造”向“中国创造”转型升级。
3月25日,白鹤滩水电站13号机组转轮安全吊装就位,这是白鹤滩水电站顺利完成吊装的第8台单机容量100万千瓦水轮发电机组转轮,标志着白鹤滩水电站16台百万千瓦机组“心脏”安装过半。计划首批投产的百万千瓦机组将在5月开展有水调试。
“智能建造”让白鹤滩更“聪明”
从三峡电站70万千瓦的单机容量,到向家坝的80万千瓦,再到白鹤滩的100万千瓦,一系列科研攻关和技术管理创新之下,我国水电重大装备国产化水平、技术水平稳步提升,从“跟跑者”走向“引领者”。