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。

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