建在金沙江下游 創(chuàng)下六個(gè)“世界第一”聽(tīng)奮斗者說(shuō)白鶴灘水電站

□ 本刊記者 鄭 蔚

一座水電站，緣江而起。

N座水電站，亦緣同一條江而起?？傃b機(jī)容量2250萬(wàn)千瓦的世界第一大水電站——三峽大壩電站和總裝機(jī)容量為1600萬(wàn)千瓦的世界第二大水電站——白鶴灘水電站，巍峨矗立在同一條江上。

目前世界在建規(guī)模最大的白鶴灘水電站

兩者的區(qū)別是，三峽電站位于長(zhǎng)江中下游的宜昌；而白鶴灘電站屹立在長(zhǎng)江上游金沙江的下游干流河段，左岸為四川省寧南縣，右岸為云南省巧家縣。

金沙江起于青、川兩省交界處的玉樹(shù)州直門(mén)達(dá)，止于四川宜賓市，干流河長(zhǎng)3000多公里，落差達(dá)3000多米，占長(zhǎng)江干流總落差的95%，其坡陡流急，氣勢(shì)十分雄偉。豐沛的水流攜帶著大自然賦予的勢(shì)能和動(dòng)能，在山谷間奔騰激蕩，為將其轉(zhuǎn)化為源源不斷的電能提供了無(wú)限可能，其蘊(yùn)含的水力資源達(dá)1.1億多千瓦，占長(zhǎng)江水力資源的40%以上。為此，國(guó)家發(fā)改委已分別在金沙江的上中下游擬定了水電建設(shè)規(guī)劃，在其下游河段，已如期建成向家壩、溪洛渡、烏東德和白鶴灘這4座梯級(jí)水電站，總裝機(jī)規(guī)模4000多萬(wàn)千瓦，約相當(dāng)于“兩個(gè)三峽”。

今年8月2日16時(shí)，白鶴灘水電站7號(hào)機(jī)組順利通過(guò)72小時(shí)試運(yùn)行，正式投入商業(yè)運(yùn)行。這是白鶴灘水電站在建的16臺(tái)百萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組中第10臺(tái)投產(chǎn)發(fā)電的機(jī)組，標(biāo)志著白鶴灘水電站已投產(chǎn)機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)到1000萬(wàn)千瓦。

早在白鶴灘水電站首批機(jī)組安全準(zhǔn)點(diǎn)投產(chǎn)發(fā)電之際，習(xí)近平總書(shū)記就發(fā)來(lái)賀信，表示熱烈祝賀。賀信說(shuō)，白鶴灘水電站是實(shí)施“西電東送”的國(guó)家重大工程，是當(dāng)今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。全球單機(jī)容量最大的百萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高端裝備制造的重大突破。賀信指出，這充分說(shuō)明，社會(huì)主義是干出來(lái)的，新時(shí)代是奮斗出來(lái)的。

白鶴灘水電站的“世界第一”，究竟是怎么奮斗出來(lái)的呢？

為什么白鶴灘大壩要比三峽大壩高100多米？

從空中鳥(niǎo)瞰白鶴灘水電站，景色極為壯觀：在兩岸高聳的峽谷間，雙曲拱型的大壩線(xiàn)條流暢、造型優(yōu)美，如孔武有力的壯士一般輕輕托住了就像是半空中的一江碧水。而多柱白色的尾水，從壩體噴涌而出，以一瀉千里之勢(shì)，直撲下游的溪洛渡而去。

汪志林（中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司建設(shè)部主任）：

金沙江下游河段地處青藏高原東麓的高山峽谷，地勢(shì)險(xiǎn)峻。白鶴灘作為水電站，選址的優(yōu)點(diǎn)是高山峽谷河流落差大，水能蘊(yùn)藏量巨大；且河谷狹窄，兩岸山體巖石較好，適合修建高拱壩。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮，大壩使用的混凝土方量小，可節(jié)省投資，且修建高壩大庫(kù)需要的移民和淹沒(méi)損失也較?。坏蛔闶?，整個(gè)河段范圍的地形條件天然險(xiǎn)峻復(fù)雜，地震、滑坡崩塌及泥石流等自然災(zāi)害隱患較多，且陽(yáng)光照射強(qiáng)烈，降水較為頻繁集中，環(huán)境較為惡劣。

為了充分利用豐富的水能資源，國(guó)家統(tǒng)籌考慮各方面因素，最后確定自上而下依次分烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩四個(gè)梯級(jí)開(kāi)發(fā)，明確白鶴灘水電站為其中的第二個(gè)梯級(jí)。從2006年起，我們就啟動(dòng)了白鶴灘工程的預(yù)可行性研究，至2016年樞紐可行性研究通過(guò)審查，進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘察和壩址比選工作，共對(duì)3個(gè)壩址、9條壩線(xiàn)的方案進(jìn)行了研判，最終選定了現(xiàn)在的壩址及建設(shè)方案。白鶴灘壩址地質(zhì)條件雖然復(fù)雜，但是河段順直，地形完整，穩(wěn)定性好，基巖主要為玄武巖、覆蓋層不厚，具備修建高拱壩的良好天然地形地質(zhì)條件。

正是白鶴灘獨(dú)特的地形，決定其與三峽大壩完全不同的壩型。白鶴灘的壩頂高程834米、最大壩高289米；而三峽大壩的壩頂高程為185米，正常蓄水位是175米，所以三峽采用“寬、長(zhǎng)、直”的混凝土重力壩壩體，壩頂總長(zhǎng)為3035米，依靠其壩體自身的重量來(lái)抵消三峽水庫(kù)的壓力。而白鶴灘處于一個(gè)V字形的河谷，壩體比三峽要高100多米，大壩承受總水推力達(dá)1650萬(wàn)噸，所以采用了雙曲面的拱形壩，壩體弧度優(yōu)美，并不只是為了視覺(jué)“優(yōu)美”，而是為了因地制宜地將水體的壓力分散到兩側(cè)的山體上去，使大壩能抵御百年一遇的洪水，壩體更為安全和經(jīng)濟(jì)。

白鶴灘水電站左岸地下機(jī)房一景

那個(gè)“無(wú)壩不裂”的魔咒是怎么打破的？

白鶴灘水電站300米級(jí)的高拱壩，面臨著兩個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)：一是地處青藏高原邊界的地震高發(fā)地段，抗震等級(jí)必須特別高；二是筑壩過(guò)程中，當(dāng)混凝土被澆筑入模時(shí)，混凝土?xí)c水發(fā)生“水化反應(yīng)”——迅速地加熱和膨脹，然后又會(huì)隨著溫度的下降而收縮。這一脹一縮，最終會(huì)在壩體上產(chǎn)生裂縫。因此世界上很多水電站有“無(wú)壩不裂”之說(shuō)。一旦“地震+裂縫”，后果不堪設(shè)想。

李文偉（中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新部主任）：

白鶴灘工程處于地震活動(dòng)強(qiáng)烈的川、滇地震帶，壩址的地震動(dòng)參數(shù)在300米級(jí)高壩中是世界最高的。為此，我們請(qǐng)來(lái)國(guó)內(nèi)多家科研單位專(zhuān)家開(kāi)展專(zhuān)題研究，形成了成果豐富的拱壩抗震理論，從理論上破解了300米級(jí)高壩抗震的難題，提出的大壩抗震措施合理可行?，F(xiàn)在，白鶴灘水電站大壩的抗震參數(shù)，已經(jīng)達(dá)到了世界第一，可以說(shuō)，除非發(fā)生超過(guò)8級(jí)以上的強(qiáng)震，大壩的安全性是完全可靠的。

拱壩建設(shè)過(guò)程中的混凝土溫控防裂，是白鶴灘水電站建設(shè)中遇到的六大技術(shù)難題之一，這也是世界性難題。在三峽、溪洛渡、向家壩等大型工程研究應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我們針對(duì)白鶴灘水電站的特點(diǎn)，通過(guò)大量系統(tǒng)的科學(xué)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)計(jì)算分析研究，最終決定在白鶴灘工程全面應(yīng)用低熱水泥混凝土技術(shù)并配合精細(xì)化溫控措施，取得了顯著的大壩混凝土溫控防裂效果，提高了混凝土抗裂安全性，保證了水工結(jié)構(gòu)的完整性和耐久性，創(chuàng)下了在300米特高拱壩全壩使用低熱水泥混凝土的世界第一。這一技術(shù)創(chuàng)新，將大壩的抗裂安全系數(shù)提高10%以上，打破了“無(wú)壩不裂”的魔咒，為混凝土溫控防裂開(kāi)辟了新的技術(shù)途徑，為世界壩工建設(shè)提供了中國(guó)方案。

買(mǎi)不到生產(chǎn)高等級(jí)硅鋼技術(shù)的寶鋼還有路可走嗎？

白鶴灘水電站創(chuàng)下了六項(xiàng)“世界第一”，除上述大壩抗震和全壩使用低熱水泥混凝土兩項(xiàng)外，還有水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量、圓筒式尾式水調(diào)壓井規(guī)模、地下溶洞群規(guī)模和無(wú)壓泄洪洞群規(guī)模等四項(xiàng)世界第一。

任何人走進(jìn)白鶴灘水電站位于大壩左右兩岸的地下洞室群，無(wú)不為之震撼：兩個(gè)洞室各有8臺(tái)世界上首批研制成功的百萬(wàn)千瓦級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組高50米，由3萬(wàn)多個(gè)部件組成，重達(dá)8000噸，相當(dāng)于法國(guó)埃菲爾鐵塔的重量。這超巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組，可謂當(dāng)之無(wú)愧的世界水電的巔峰之作，是名副其實(shí)的“國(guó)之重器”。建設(shè)三峽電站時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率只有8%，而白鶴灘水電站百萬(wàn)千瓦級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化率實(shí)現(xiàn)了100%。這巨大的跨越中，中國(guó)寶武寶鋼股份作為水輪發(fā)電機(jī)組重要部件供貨商又貢獻(xiàn)了什么？

王志成（寶鋼股份硅鋼事業(yè)部無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品首席工程師）：

在白鶴灘水電站的16臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組中，發(fā)電機(jī)定子全部采用了我們寶鋼的無(wú)取向硅鋼，這是我們?yōu)榘偃f(wàn)千瓦級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組特制的高端硅鋼，性能達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

硅鋼，損耗低，磁導(dǎo)率高，是電力、電子和軍事工業(yè)不可或缺的含碳極低的硅鐵軟磁合金，也是需求量最大的金屬功能材料。中國(guó)寶武研制硅鋼已有40多年。2004年春季，我入職寶鋼時(shí)，寶鋼寶山基地已有無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品，記得當(dāng)時(shí)最高牌號(hào)是B50A470。這牌號(hào)其實(shí)就是技術(shù)等級(jí)，表明硅鋼的厚度為0.5毫米，每公斤損耗4.7瓦，只能用于空調(diào)和冰箱壓縮機(jī)，現(xiàn)在看來(lái)是硅鋼中的低端產(chǎn)品。而寶鋼向白鶴灘提供的取向硅鋼和無(wú)取向硅鋼，已經(jīng)是全球硅鋼產(chǎn)品中的最高等級(jí)，無(wú)取向硅鋼的損耗降到了每公斤2.4瓦以下。

寶鋼在硅鋼領(lǐng)域從跟隨到領(lǐng)先的巨變，是打破關(guān)鍵核心技術(shù)被“卡脖子”的過(guò)程，也是秉持“鋼鐵報(bào)國(guó)”初心、敢為人先的創(chuàng)新過(guò)程。在三峽工程建設(shè)的前期，我國(guó)尚不具備高等級(jí)無(wú)取向硅鋼穩(wěn)定供應(yīng)能力。寶鋼為了攻克無(wú)取向硅鋼難關(guān)，只能奮發(fā)圖強(qiáng)，潛心研制，終于通過(guò)自主創(chuàng)新闖出了中國(guó)硅鋼產(chǎn)業(yè)的新天地。

如果說(shuō)生產(chǎn)一塊普通熱軋板只需要三五天時(shí)間，而生產(chǎn)一卷高端無(wú)取向硅鋼從煉鐵開(kāi)始到成品交貨，則需要半個(gè)月左右的時(shí)間，其工序從煉鐵、煉鋼、熱軋、常化酸洗、冷軋、最終退火、涂膜、成品，哪道工序都必須達(dá)到精品級(jí)的質(zhì)量管控。在白鶴灘水輪發(fā)電機(jī)定子招標(biāo)中，寶鋼股份的無(wú)取向硅鋼中標(biāo)，但東電和哈電下的標(biāo)書(shū)要求極高：超純凈的煉鋼、采用C6環(huán)保涂層和超低的鐵損控制。寶鋼硅鋼事業(yè)部將此項(xiàng)目作為“國(guó)之重器”來(lái)攻關(guān)，2016年7月 《清潔發(fā)電裝備用高端無(wú)取向硅鋼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用》 這一國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目正式立項(xiàng)，如今已交出完美答卷：達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并在國(guó)際上首次建立大型水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯用鋼專(zhuān)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

一臺(tái)100萬(wàn)千瓦水輪發(fā)動(dòng)機(jī)的定子有1000多噸重，直徑19米，需要無(wú)取向硅鋼材料800多噸，然后再?zèng)_制成50萬(wàn)片硅鋼片，重達(dá)700噸。寶鋼股份寶山基地和青山基地共為白鶴灘項(xiàng)目核心發(fā)電機(jī)組和配套輸電變壓器提供了近3萬(wàn)噸關(guān)鍵核心硅鋼——包括取向硅鋼和無(wú)取向硅鋼材料。

寶鋼怎么摘下了取向硅鋼這個(gè)鋼鐵產(chǎn)品“皇冠上的明珠”？

寶鋼不僅保障了白鶴灘水電站高效發(fā)電，還確保了清潔電能的高效輸出。2020年12月，寶鋼股份新型耐熱刻痕取向硅鋼機(jī)組正式投產(chǎn)。今年7月1日，全長(zhǎng)2080公里的白鶴灘至江蘇±800千伏特高壓直流工程竣工投產(chǎn)。白鶴灘水電站發(fā)出的綠色電能，僅需7毫秒便能到達(dá)千里之外的江蘇。該輸電工程用換流變壓器的取向硅鋼100%采用寶鋼產(chǎn)品，寶鋼股份的取向硅鋼機(jī)組功不可沒(méi)。

楊勇杰（寶鋼股份中央研究院首席研究員/工程師）：

硅鋼分為取向硅鋼和無(wú)取向硅鋼兩種，兩者在硅含量、組織織構(gòu)、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品用途上均有不同。取向硅鋼就像整齊劃一的隊(duì)伍，所有晶粒易磁化方向與帶鋼長(zhǎng)度方向一致，長(zhǎng)度方向電磁性能極高；而無(wú)取向硅鋼的晶粒取向隨機(jī)分布。無(wú)取向硅鋼片主要用于制造各類(lèi)電機(jī)，而高性能取向硅鋼是超/特高壓、高能效變壓器的核心軟磁材料，是長(zhǎng)距離、低損耗輸配電裝備的標(biāo)配。

但正因?yàn)槿∠蚬桎撍械木ЯＨ∠虮３忠恢?，所以它是鋼鐵產(chǎn)品中制造難度最大的品種，工藝要求極其苛刻，生產(chǎn)一卷取向硅鋼帶材通常要一個(gè)月時(shí)間，被譽(yù)為鋼鐵產(chǎn)品“皇冠上的明珠”。在21世紀(jì)開(kāi)始的很長(zhǎng)一段時(shí)間，世界上只有1家企業(yè)能夠生產(chǎn)，且年產(chǎn)量不足10萬(wàn)噸。然而，僅我國(guó)“西電東送”與高效電網(wǎng)建設(shè)年需求就在50萬(wàn)噸以上，成為“國(guó)之重器”的發(fā)展瓶頸。

當(dāng)項(xiàng)目急需高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼時(shí)，國(guó)外硅鋼供應(yīng)商卻拒絕供應(yīng)；后來(lái)寶鋼“求”到一家國(guó)外廠商，對(duì)方卻坐地起價(jià)，當(dāng)場(chǎng)提價(jià)1000美元/噸。在2003年全國(guó)人大會(huì)議期間，一位國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人接見(jiàn)了寶鋼代表，要求寶鋼盡快供應(yīng)高等級(jí)硅鋼，保障國(guó)家電力安全。誰(shuí)都知道如能購(gòu)買(mǎi)成熟技術(shù)，肯定比從頭研發(fā)快捷得多。為此，寶鋼領(lǐng)導(dǎo)親自帶隊(duì)遍訪(fǎng)全球硅鋼生產(chǎn)廠，謀求技術(shù)引進(jìn)，但幾乎全部廠家都一口拒絕，只有一家企業(yè)勉強(qiáng)同意出售其過(guò)時(shí)技術(shù)，還提出了令人難以接受的苛刻條件。這讓寶鋼深刻體會(huì)到，在關(guān)乎國(guó)運(yùn)的核心技術(shù)面前，沒(méi)有捷徑可走。于是，寶鋼人義無(wú)反顧地踏上了研發(fā)高端取向硅鋼之路。

從投入三峽電站這一國(guó)家重大工程開(kāi)始，寶鋼取向硅鋼的產(chǎn)品等級(jí)和產(chǎn)能規(guī)模上不斷提升，2013年，寶鋼低溫取向硅鋼開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，獲得了國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。2018年，寶鋼取向硅鋼應(yīng)用于±1100千伏全球最高電壓等級(jí)直流換流變壓器，有力支撐我國(guó)特高壓輸電技術(shù)世界領(lǐng)先。如今，寶鋼股份不僅取向硅鋼的產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，高端產(chǎn)品產(chǎn)能在60萬(wàn)噸以上，徹底結(jié)束了國(guó)外企業(yè)的長(zhǎng)期壟斷，還把取向硅鋼這一原來(lái)的“戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備物資”變?yōu)槌隹趪?guó)際市場(chǎng)的拳頭產(chǎn)品，已應(yīng)用于巴西美麗山、巴基斯坦莫拉等“一帶一路”戰(zhàn)略重點(diǎn)工程。寶鋼還連續(xù)十多次發(fā)布代表世界最高技術(shù)水平的“全球首發(fā)牌號(hào)”，向全球硅鋼第一品牌邁進(jìn)。

如今，寶鋼的取向硅鋼、無(wú)取向硅鋼和厚板低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度水電用鋼，以及熱軋高強(qiáng)度磁軛鋼板，廣泛應(yīng)用于有“世界最大清潔能源走廊”之稱(chēng)的金沙江上烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩等大型水電站。如果我國(guó)現(xiàn)有所有的高耗能變壓器都能采用寶鋼的060高等級(jí)產(chǎn)品，可大幅降低輸配電網(wǎng)損耗，每年節(jié)電量可超過(guò)三峽水電站年度發(fā)電量，為國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的落實(shí)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)。