全球单机容量最大白鹤滩百万千瓦水电机组诞生记

全球在建规模最大的白鹤滩水电站，28日实现首批机组正式投产发电。待白鹤滩水电站全面建成后，预计年平均发电量624.43亿千瓦时，年节约标准煤约1968万吨，减少排放二氧化碳5160万吨。

当天，记者走进白鹤滩水电站，在位于金沙江两岸山体深处的地下厂房内，探秘水电站“心脏”——全球单机容量最大的100万千瓦水轮发电机组的诞生史。

100万千瓦机组的前世今生

在白鹤滩电站采用100万千瓦机组，不是一蹴而就的，而是一个长期论证、探索和实践的过程。

哈尔滨电气集团有限公司责研制白鹤滩水电站右岸8台100万千瓦机组。该集团电机公司副总经理陶星明告诉记者，最早在1958年召开的全国科学规划会上，专家提交了《三峡枢纽水利机组容量论证初步意见》，提出研制30万千瓦、45万千瓦、60万千瓦、80万千瓦、100万千瓦水电机组等5个方案的构想，以及相应的设计参数、结构、尺寸和装配图。这是“百万水电机组”逐梦过程的起点。

2006年至2007年是百万千瓦机组的酝酿期。当年2月，专家向中国水电水利规划设计总院提交了“百万千瓦机组可行性分析报告”。同年3月8日，三峡集团和华东勘测设计研究院联合发出了“100万千瓦水轮发电机组技术征询书”，行业内的代表性企业，做出了在白鹤滩电站采用70万千瓦、75万千瓦、80万千瓦、85万千瓦机组的技术论证，同时也大胆提出了百万千瓦机组的设置构想。

陶星明说，2007年8月国家科技部在科技支撑计划设立百万千瓦水轮发电机组关键技术研究课题，三峡集团公司也与哈尔滨电气集团有限电机公司开展合作，联合开展百万千瓦科研项目。

随着中国水电技术的不断发展和进步，尤其是2007年，三峡右岸电站首台70万千瓦机组投运，溪洛渡77万千瓦、向家坝80万千瓦机组研发工作结束，中国拥有了大容量水电机组完全自主知识产权，标志着中国具备自主研制100万千瓦水电机组的技术基础。

“2011年10月，白鹤滩可行性阶段装机容量选择审查会上，国家审批通过100万千瓦机组可行性。确定了白鹤滩电站全部采用100万千瓦的水电机组。”陶星明对记者说，此后的过程中，他们开始圆梦之路。

他回忆，当年在研讨白鹤滩电站机组单机容量的时候，为了稳妥起见，有的专家曾提出采用2台100万千瓦机组，其余机组采用80万千瓦的方案。后来确定全部100万千瓦，这在世界上也是开山之作。“所以，这个问题，一方面是技术的超越，成就了市场的需要;另一方面，也是由于市场的需求，催化了技术的进步。”

效率达96.7%属世界领先水平

转轮作为水电机组的“心脏”，是机组中研发难度最大，制造难题最多的部件，也是影响机组运行效率和稳定性的最为关键的部件，堪称“水电珠峰上的皇冠”。

陶星明介绍，从2007年启动国家科技支撑计划百万千瓦水力性能研究时起，大家就站在“高质量发展”的战略层面，从“为国家、业主带来最大的经济和社会效益”的长远目标出发，开展国家科研课题攻关，对水轮机水力设计及稳定性能等7个课题进行深入研究。

为了破译“转轮综合效能最优”的极限密码，根据机组运行水头高、电压等级高、容量大等特点，因地制宜地对发电机、水轮机转轮进行多轮次优化设计，水轮机的模型转轮先后研制了13个转轮模型。

经过多番比较，他们最后创新性地选择采用15长15短的长短叶片结构转轮。通过坚持不懈地努力，将白鹤滩转轮的最优效率提升到96.7%，转轮运行的稳定性达到新的高度。

陶星明称，“同台对比结果表明，我们研发的水轮机模型的最优效率、加权平均效率和水力稳定性等综合指标，均达到了国际领先水平。”

之所以选择长短叶片转轮，陶星明解释，是因为看好了它优异的综合性能。与常规转轮相比，长短叶片转轮显得更加“全能”，它完美综合了长叶片和短叶片的优点，机组运行的能量转换更充分、稳定性更好、空化性能更优良，进一步提高了机组运行效率最高效率和加权平均效率，让机组在全负荷运行范围内的稳定性与安全性实现了质的飞越，可以实现全负荷调节运行。

从2018年4月至2021年6月，历时3年多的时间里，他们研制完成的直径8.87米、高3.8米，总重338吨的转轮全部达到或优于精品标准，第三台更是创下全球首个巨型长短叶片转轮“零配重”的突破性业绩，堪称打造了一颗白鹤滩水电机组的“天然优异心脏”。

陶星明说，就像一部密集交织的网络，转轮研制的每一个环节都至关重要。“在制造过程中，我们实施精细化方案，全工序提升制造精度，通过改进焊接程序，转轮焊缝一次交检合格率大幅提升;采用专有的长短轴翻身技术，避免了翻身时对转轮尺寸产生不利影响;特有的热处理支撑工具，确保转轮在580摄氏度高温下不变形;先进的光学数字测量技术，使转轮叶片安放角度偏差控制在±0.5°以内，精度提高2倍以上。”

据悉，白鹤滩100万千瓦机组作为中国水电引领全球的又一张“国家名片”，在水电工程建设史上，具有划时代的里程碑式意义，创造了水电装备新的世界纪录。

待白鹤滩水电站全面建成之后，将与金沙江上乌东德、溪洛渡、向家坝，以及三峡、葛洲坝水电站共同构成一条世界最大的清洁能源走廊，为实现“碳达峰、碳中和”目标发挥国家队主力军作用。