中国大容量水电机组领跑世界

■ 中国电工技术学会名誉理事长 周鹤良

到2013年底，我国水电装机容量达到2.8 亿千瓦，占全国发电装机容量22%，占水电技术可开发量的40%左右。

据水力规划总院预测，我国水电技术可开发容量为5.8 亿千瓦，到2015年常规水电装机容量将达到3 亿千瓦，开发程度达50%，到2020年，常规水电装机容量将达到3.5 亿千瓦，开发程度达60%，其中小水电将可达到8000 万千瓦。

从2015 至2020年， 抽 水 蓄 能机组新增装机规模预测将达到3400万千瓦和5000 万千瓦，今后若干年内，水电新建装机容量将保持年投运1000 ～1300 万千瓦的增长幅度。

蓬勃发展的中国水电事业

2011年开始，已陆续开工建设的还有金沙江、雅砻江、大渡河等大型水电站，西南地区将建设成为水电基地并将电力外送到华北、华中、华东的负荷中心。

长江三峡集团公司最近发布信息，金沙江上的溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩等四座大型水电站的建设正在加快推进，规划装机超过4600 万千瓦，相当于两个三峡工程，建成后年发电量2000 亿千瓦时。

已建成的溪洛渡水电站18 台/单机容量77 万千瓦，东方电机中标右岸9 台、哈尔滨电机中标左岸6 台，德国屋依特公司（VOITH）中标左岸3 台。到2014年7月，18 台机组全部投运发电，溪洛渡是中国第二大、世界第三大水电站。

已建成的向家坝水电站，8 台/单机容量80万千瓦，哈尔滨电机中标4台，法国阿尔斯通公司（ALSTOM）中标4台。是世界上单机容量最大的混流式水轮发电机组，是我国第三大水电站。

向家坝、溪洛渡这两个水电站相当于一个三峡电站，年发电量可达880 亿千瓦时，机组运行的最优效率达到94.95%。东方电机、哈尔滨电机对向家坝、溪洛渡水电站的转轮都进行了优化设计，使转轮既具备高水头的稳定性、又具备低水头的出力，综合性能大幅度提升。

正在建设的乌东德水电站12 台/单机容量85 万千瓦，技术参数已确定，2014年内完成招投标，计划于2018－2019年首台机组投运并网发电。

正在建设的白鹤滩水电站16 台水电机组，用户要求单机容量为100 万千瓦等级，技术参数用户和供应商已达成共识，2014年内完成招投标，计划于2020年前首台机组投运并网发电。

现在，中国多个水电发展指标跃居世界前列。比如，目前世界上已投运的六大混流式水电机组、单机额定容量最大为700MW 的工程中，中国拥有四座：美国大古力水电站（3 台×700MW）；巴西依泰普水电站（18台×700MW）；中国三峡水电站（32台×700MW）；中国砻滩水电站（4台×700MW）；中国向家坝水电站（8台×800MW）；中国三峡溪洛渡水电站（18 台×770MW）。

又比如转轮直径最大为三峡工程的10.4m。目前世界上已投运的轴流式水电机组最大单机容量为我国福建水口水电站单机容量200MW。最大转轮直径为葛州坝水电站，转轮直径11.3m。

同时，中国已投运和正在建设的单机额定容量550MW 以上的巨型机组数量众多，如表1。

这些数字说明了中国水电发展的实力和规模。

表1

从上述情况可以证明，中国水电的发展前景看好。2009年8月世界银行发表了一篇关于《水电发展方向》的报告，称：中国水电前途光明。

另外我认为，如果没有足够的水电为电网作保障，我们接受风电和太阳能发电的能力将受到极大的局限，如果不大力发展水电，根本就无法大力发展风电和太阳能发电。因此，在规划若干“风电三峡”的同时，应把水电与风电的互补性考虑进去。水电的核心是对国家能源安全的贡献，在我国水电占全国电力总供容量的20%，是重要的可再生能源。

在我国发展大型水电站中，既有多功能水利基础设施建设带来良好的机遇，又有一系列关键发展难题的挑战，比如在西南地区发展的大型水电站中，我们水电战线上的科技人员攻克了高地震区、高拱坝、高水头、大泄流量等世界级的难题。

水电的发展，对能源与水资源管理的贡献，不仅仅局限于国内电力生产或区域防洪。从能源角度看，水电还可通过蓄水、调节容量和负荷等特有的手段稳定地区电网系统，并通过与核电、火电的联合运营方式来降低成本。

中国水电设备制造业的成功经验

讲起葛洲坝水电工程，1981年12月27日，二江工程2 台17 万千瓦机组并网发电，1982年1月8日，哈尔滨承担制造的首台大江工程12.5 万千瓦机组并网投运成功。到1983年7月，葛洲坝二江电厂2 台/17 万千瓦机组和5台/12.5 万千瓦机组全部并网发电。到1985年12月，葛洲坝大江电厂14台/12.5 万千瓦机组全部并网发电。1985年，葛洲坝二江工程及其水电机组获国家科技进步特等奖。1987年，葛洲坝大江工程及其水电机组获国家质量奖——金质奖章。到1988年12月6日，葛洲坝21 台机组271.5 万千瓦达到全部满负荷稳定运行要求。

我从1982年至1994年，先后担任机械工业部电工局局长及重大技术装备办公室主任，重大技术装备司司长职务，在这期间，按照部领导要求，我每年率工作组出差到宜昌葛洲坝工程局，为葛洲坝大江、二江电厂如何保证水电机组稳定运行进行用户访问，发现质量上的问题，督促东方电机、哈尔滨电机厂不断完善改进，使之机组的质量不断提高，后来到1986年参与了三峡工程机组的机电设备论证报告的起草与讨论，在初步设计阶段，经过充分讨论，机械部、水电部、水科规划院、长江设计院和东方、哈尔滨电机厂的技术人员经过全面补充论证后，推荐单机容量为70 万千瓦装机26 台，电站装机容量1820 万千瓦，最后于1993年5月，报国务院三峡工程建设委员会批准，单机容量采用70万千瓦，左岸电站厂房14 台，右岸电站厂房12 台，后来又增加右岸地下厂房电站6 台，合计三峡工程全部机组为32 台/2240 千瓦，到2008年10月29日，左岸、右岸电站26 台机组全部并网发电，地下厂房6 台到2012年底已全部运行，并网发电。

到目前为止，三峡工程左岸、右岸及地下厂房的水电机组的性能达到国外同等水平，运行稳定，质量等各项指标优于左岸进口机组。三峡地下厂房6 台机组，经过议标，分别由东方电机、哈尔滨电机及法国阿尔斯通（ALSTOM）中标（每家承担2 台），东方电机采用中科院电工所顾国彪院士自主创新的技术、合作制造的蒸发冷却技术。三峡工程在2012年8月份右岸地下厂房最后一台70 万千瓦机组正式并网发电，这标志着世界装机容量最大水电站全面建成，投入商业运行。

三峡工程地下厂房电站6 台机组建设，机械工业部原副部长陆燕荪身兼三峡三期工程重大设备制造质量检查组组长，付出了辛勤劳动，快到80 岁的他，不辞疲劳，每年亲自到现场两三次，倾听用户意见，发现问题，解决问题，受到好评。国家对三峡工程水电机组的制造高度重视，从“七五”“八五”“九五”“十五”均设立重大技术装备研制攻关项目。

通过向葛洲坝工程、三峡工程和向家坝等水电站提供设备的实践，东方电机、哈尔滨电机已经掌握了水轮机水力设计、试验和模型制造技术；掌握了巨型水轮机转轮的制造技术（采用数控加工）；掌握了水轮发电机风冷却技术（全空冷和蒸发冷却全部技术）；掌握了水轮发电机的主绝缘技术；掌握了大容量水轮发电机的推力轮承技术；掌握了大容量水轮发电机组大部件结构优化和刚强度分析技术。正在运行的大容量水电机组的发电效率、利用小时、运行稳定性等性能优于国外同类机组，受到用户肯定和好评。

对三峡工程的建设，党中央和国务院采用市场换技术的正确决策。三峡工程所运行的大容量水轮发电机组关系到整个枢纽的安全可靠运行和综合效益的发挥。在三峡工程论证阶段，东方电机、哈尔滨电机开始无法独立承担设计和制造工作，但单靠采购国外先进设备，不仅增加工程费用，也会产生对国外技术的依赖。

为此，时任国务院副总理邹家华按照李鹏总理的指示精神采用左岸电站的机组实行国际采购，走市场换技术——“以联合设计、合作制造”为原则，要求中标国外企业与中国制造企业合作，并转让技术，分包制造，二期右岸工程12 台机组，则在引进消化吸收左岸技术的基础上，立足国内制造。

同时，国内对东方电机、哈尔滨电机投入巨资进行技术改造，进口特大型重型设备，以适应三峡、向家坝、溪洛渡等电站大机组，高强度和高性能技术要求。专家们讨论，三峡工程经过20年的建设，设备稳定运行，在发电、航运、防洪以及输电送出工程试验性蓄水等方面具备了整体竣工验收条件。据了解，三峡办正在向国务院作申报工作。

我国大容量水轮发电机组制造技术已经跨入世界先进行列，我国水电设备制造业从无到有，从小到大，从只能制造12.5 千瓦、20 万千瓦、30万千瓦到能制造55 万千瓦、70 万千瓦、80 万千瓦特大型水电机组，全部实现国产化。

在整个工程进行中，得到国家和用户支持，制造厂与用户的紧密合作，这是一条成功的经验。现在应该有信心争取在2020年前制造出百万千瓦级水轮发电机组，成为世界领先。■