將成第二大水電站，白鶴灘創(chuàng)新和智能體現(xiàn)在哪兒

2017-08-14 11:38:22 科技日報　點擊量：評論 (0)

8月3日，歷時十多年的勘測設(shè)計、試驗研究和6年多籌備，裝機(jī)規(guī)模全球第二大、在建規(guī)模全球第一大水電站——白鶴灘水電站主體工程全面建設(shè)。圖為白鶴灘水電站樞紐布置圖雖有三峽大壩這位世界第一的老大哥在前，但作

8月3日，歷時十多年的勘測設(shè)計、試驗研究和6年多籌備，裝機(jī)規(guī)模全球第二大、在建規(guī)模全球第一大水電站——白鶴灘水電站主體工程全面建設(shè)。

圖為白鶴灘水電站樞紐布置圖

雖有三峽大壩這位世界第一的“老大哥”在前，但作為千萬千瓦級的巨型水電站，白鶴灘還是有諸多“過人之處”：在建裝機(jī)容量、單機(jī)容量、300米級高壩抗震參數(shù)、地下洞室群規(guī)模、無壓泄洪洞包括調(diào)壓井的規(guī)模、300米拱壩全壩采用低熱水泥混凝土等，均排名全球第一。

“白鶴灘水電站是當(dāng)今世界在建的綜合技術(shù)難度最大的水電工程，施工難度挑戰(zhàn)前所未有。”中國三峽集團(tuán)董事長盧純認(rèn)為。

集世界水電高精尖技術(shù)于一體，“超級工程”白鶴灘水電站創(chuàng)新和智能究竟體現(xiàn)在哪兒?科技日報記者奔赴大壩施工現(xiàn)場，為您一一揭秘。

“身體”強(qiáng)健：抗震級別高抗裂能力強(qiáng)

3日，金沙江干流下游河段，艷陽高照。在白鶴灘18號壩段，一個個黃色吊罐將攪拌好的混凝土從高空送至倉內(nèi)，建筑工人們正在忙碌地澆筑混凝土。

在這里，最常被提及的一個指標(biāo)，就是溫度。全壩31個壩段，每一倉混凝土都埋設(shè)有數(shù)支溫度計和冷卻水管，澆筑好的混凝土鋪著“保溫被”，現(xiàn)場還有降溫噴霧器隨時待命。

混凝土有水化熱，澆筑入倉后體積膨脹，遇寒又會收縮，熱脹冷縮后，致使大壩產(chǎn)生溫度裂縫，因此有“無壩不裂”的說法。白鶴灘全壩使用低熱水泥混凝土，這在世界上還是第一次。

“美國的胡佛大壩雖使用低熱水泥，但其占比只有40%左右。”對低熱水泥混凝土研究十余年的長江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司執(zhí)行董事、黨委書記李文偉告訴科技日報記者，為了從源頭上解決大壩的溫度裂縫問題，三峽工程應(yīng)用了中熱水泥，白鶴灘大壩將全面采用低熱水泥，其水化熱比中熱水泥低15%，后期強(qiáng)度性能優(yōu)于中熱水泥，并能減少后期冷卻手段，以降低成本，“只要措施得當(dāng)，大壩將不會產(chǎn)生溫度裂縫”。

“目前大壩主體已澆筑了16萬立方米，各個階段的混凝土溫度均低于設(shè)計要求2—3攝氏度，施工效果很好，其性能也滿足設(shè)計要求。”大壩項目部副主任郭增光說。

白鶴灘水電站最大壩高289米，所承受的總水推力達(dá)到1650萬噸，它也是國內(nèi)壩址地形地質(zhì)條件最為復(fù)雜的高拱壩工程之一。其壩址烈度參數(shù)為8度，在高拱壩中防震級別最高。

“白鶴灘水電站有一個獨特的地質(zhì)現(xiàn)象，那就是玄武巖柱狀節(jié)理。”中科院院士陳祖煜介紹，它是發(fā)育玄武巖中的一種原生張性破裂結(jié)構(gòu)。“從形狀上看就像麥當(dāng)勞的薯條一樣，開挖后則容易產(chǎn)生松弛、崩落等現(xiàn)象。”陳祖煜說，在國內(nèi)外工程中，柱狀節(jié)理玄武巖偶有碰到，但分布位置未涉及主體建筑物，因而對其特性的研究甚少。

陳祖煜說，白鶴灘是國內(nèi)首個利用柱狀節(jié)理玄武巖作為壩基的高拱壩工程，科研人員首次系統(tǒng)和深入地開展了柱狀節(jié)理玄武巖工程特性研究并掌握了其處理措施。該工程選擇微新柱狀節(jié)理玄武巖作為建基面，對開挖表層巖體預(yù)留保護(hù)層、預(yù)錨、強(qiáng)化灌漿等處理。

“白鶴灘所處的地形左高右低，我們還進(jìn)行了拱壩不對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計。”李文偉說，柱狀節(jié)理玄武巖出露部位設(shè)置混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)以有效降低壩趾壓應(yīng)力水平，確保大壩“腳下有根”、受力均勻，“也算是給大壩修整體形了”。

“頭腦”聰明：頭痛腦熱自行體檢自開藥方

大塊頭有大智慧。白鶴灘水電站還是個聰明的大壩，有著智慧的頭腦，能實現(xiàn)“智能建造”。像李文偉這樣的工作人員手機(jī)上，都有一個名叫“白鶴灘智能通水2.0溫控平臺”APP。

李文偉介紹，這個由清華大學(xué)和三峽集團(tuán)共同研制的智能通水成套裝備和移動實時軟件平臺，通過在新澆筑混凝土壩塊和水管中安裝數(shù)字溫度傳感器，實時測量混凝土溫度和進(jìn)出水溫。點開手機(jī)，工程進(jìn)度和各種參數(shù)盡在掌握。在冷卻水管中還安裝溫度、流量、開度和一體流溫集成控制裝置，因此還可以實現(xiàn)動態(tài)智能控制。

“大壩埋設(shè)了成千上萬的傳感器，我們利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行大壩全生命周期工作性態(tài)監(jiān)控。生產(chǎn)施工數(shù)據(jù)都會被采集和分析，從而實現(xiàn)了施工質(zhì)量全過程的在線實時監(jiān)控和預(yù)報、預(yù)警及智能控制，可以根據(jù)實際情況調(diào)整施工方案，即做到‘全面感知、真實分析、實時控制’。”白鶴灘工程建設(shè)部副主任陳文夫打了個形象的比方，就像一個人頭痛腦熱，不用大夫，靠自己就能夠采集血液等進(jìn)行體檢，然后開出應(yīng)對處方。

智能設(shè)計無處不在。在白鶴灘泄洪洞，科技日報記者看見已經(jīng)澆筑好的混凝土表面緩緩流淌著細(xì)水，這是在進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，它也是通過“智能養(yǎng)護(hù)控制柜”實現(xiàn)的。參數(shù)設(shè)計好后，通過編程，系統(tǒng)自動控制調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)水管的啟動開關(guān)，實現(xiàn)自動養(yǎng)護(hù)。

溪洛渡大壩被稱為“智能大壩”，白鶴灘則是在溪洛渡大壩基礎(chǔ)上智能全面升級的2.0版。“‘智能建造’將貫穿整個工程的全生命建設(shè)周期，其深度和廣度都有提升，白鶴灘將更‘聰明’。”李文偉說。

超級容量：引領(lǐng)世界水電進(jìn)入“百萬單機(jī)時代”

在白鶴灘水電站眾多工程技術(shù)指標(biāo)中，“百萬機(jī)組”格外引人注目。在左右岸電站廠房內(nèi)將各自布置8臺百萬千瓦的“超級機(jī)組”。

“經(jīng)過三峽工程等一系列重點工程建設(shè)，中國水電裝備的設(shè)計制造能力得到飛速發(fā)展。目前，向家壩和溪洛渡水電站都采用了技術(shù)已經(jīng)成熟的70萬千瓦級巨型水輪機(jī)組。這是目前全世界單機(jī)容量最大的機(jī)組群，然而，還有一個高點等待人們?nèi)フ鞣蔷褪?lsquo;百萬機(jī)組’。它就像是水電行業(yè)的珠穆朗瑪峰，大家都想上去看一看。”在談到采用“百萬機(jī)組”的初衷時，三峽集團(tuán)副總經(jīng)理樊啟祥打了這樣一個比方。

“從三峽到金沙江，從30萬千瓦到70萬千瓦，再到100萬千瓦，中國水電裝備設(shè)計制造實現(xiàn)了兩次大的跨越。在三峽，我們走的是‘引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新’的路子;而在白鶴灘，我們實現(xiàn)了完全自主創(chuàng)新。”樊啟祥說。

在金沙江下游四個水電梯級電站中，烏東德、溪洛渡、向家壩的水輪發(fā)電機(jī)組均有外資公司參與設(shè)計制造，而白鶴灘將成為國內(nèi)首個純國產(chǎn)機(jī)組的大型水電站。100萬千瓦水電機(jī)組也將是世界上最大容量的高端產(chǎn)品，超出現(xiàn)有技術(shù)水平和規(guī)范，世界范圍內(nèi)都無現(xiàn)成經(jīng)驗可借鑒。

“百萬機(jī)組”不是一蹴而就，為創(chuàng)新而創(chuàng)新。三峽集團(tuán)在重大裝備科研、設(shè)計和制造、安裝和運行鏈條中分層次有步驟地穩(wěn)步推進(jìn)國產(chǎn)化，已在機(jī)組設(shè)備，在高壓電氣設(shè)備、輔助設(shè)備乃至基礎(chǔ)材料上取得了重要成果，特別是白鶴灘電站已成功研制800Mpa級高強(qiáng)蝸殼鋼板、750Mpa級磁軛鋼板。

國際大壩委員會榮譽(yù)主席賈金生表示，從三峽到向家壩電站，再到白鶴灘，增加的不僅是容量，更需要高精尖的技術(shù)作支撐。“這足已證明中國不僅在建壩規(guī)模上領(lǐng)先世界，技術(shù)制造也已進(jìn)入引領(lǐng)的階段。”

參與白鶴灘關(guān)鍵技術(shù)咨詢的中國工程院院士鄭守仁指出，借鑒了二灘、小灣、錦屏一級、溪洛渡等工程的經(jīng)驗，白鶴灘水電站的大量關(guān)鍵技術(shù)問題已經(jīng)得到解決。沒有制約工程建設(shè)的因素。“它將成為世界水電發(fā)展過程中里程碑式的水電工程。”

根據(jù)規(guī)劃，白鶴灘水電站大壩將于2021年5月下閘蓄水，同年首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，全部機(jī)組將于2022年底建成投產(chǎn)。屆時，16臺“超級機(jī)組”將世界水電帶入“百萬單機(jī)時代”。

責(zé)任編輯：lixin

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