單機容量世界第一！ 哈電集團研制白鶴灘水電站首台百萬千瓦水電機組發電成功

2021年6月26日，白鶴灘水電站外景。夏曰濱攝

6月28日，雲南省巧家縣和四川省寧南縣交界的金沙江干流上，由哈電集團研制、單機容量世界第一的白鶴灘水電站右岸14號機組正式投產發電，這是全球首台並網發電，也是全球首台實現100萬千瓦滿負荷發電的機組。標志著我國大型水電工程建設完成從“中國制造”到“中國創造”的歷史性跨越。

接下來，白鶴灘水電站左右兩岸16台百萬千瓦水輪發電機組將陸續投用。其中，包括首台滿負荷發電的14號機組在內的右岸8台水電機組及其附屬設備的研發和制造，均來自哈爾濱電氣集團電機公司。這些水電機組將每日“豪飲”金沙江水，把轟鳴作響的江水勢能轉化為強大的電能，與三峽、葛洲壩，以及金沙江烏東德、溪洛渡、向家壩水電站一起，為世界最大的清潔能源走廊源源不斷地輸入“哈電能量”！

霸氣：一組數字看“巨無霸”牛在哪裡

單台白鶴灘百萬級水電機組有50多米高、8000多噸重，每台發電機組運轉一小時，可以產生100萬度的電能，可以滿足一個現代家庭250年的用電需求，是當之無愧的水電“巨無霸”。

由哈電集團研發建設，世界單機容量最大的白鶴灘水電站右岸14號機組帶100萬千瓦負荷成功。張弘攝

“雖然這一切都在料定當中，但這一刻的到來還是讓人激動感慨萬分！”6月28日，在宣布白鶴灘水電機組首台發電成功后，哈電集團電機公司副總工程師覃大清難掩激動之情。覃大清通過一組數字，介紹出“巨無霸”橫空出世背后的曲折與艱辛。

100萬千瓦——

“單機容量達到100萬千瓦，這是世界首次，是水電機組的‘珠穆朗瑪峰’，也代表著我國水力發電裝備技術連續上了三個台階。”覃大清表示，“第一個台階是三峽時代﹔第二個台階是溪洛渡、向家壩時代﹔第三個台階就是百萬千瓦級別的白鶴灘時代，登頂了世界水電之巔。”

14年——

站上世界之巔，絕非一日之功。從2007年哈電集團電機公司水力發電設備國家重點實驗室開始白鶴灘項目的研發，到2021年白鶴灘水電站首台百萬級水電機組投產發電成功，已經過去了14年。

覃大清介紹，2007年，哈電集團瞄准白鶴灘項目開始進行100萬千瓦水電項目科研課題的研發，以國家科技支撐計劃項目為依托，按照領先50年的標准要求，從部件到集成、從內在到外觀不斷挑戰水電領域“禁區”，期間獲得國內專利授權49項。在水力開發技術、電磁技術、冷卻技術、軸承技術、絕緣技術、金屬材料技術等多個方面攻克多項世界性技術壁壘，推動著我國巨型水輪發電機組制造技術進一步走向成熟。

0.2毫米，10米——

這兩個數字看似毫無關聯，卻要放在一起，才能了解機組的加工精度。覃大清介紹，“白鶴灘百萬機組的加工精度、位置度要求是0.2毫米，三根頭發絲的位置，看似不難，但是加工的組件尺寸至少在10米左右、一百噸以上。這一技術難題最終也被攻破了，保障了這些‘龐然大物’可以穩定運行。”

艱辛：極限工程背后的“極限挑戰”

極限工程的背后，必然蘊含著極大的艱辛，研發水電機組要面臨眾多超乎想象的“極限挑戰”。

第一個挑戰就是長短葉片轉輪。“轉輪是水電機組的核心，白鶴灘水電站機組單機容量高達100萬千瓦，而且運行水頭變幅達79.2米，變幅范圍非常廣，且結構外形尺寸巨大。因此，轉輪的設計難度非常大。”覃大清說。“我們的工作團隊抽絲剝繭、因地制宜地對水輪機轉輪進行多輪次優化設計，先后研制了13個轉輪模型，經過幾十次試驗，2019年研制出白鶴灘水電機組首台長短葉片轉輪。”長短葉片的轉輪，是覃大清全新的設計，團隊對葉片進行稱重，根據稱重的結果，精確計算出每一個葉片的位置。在15個長葉片的進口部分，插入長度約為一半的15個短葉片，這樣的搭配，在不增加出口水流擁擠程度的同時，讓水輪機效率提高了0.5個百分點。

2020年1月18日，哈電集團電機公司研制的白鶴灘百萬千瓦水電機組第三台長短葉片轉輪，以靜平衡試驗“零配重”的突破性業績通過驗收。張弘攝

覃大清說，“轉輪上的長短葉片，就像鋼琴上的黑白鍵，黑白鍵的配合讓鋼琴的音域寬廣、豐富，轉輪上的長短葉片，通過精巧的配合，實現了自身機械平衡，這是全世界水電工程師一致追求的目標。”對於單機容量最大的水電機組，轉輪實現零配重，這在全球尚屬首次。

白鶴灘長短葉片轉輪在焊接加工中。哈電集團供圖

發電機組另一個“極限挑戰”，是水輪發電機的轉子，轉子決定著水輪發電機的穩定性，影響著整個100萬千瓦機組的運行性能、運行效率和安全穩定，它每轉一圈，就好比心臟跳動一次，把“電血”輸送給千家萬戶。哈電集團制造的白鶴灘首台水輪發電機轉子外徑達16.5米，高近3.9米，總重量2440噸，是“世界之最”。它的難度在於要讓一個2000多噸的龐然大物在不到1毫米的范圍內高速旋轉而不失穩定。

哈電集團圍繞保証轉子穩定性進行了深入的計算分析與綜合論証，最終在轉子結構設計中，採用了自主研發的創新舉措，有效保証了轉子的靜態和動態穩定性。其中，轉子支架立筋旋距精度，項目總包方要求是高於行業標准的0.4毫米，但哈電不斷探索、優化工藝，最終實現了0.15毫米的超精水准。

跨越：從“中國制造”到“中國創造”

白鶴灘水電站正式投用，年均發電量可達624.43億千瓦時。相較於火電，每年可節約標准煤1968萬噸，減少二氧化碳排放5160萬噸。

世界首台百萬千瓦白鶴灘長短葉片精品轉輪。劉洋攝

對於哈電集團來說，自主研發建設的單機容量世界第一的水電機組成功投用，不僅完成了大型水電裝備的技術性跨越，邁入了百萬水電“無人區”，更重要的意義在於，讓“大國重器”的核心技術掌握在自己手中。覃大清表示，“8台水輪發電機組及其附屬設備的研發和制造，讓我們實實在在地掌握了水力發電動力裝備的諸多核心技術，在水能利用方面走到了世界前列。如果說三峽工程是我國水電從跟跑到並跑的標志，白鶴灘水電站正式發電毫無疑問是我國水電領跑世界的標志，完成了從‘中國制造’到‘中國創造’的歷史性跨越。”

接下來，哈電集團研制的白鶴灘15號機組也即將進入並網試驗，成為右岸電站第二台發電的機組。右岸電站其他按照精品標准打造的機組正緊鑼密鼓地制造安裝，將於2022年7月全部投產發電。秉承“嚴、細、實”的工作態度，哈電集團通過挑戰單機容量世界第一的水電機組，實現企業由高速增長向高質量發展提升﹔通過打造世界精品工程、勇攀世界水電之巔，為中國從制造業大國向制造業強國邁進的宏偉目標助力。