单机容量世界第一！ 哈电集团研制白鹤滩水电站首台百万千瓦水电机组发电成功

2021年6月26日，白鹤滩水电站外景。夏曰滨摄

6月28日，云南省巧家县和四川省宁南县交界的金沙江干流上，由哈电集团研制、单机容量世界第一的白鹤滩水电站右岸14号机组正式投产发电，这是全球首台并网发电，也是全球首台实现100万千瓦满负荷发电的机组。标志着我国大型水电工程建设完成从“中国制造”到“中国创造”的历史性跨越。

接下来，白鹤滩水电站左右两岸16台百万千瓦水轮发电机组将陆续投用。其中，包括首台满负荷发电的14号机组在内的右岸8台水电机组及其附属设备的研发和制造，均来自哈尔滨电气集团电机公司。这些水电机组将每日“豪饮”金沙江水，把轰鸣作响的江水势能转化为强大的电能，与三峡、葛洲坝，以及金沙江乌东德、溪洛渡、向家坝水电站一起，为世界最大的清洁能源走廊源源不断地输入“哈电能量”！

霸气：一组数字看“巨无霸”牛在哪里

单台白鹤滩百万级水电机组有50多米高、8000多吨重，每台发电机组运转一小时，可以产生100万度的电能，可以满足一个现代家庭250年的用电需求，是当之无愧的水电“巨无霸”。

由哈电集团研发建设，世界单机容量最大的白鹤滩水电站右岸14号机组带100万千瓦负荷成功。张弘摄

“虽然这一切都在料定当中，但这一刻的到来还是让人激动感慨万分！”6月28日，在宣布白鹤滩水电机组首台发电成功后，哈电集团电机公司副总工程师覃大清难掩激动之情。覃大清通过一组数字，介绍出“巨无霸”横空出世背后的曲折与艰辛。

100万千瓦——

“单机容量达到100万千瓦，这是世界首次，是水电机组的‘珠穆朗玛峰’，也代表着我国水力发电装备技术连续上了三个台阶。”覃大清表示，“第一个台阶是三峡时代；第二个台阶是溪洛渡、向家坝时代；第三个台阶就是百万千瓦级别的白鹤滩时代，登顶了世界水电之巅。”

14年——

站上世界之巅，绝非一日之功。从2007年哈电集团电机公司水力发电设备国家重点实验室开始白鹤滩项目的研发，到2021年白鹤滩水电站首台百万级水电机组投产发电成功，已经过去了14年。

覃大清介绍，2007年，哈电集团瞄准白鹤滩项目开始进行100万千瓦水电项目科研课题的研发，以国家科技支撑计划项目为依托，按照领先50年的标准要求，从部件到集成、从内在到外观不断挑战水电领域“禁区”，期间获得国内专利授权49项。在水力开发技术、电磁技术、冷却技术、轴承技术、绝缘技术、金属材料技术等多个方面攻克多项世界性技术壁垒，推动着我国巨型水轮发电机组制造技术进一步走向成熟。

0.2毫米，10米——

这两个数字看似毫无关联，却要放在一起，才能了解机组的加工精度。覃大清介绍，“白鹤滩百万机组的加工精度、位置度要求是0.2毫米，三根头发丝的位置，看似不难，但是加工的组件尺寸至少在10米左右、一百吨以上。这一技术难题最终也被攻破了，保障了这些‘庞然大物’可以稳定运行。”

艰辛：极限工程背后的“极限挑战”

极限工程的背后，必然蕴含着极大的艰辛，研发水电机组要面临众多超乎想象的“极限挑战”。

第一个挑战就是长短叶片转轮。“转轮是水电机组的核心，白鹤滩水电站机组单机容量高达100万千瓦，而且运行水头变幅达79.2米，变幅范围非常广，且结构外形尺寸巨大。因此，转轮的设计难度非常大。”覃大清说。“我们的工作团队抽丝剥茧、因地制宜地对水轮机转轮进行多轮次优化设计，先后研制了13个转轮模型，经过几十次试验，2019年研制出白鹤滩水电机组首台长短叶片转轮。”长短叶片的转轮，是覃大清全新的设计，团队对叶片进行称重，根据称重的结果，精确计算出每一个叶片的位置。在15个长叶片的进口部分，插入长度约为一半的15个短叶片，这样的搭配，在不增加出口水流拥挤程度的同时，让水轮机效率提高了0.5个百分点。

2020年1月18日，哈电集团电机公司研制的白鹤滩百万千瓦水电机组第三台长短叶片转轮，以静平衡试验“零配重”的突破性业绩通过验收。张弘摄

覃大清说，“转轮上的长短叶片，就像钢琴上的黑白键，黑白键的配合让钢琴的音域宽广、丰富，转轮上的长短叶片，通过精巧的配合，实现了自身机械平衡，这是全世界水电工程师一致追求的目标。”对于单机容量最大的水电机组，转轮实现零配重，这在全球尚属首次。

白鹤滩长短叶片转轮在焊接加工中。哈电集团供图

发电机组另一个“极限挑战”，是水轮发电机的转子，转子决定着水轮发电机的稳定性，影响着整个100万千瓦机组的运行性能、运行效率和安全稳定，它每转一圈，就好比心脏跳动一次，把“电血”输送给千家万户。哈电集团制造的白鹤滩首台水轮发电机转子外径达16.5米，高近3.9米，总重量2440吨，是“世界之最”。它的难度在于要让一个2000多吨的庞然大物在不到1毫米的范围内高速旋转而不失稳定。

哈电集团围绕保证转子稳定性进行了深入的计算分析与综合论证，最终在转子结构设计中，采用了自主研发的创新举措，有效保证了转子的静态和动态稳定性。其中，转子支架立筋旋距精度，项目总包方要求是高于行业标准的0.4毫米，但哈电不断探索、优化工艺，最终实现了0.15毫米的超精水准。

跨越：从“中国制造”到“中国创造”

白鹤滩水电站正式投用，年均发电量可达624.43亿千瓦时。相较于火电，每年可节约标准煤1968万吨，减少二氧化碳排放5160万吨。

世界首台百万千瓦白鹤滩长短叶片精品转轮。刘洋摄

对于哈电集团来说，自主研发建设的单机容量世界第一的水电机组成功投用，不仅完成了大型水电装备的技术性跨越，迈入了百万水电“无人区”，更重要的意义在于，让“大国重器”的核心技术掌握在自己手中。覃大清表示，“8台水轮发电机组及其附属设备的研发和制造，让我们实实在在地掌握了水力发电动力装备的诸多核心技术，在水能利用方面走到了世界前列。如果说三峡工程是我国水电从跟跑到并跑的标志，白鹤滩水电站正式发电毫无疑问是我国水电领跑世界的标志，完成了从‘中国制造’到‘中国创造’的历史性跨越。”

接下来，哈电集团研制的白鹤滩15号机组也即将进入并网试验，成为右岸电站第二台发电的机组。右岸电站其他按照精品标准打造的机组正紧锣密鼓地制造安装，将于2022年7月全部投产发电。秉承“严、细、实”的工作态度，哈电集团通过挑战单机容量世界第一的水电机组，实现企业由高速增长向高质量发展提升；通过打造世界精品工程、勇攀世界水电之巅，为中国从制造业大国向制造业强国迈进的宏伟目标助力。