在世界水電建設(shè)史上，三峽工程可以說是從倡議到建成歷時(shí)最長(zhǎng)的水利樞紐工程。這項(xiàng)超級(jí)工程坐落在長(zhǎng)江之上，擁有的水能資源，居世界各條大河的首位，占據(jù)我國(guó)水能資源的一半以上。從重慶到宜昌，長(zhǎng)江的水位落差120米，其中蘊(yùn)含的水能，相當(dāng)于燃燒5000萬噸優(yōu)質(zhì)煤炭所產(chǎn)生的能量。換句話說，在修建三峽大壩之前，每年都會(huì)從長(zhǎng)江的這一江段上白白流失5000萬噸煤炭。?

　　因此，開發(fā)利用三峽的豐富水能資源，既是幾代中國(guó)人孜孜以求的夢(mèng)想，也成為了修建三峽工程的核心任務(wù)之一。然而，對(duì)于這座工程的設(shè)計(jì)和建造人員來說，他們當(dāng)初面對(duì)的一個(gè)重要問題是：在這滾滾東去的江流之上，三峽工程需要擁有怎樣的水電科技，才能與三峽豐沛的水力資源相匹配呢？?

　　在今天的科學(xué)故事開始前，我們先來了解一下三峽大壩的整體結(jié)構(gòu)。三峽工程中，舉世聞名的長(zhǎng)江三峽大壩包括主體建筑物及導(dǎo)流工程兩部分，全長(zhǎng)約3335米，其中壩體總長(zhǎng)2309米，中間留出483米泄洪壩段。?

　　三峽電站建在泄洪壩段的兩側(cè)，面向下游左邊的被人們稱為左岸電站，布置了14臺(tái)機(jī)組；右邊的稱為右岸電站，布置了12臺(tái)機(jī)組。但這26臺(tái)機(jī)組只利用了90％的水能資源，于是三峽建設(shè)者在右岸的山體內(nèi)部，增建了一個(gè)地下電站，布置6臺(tái)機(jī)組。至此，三峽電站32臺(tái)機(jī)組，使流經(jīng)這里95％的水能資源得到了利用。?

　　三峽工程擁有如此大規(guī)模的裝機(jī)容量，可以說是前無古人的大膽設(shè)計(jì)。然而，在建造這樣一座世界上最大的水電站時(shí)，對(duì)水電科技的建設(shè)，無疑是一項(xiàng)前所未有的挑戰(zhàn)。?

　　由于三峽電站所在的位置是西陵峽河段，河道寬度只有2000多米，布置水輪發(fā)電機(jī)組的位置有限，所以大容量的水輪發(fā)電機(jī)組，成為了必然的選擇，只有這樣才能盡可能充分地開發(fā)三峽的水力資源。為此，三峽建設(shè)者按照設(shè)計(jì)制造的世界最高水平，選定了70萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組。簡(jiǎn)單地說，就是這種機(jī)組每小時(shí)能發(fā)電70萬度。?

　　需要注意的是，三峽工程在建設(shè)以前，我們國(guó)家水輪機(jī)設(shè)備的制造能力只有30多萬千瓦機(jī)組，而三峽工程的水輪發(fā)電機(jī)組是70萬，以當(dāng)時(shí)的條件，我們國(guó)內(nèi)工廠還不具備這一個(gè)設(shè)計(jì)制作能力，所以我們左岸大壩的14臺(tái)機(jī)組是采取國(guó)際招標(biāo)的形式獲得的。?

　　但是在這個(gè)招標(biāo)的過程當(dāng)中，我們國(guó)家提出了引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新的這樣一個(gè)技術(shù)路線，也就是就要求所有的國(guó)外的投標(biāo)商必須向我們國(guó)內(nèi)的工廠轉(zhuǎn)讓技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)、合作生產(chǎn)，此外還可以借助大型工程的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，提升我國(guó)民族裝備制造業(yè)。?

　　1997年12月11號(hào)，在三峽大壩左岸廠房壩段澆筑下了第一方立方米混凝土的同時(shí)，三峽大壩也開始為70萬千瓦的機(jī)組量身定做電站廠房，同時(shí)一起動(dòng)工的還有重慶長(zhǎng)壽區(qū)到萬縣第一回500千伏的輸電工程，從此拉開了三峽電力外送的序幕。?

　　我們電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)度和三峽機(jī)組的裝機(jī)進(jìn)度是要完全適應(yīng)的——因?yàn)闄C(jī)組裝好了可以發(fā)電了，而發(fā)電以后則需要通過電力網(wǎng)輸送過去，所以電網(wǎng)建設(shè)絕對(duì)不能落后于電廠的建設(shè)，這也是三峽電站和輸電工程同時(shí)進(jìn)行的主要原因之一。?

　　事實(shí)上，在三峽電站和輸變電工程緊鑼密鼓地建設(shè)時(shí)，三峽水電機(jī)組的設(shè)計(jì)生產(chǎn)也在穩(wěn)步進(jìn)行當(dāng)中。?

　　不過由于三峽電站和其他電站相比，規(guī)模要大的多，所以三峽電站所需要的機(jī)組就需要重新設(shè)計(jì)制造。除此之外，三峽工程還有抵擋洪水的功能，每當(dāng)汛期來臨，水庫(kù)水位就要提前降到145米，用來騰出防洪庫(kù)容；等到汛期過后，水位又會(huì)上升到175米。這種水位落差的巨大變幅，是一般大型水電站的2到3倍，也就使得困難都集中到了水輪機(jī)的核心部件轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)制造上。?

　　水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪主要由上冠、下環(huán)和葉片組成，其中的關(guān)鍵部件是葉片。如何在不同水位都盡可能多地獲取水能，就要看葉片的造型。而且，巨大的葉片必須一次澆鑄成型，需要幾個(gè)爐子同時(shí)澆鑄，這就要求不同爐子燒出的鋼水，化學(xué)成分和溫度都要保證一致，因?yàn)槿~片受水的沖力最大，所以對(duì)葉片的金屬?gòu)?qiáng)度、化學(xué)成分要求很高。完成的葉片造型是否合格，肉眼無法查驗(yàn)，還需要通過先進(jìn)儀器進(jìn)行檢測(cè)。?

　　葉片鑄件的合格并不代表著可以投入使用，而是需要進(jìn)行更加深入地加工，此時(shí)的精度必須以毫米計(jì)算。因?yàn)槿绻~片的形狀和曲線達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不但運(yùn)行時(shí)能量轉(zhuǎn)換的效能低，而且還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。?

　　剛剛我們知道，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是由上冠、下環(huán)和葉片組成的，因此在葉片加工好之后，電焊工人就需要把葉片和上冠、下環(huán)焊接在一起，合成一個(gè)轉(zhuǎn)輪。而且，在每一格轉(zhuǎn)輪葉片里，都要有一名焊工進(jìn)行操作。這并不是為了趕工程進(jìn)度，真正的原因在于：?jiǎn)沃?噸的葉片，如果不采用多名焊工同步焊接，轉(zhuǎn)輪就會(huì)發(fā)生變形，所以必須多個(gè)葉片同步焊接，并使焊接的部位同時(shí)加熱到同一溫度。其實(shí)，不僅是轉(zhuǎn)輪，三峽電站中很多大型金屬部件的焊接，大多是以這樣的方式完成的。?

　　隨著轉(zhuǎn)輪的制造完成，三峽機(jī)組也就順利地步入安裝和調(diào)試階段。與此同時(shí)，我國(guó)輸變電工程的建設(shè)也在迅速推進(jìn)。按照工程設(shè)計(jì)，三峽電站發(fā)出的電能，會(huì)輸送到華中、華東、南方電網(wǎng)。遠(yuǎn)距離的輸送線路，落點(diǎn)分別在江蘇常州、廣東惠州和上海，這三條線路，每條路程約一千公里。?

　　與一般的輸電線路相比，三峽電站不僅輸電距離遠(yuǎn)，而且外送的電量也很巨大，所以在導(dǎo)線的選擇和使用壽命方面都要非常重視。另外，為了承受導(dǎo)線的重量和拉力，專家們還設(shè)計(jì)了在不同環(huán)境下的桿塔。?

　　這種桿塔和人們平時(shí)看到的電線鐵塔有點(diǎn)類似，但他們的構(gòu)件并不是常見的角鋼，而是圓形鋼管，是仿生小麥等植物的桿莖制造出來的。這種結(jié)構(gòu)的桿塔強(qiáng)度更大，可以承受這樣巨大拉力。?

　　伴隨著輸電工程的完成，2003年6月10號(hào)，三峽大壩壩前水位蓄水135米，稱為圍堰擋水發(fā)電期，標(biāo)志著我國(guó)三峽工程開始初步發(fā)揮綜合效益。一個(gè)月后，也就是2003年7月10號(hào)，三峽工程第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組——裝機(jī)容量70萬千瓦的電站機(jī)組實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。?

　　這一天起，流經(jīng)三峽的江水，開始化為源源不絕的電能，走進(jìn)千家萬戶。也就在三峽首臺(tái)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)，遠(yuǎn)在東北的哈爾濱電機(jī)廠，正在加緊研制右岸電站機(jī)組，并對(duì)70萬千瓦發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新。?

　　在原本的70萬千瓦機(jī)組中都采用水冷的冷卻方式，雖然冷卻效果好，但系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)困難。于是，哈爾濱電機(jī)廠決定自主創(chuàng)新，在三峽右岸電站70萬機(jī)組上首次成功采用了全空冷方案，也就是利用機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)力進(jìn)行冷卻，不僅運(yùn)行維護(hù)方便，而且冷卻效果不亞于國(guó)外的水冷系統(tǒng)。?

　　從左岸電站到右岸電站，從只能制造30萬千瓦機(jī)組，到自主創(chuàng)新生產(chǎn)70萬千瓦機(jī)組，我國(guó)水電重大裝備制造業(yè)，可以說是用了七年的時(shí)間，完成了三十年的歷史跨越。?

　　三峽工程，正是以這種積極進(jìn)取、自主創(chuàng)新的精神，在我國(guó)水電發(fā)展的歷史上樹起了一座座醒目的里程碑。?

　　就拿發(fā)電量來說，三峽電站裝機(jī)總?cè)萘渴?250萬千瓦，是當(dāng)今世界規(guī)模最大的水電站，設(shè)計(jì)年發(fā)電量882億千瓦時(shí)。從2003年開始發(fā)電以來，一直安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電效益更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。截至2018年12月31號(hào)，三峽集團(tuán)長(zhǎng)江電力2018年度發(fā)電量達(dá)2154.8億千瓦時(shí)，創(chuàng)造了長(zhǎng)江干流梯級(jí)電站發(fā)電量新紀(jì)錄，更是連續(xù)三年年發(fā)電量超過2000億千瓦時(shí)。?

　　三峽工程的成功建造，不僅使我國(guó)從水電大國(guó)逐漸躍升為水電強(qiáng)國(guó)，同時(shí)還大幅提升了我國(guó)重大機(jī)電裝備的科技水平，而且還為國(guó)家構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，為建設(shè)美麗長(zhǎng)江、美麗中國(guó)做出了新的貢獻(xiàn)。?



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