6月28日，在中國長江上游金沙江兩畔的高山深谷之間，平靜的江水從高聳入雲的大壩洩洪口中噴湧而出，暫態化身成為湍急的白色巨浪傾瀉而下，如鶴舞雲間、一騎絕塵。這是中國又一世界級工程——白鶴灘水電站首批機組正式投產發電的壯麗之景，也是中國成功問鼎世界“水電珠峰”的驚豔時刻！這標誌著當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程取得了重大建設勝利，也標誌著中國水電再次實現了一項歷史性的跨越。
文｜北京 秦日安
绝壁造坝，堪称神话
白鶴灘水電站是實施“西電東送”的國家重大工程，是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。圖為白鶴灘水電站鳥瞰（圖：中新社）
金沙江，因江中沙土呈黃色而得名，發源於青海唐古拉山。由於橫穿青海、西藏、四川、雲南四省區的橫斷山脈，其幹流落差很大，加之水量豐沛，蘊藏著數不盡的水能資源。在業界有這樣一種說法——“世界水電在中國，中國水電在西南，西南水電在金沙”，在中國規劃的十三大水電基地中，金沙江水電基地是最大的一處。
地處四川省涼山州寧南縣和雲南省昭通市巧家縣交界處的白鶴灘水電站，位於金沙江下游，也是金沙江下游河段四個梯級水電開發的第二級。遠望之，一座長約700米、高近300米的超級拱形大壩被幾千米高山環抱著，巍然挺立於江岸兩畔的懸崖峭壁之間，十分雄奇壯闊。
絕壁造壩，何其難！何其險！但白鶴灘水電站向世人證實，中國做到了！
在白鶴灘水電站建造之初，擺在工程師面前的首要難題就是如何把各種挖掘機、攪拌機和混凝土等數十萬噸的施工材料運送到幾千米的山崖上。以往的辦法多是藉助吊車，但顯然這在地勢陡峭的白鶴灘上並不適用。
怎麼辦？高空纜索“走鋼絲”！工程師們想到，在兩山之間立起鋼架，再用纜索把鋼架連接起來變成高空吊橋。一條、二條⋯⋯最終，七條超1,000米長的纜索橫跨金沙江，為水電站建設開闢了一組空中運輸線。當壩下的水氣氤氳著因湍急猛浪翻卷而起的水霧，一輛輛纜車從空中緩緩飄過，仿佛在雲層中穿梭，從容不迫地展示著工程美學的獨特意境。
就是這一台台空中飛車日夜不停地往來運行，耗時50多個月，終於用803萬方混凝土澆築起白鶴灘水電站雄壯的“身體”—— 一座相當於百層樓高的拱形大壩。大壩兩端的火山熔岩石壁經過數年時間的打磨已脫胎換骨，裹上了混凝土鎧甲，與壩體就此凝結為一體，固若金湯。
與壩體筆直寬厚的三峽大壩不同，白鶴灘大壩看起來又薄又高，全壩呈水平的拱形，凸邊面向上游，兩端緊貼著峽谷壁。這是工程師考慮到白鶴灘獨特的地勢及水壓情況所專門設計建造的“雙曲拱壩”。
根據工程原理，由於大壩的隔絕，水位的高差會導致大壩兩側的水壓不同，往往上下游之間的壓力差可達到十幾個大氣壓之多，所以大壩在建造過程中要想辦法把這種壓力差抵消掉，以保障壩體不被巨大的水流沖毀。
以三峽大壩為典型的重力壩，是通過大壩自身重量產生的壓力來擋住水的壓力。而白鶴灘大壩矗立在一個狹窄的“V”型山谷間，且水位落差巨大，若是建造與三峽大壩一樣的重力壩來承擔這樣的壓力差，大壩的體積必須要非常之大，可現實並沒有空間支持這一條件。
那就換個角度！正因水面較窄，山體又很堅硬，白鶴灘所處的地勢反而非常適合建造拱壩。白鶴灘水電站採用的雙曲拱壩，受力模式最為科學，可以使拱壩的厚度減小、壩高增大。在水流面前，拱形曲面能夠將水的壓力均勻分散到大壩每個不同的弧形面，同時把壓力傳遞給兩側山體的岩石，使大壩的受力更小，大大提高了安全性。而且相比重力壩，雙曲拱壩所需的建造材料也更少。
自主科技創新，六創世界第一
白鶴灘水電站共有六項主要技術指標創下了世界第一，實現了高端裝備製造領域的重大突破。圖為白鶴灘水電站百萬千瓦機組3號機轉子吊裝場景（圖：中國東方電氣集團有限公司）
絕壁造壩足以令人歎為觀止，但白鶴灘水電站的創舉不止於此。白鶴灘上造大壩，更要造好壩、精壩，要建設一座載入史冊的水電精品工程。在壩體的建造上，白鶴灘水電站拿下了一項世界紀錄——世界首次全壩使用低熱水泥混凝土，同時攻克了混凝土建築的一項世界級難題——溫控防裂。
混凝土築成的大壩通常都面臨著水化反應產生裂痕的風險，因而有“無壩不裂”之說。水化反應是個極其複雜的化學過程，混凝土中的水泥中含有多種礦物質，這些物質在接觸水後會發生化學反應，過程中會釋放大量的熱，導致整個水泥溫度升高，但反應結束後溫度又會降低。熱脹冷縮之下很容易造成壩體內部產生裂縫，嚴重時還會導致壩體垮塌。
為了最大程度減少水化反應的影響，白鶴灘水電站全壩採用低熱矽酸鹽水泥混凝土澆築。低熱矽酸鹽水泥含堿量低，放熱速率慢，水化後的溫度會比普通水泥低3-5℃；它還具有自密實性，澆築時能夠一氣呵成自由填充到每一個角落。這樣建造出來的大壩渾然天成，沒有一絲絲裂縫。但低熱矽酸鹽水泥混凝土使用的條件和要求也更高，施工澆築時最高溫度要低於27℃，重點和承重地區溫度不能超過25℃，“比人還要嬌貴”。
為了進行嚴格的控溫，水泥、石頭和沙子在製作成混凝土時需要不停地加冰攪拌，從拌合樓運出的混凝土平均溫度不能超過7℃，需在四小時內運到倉面，此時溫度不能超過12℃。接著在施工工程中，通過6,000多支溫度傳感器和8萬米長的測溫光纖所構成的智能溫感系統和輔助通水系統，實時監控和分析大壩混凝土溫度，再通過後台大數據算法，自動調節通水的時間和流量來控制後期的升降溫過程。
自開澆以來，白鶴灘大壩沒有出現一條溫度裂縫。2019年，一條約25.7米長的常態混凝土芯樣，從白鶴灘大壩體內取出。這條芯樣表面光滑密實，內部骨料均勻、氣泡少，坯層間無明顯分界線，與大壩基岩結合緊密，表明白鶴灘大壩真正做到了溫控防裂。
除了雄壯結實的“身體”，白鶴灘水電站最令人拍案叫絕的創造在於它的“心臟”——水輪發電機單機容量高達100萬千瓦！這是什麼概念？單機每小時可發100萬度電，一天發電量達2,400萬度，可以滿足一座中小城市從生產到生活的全部用電。
白鶴灘水電站共配有16台發電機組，各分8台依次排開在大壩左右兩岸，總裝機容量高達1,600萬千瓦，僅次於三峽水電站，位居全球第二。雖然總量比不過三峽，但就單機容量來說，三峽水電站單機容量僅為70萬千瓦，而百萬千瓦機組可是此前無人登頂的“水電珠峰”， 其研製難度遠大於世界上在建和投運的任何機組，白鶴灘水電站在此折桂，創下了全球單機容量功率最大的紀錄。
白鶴灘水電站的地下洞室群規模也是世界第一。各類洞室總長度達217千米，數百條洞廊層層疊疊、縱橫交錯，甚至裝配上了紅綠燈和指示牌，儼然一座偌大的地下城。此外，白鶴灘水電站圓筒式尾水調壓室規模世界第一、300米級高拱壩抗震參數世界第一、無壓泄洪洞群規模世界第一⋯⋯
白鶴灘水電站共有六項主要技術指標創下了世界第一，尤其16台百萬千瓦機組完全是由中國企業和工程團隊自主設計、研製、安裝。在白鶴灘，中國又一次實現了高端裝備製造領域的重大突破，標誌著中國不僅在水電規模上居於世界前列，而且水電設備核心技術的自主研製也已達到世界領先水平。
促綠色轉型，惠經濟民生
待全部建成投產後，白鶴灘水電站將成為僅次於三峽工程的世界第二大水電站，年發電量高達624億千瓦時，是“西電東送”的骨幹電源。圖為工人正在水電站地下廠房施工（圖：新華社）
白鶴灘水電站由中國三峽集團開發建設，總投資2,200億元，主體工程於2017年8月全面開工建設。截至今年7月17日，已有3台機組投產發電，前兩台機組累計發電量超過10億千瓦時，全部機組將於2022年7月投產發電。
中國耗費巨大的人力、資金、資源建設白鶴灘水電站的首要目的，是為了實施“西電東送”國家戰略，同時還將促進中國加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系。
待全部建成投產後，白鶴灘水電站將成為僅次於三峽工程的世界第二大水電站。屆時，它一天的發電量就可滿足50萬人一年的生活用電，年發電量高達624億千瓦時，是“西電東送”的骨幹電源。在滿足同等電力系統用電需求的情況下，白鶴灘水電站每年可節約標準煤約1,968萬噸，相當於16個大型煤礦全年的生產量；減少排放二氧化碳約5,160萬噸，環保效益驚人。
放大來看，白鶴灘水電站還將與三峽工程、葛洲壩工程，以及金沙江段的烏東德、溪洛渡、向家壩水電站一起，構成世界上最大的清潔能源走廊，將為中國落實“碳達峰”、“碳中和”、促進經濟社會發展全面綠色轉型作出重要貢獻。
在為長三角地區提供源源不斷清潔能源的同時，白鶴灘水電站還能夠大大減輕長江中下游的防洪壓力，同時降低庫區內發生滑坡、塌岸、泥石流等自然災害的風險。從此，金沙江下游的四級水電站得以完整相接，原本水流湍急、險灘遍布的金沙江將成為深水航道，助力長江經濟帶航運業進一步發展。
對周邊群眾來說，白鶴灘水電站還是一項造福人民的民生工程。在電站建設期間，一個個新村鎮、一條條新公路也相繼建成，庫區百姓從深山土屋裡搬遷住進了基礎設施大幅改善的新樓房。水電站建成後，當地旅遊、物流和其它相關產業也被帶動起來，消費、稅收和就業機會都增加了。據測算，白鶴灘水電站全部投產建成後，每年可貢獻工業增加值約155億元，可為地方增加財政收入29億元，成為拉動地方經濟社會發展的新引擎。
中國水電激蕩百年，攀上水電強國之列
白鶴灘水電站是一項造福人民的民生工程，成為拉動地方經濟社會發展的新引擎。圖為雲南省巧家縣金沙江白鶴灘水電站移民工程（圖：雲南建投集團）
白鶴灘水電站是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程，也是引領全球水電行業發展的標誌性工程。其建設過程的點點滴滴，無不蘊含著大國工匠的嚴謹“匠心”與精湛技藝，全方位展示了一個世界水電強國的真正實力。
回望歷史，中國從一窮二白、慘遭技術封鎖，到跨越式追趕建成三峽水電站、白鶴灘水電站等世界級水電項目；從新中國成立之初水電裝機容量僅有36萬千瓦，到2020年底達3.7億千瓦、連續16年穩居全球首位⋯⋯中國成為世界水電領跑者的奮鬥之路飽含了汗水與淚水。
建成於1912年的石龍壩水電站，是中國第一座水電站。它座落在雲南省昆明市西山區海口街道螳螂川上游，外形小而不起眼，卻拉開了中國人利用水電資源的序幕。
新中國成立後，百廢待興，經過3年的恢復治理，國民經濟日趨發展。華東地區特別是上海市，工農業發展迅速，生產和生活用電量也隨之增長，需電迫切。1957年4月，位於浙江省杭州市的中國第一座自主勘測、設計、施工和製造設備的大型水電站——新安江水電站開始建造。
此後，中國迎來了改革開放，水電行業迎來了新發展，工程建設開始採用招標投標制，並引入技術競爭機制和國際先進管理經驗。這一系列改革創新，不僅顯著提升了中國水電的技術和實力，而且也推動了三峽工程的立項。
進入新世紀，伴隨三峽水電站全面竣工、投產，中國開始對水電核心技術進行從引進、吸收到再創造的大幅自主創新，造就了一批舉世矚目的水電工程，整體水平逐步超越西方，成為全球最具競爭力的水電強國之一。白鶴灘水電站的招標過程就是最好例證。當時哈爾濱電氣和東方電氣以絕對技術優勢打敗了美國通用、通用旗下的阿爾斯通以及德國福伊特等能源公司，成功獲得訂單，使中國的水電站建設首次徹底實現全國產化。
從施工規劃、原材料配套、安裝焊接，到百萬千瓦機組首次問世，再到整體的流程優化、工程管理、與區域經濟的協同發展，在這樣一個龐大的系統工程中完全實現自主研發、建設和運營，白鶴灘水電站帶動的是中國水電產業鏈的整體進步。
眾所周知，如今中國水電的建設成果不僅遍布中華大地，而且藉助“一帶一路”倡議的穩步實施，正加快走出去步伐。在中巴經濟走廊裡、在南美洲崇山峻嶺間、在廣袤的非洲大地上，中國水電企業的身影比比皆是。烏干達卡魯瑪水電站、科特迪瓦蘇布雷水電站、馬來西亞巴貢水電站、老撾南歐江梯級水電站……中國水電秉持著推動構建人類命運共同體的理念，不斷用綠色能源照亮世界的其它角落，為推進全球節能減排、應對氣候變化輸出了“中國動力”。
白鶴起舞、巨龍騰飛！歷經百年激蕩，中國水電的輝煌篇章正翻開嶄新的一頁。
（作者係中科院研究員）
本文發表於《紫荊》雜誌2021年8月號
編輯：梁詩穎
校對：魏小旋
監製：張晶晶
