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一舉交出六個世界第一！建一座水電站，為啥要埋7000支溫度計、上萬傳感器？

2023-08-01 00:00:05

6月28日上午9點36分，白鶴灘水電站首批2臺機組正式投產發電。

這座僅次于三峽工程的世界第二大水電站，位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界處，是金沙江下游梯級電站的第二級，總投資2200億元，總裝機容量達到1600萬千瓦，共安裝16臺我國自主研制的全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發電機組。

2021年6月28日，俯瞰白鶴灘水電站。圖|新華社

白鶴灘水電站的建立，歷經數十年的調研論證，最終在2017年7月被核準修建，8月正式動工開建，不可謂不曲折。而它背后，是我國金沙江持續半個多世紀的開發，是我國水電建設從無到有、從引進技術到自主創新的熱血發展史。

文 | 謝芳瞭望智庫觀察員付麟雅（實習生）

本文為瞭望智庫原創文章，如需轉載請在文前注明來源瞭望智庫（zhczyj）及作者信息，否則將嚴格追究法律責任。

能源寶庫

中國是世界上水能資源最豐富的國家，其中，70%的水能資源集中在西南地區——云貴川藏。基于豐富的資源，中國規劃有十三大水電基地。白鶴灘水電站所屬的金沙江水電基地，是其中最大的水電基地。故有“世界水電在中國，中國水電在西南，西南水電在金沙”一說。

2020年10月15日，建設中的白鶴灘水電站。圖｜圖蟲創意

【注：中國十三大水電基地分別為：瀾滄江干流水電基地、金沙江水電基地、怒江水電基地、雅礱江水電基地、大渡河水電基地、烏江水電基地、長江上游水電基地、南盤江-紅水河水電基地、黃河上游水電基地、黃河中游水電基地、湘西水電基地、閩浙贛水電基地、東北水電基地。】

要了解白鶴灘水電站，先從金沙江講起。

金沙江得名于江水中裹挾著黃色沙土和能淘到少量沙金。作為長江的上游河段，它起于青海四川交界處的玉樹州直門達，止于四川省宜賓市東北翠屏區合江門，橫穿青、藏、川、滇四省區，全長2308千米，流域面積近50萬平方千米，翻越橫斷山脈，干流落差達3300米。

特殊的地理條件，造就了金沙江豐富的水力資源。早在上個世紀末，就有專家指出，金沙江中下游的水電資源相當于年產0.15Gt的煤礦。“滾滾長江向東流，流的全是煤和油”，主要指的就是金沙江的水電資源。目前，金沙江干支流水能資源理論蘊藏量為1.21億千瓦，占長江流域水能資源理論蘊藏量的42.25%。

【注：Tg、Pg、Gt均為碳儲量的單位，其中g為“克”，t為“噸”。1Tg=10^12g，1Pg=10^15g，1Gt=10^9t。】

自20世紀50年代初，長江水利委員會、成都勘測設計研究院、昆明勘測設計研究院以及中國科學院等單位陸續展開了針對金沙江干流開發的大量勘測、規劃和設計等工作，并提出了《金沙江復勘報告》(1957)《長江流域綜合利用規劃要點報告》(1959)《金沙江流域規劃意見書》（1960）等研究報告。

此后，有關金沙江開發利用的研究一直在持續。直到1990年，長江水利委員會推出《長江流域綜合利用規劃簡要報告》，該簡要報告以1960年編制的《金沙江流域規劃意見書》中的梯級開發代表方案（8級開發）為基礎，結合成都和昆明等勘測設計院所做規劃，提出選擇虎跳峽、洪門里、梓里、皮廠、觀音巖、烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩9個壩址，組成本河段的梯級開發方案。

當年6月，簡要報告由全國水資源與水土保持工作領導小組主持審查通過，并由國務院批準實施。

隨著新千年的到來，我國的“西部大開發”戰略和“西電東送”工程拉開大幕，西部水電集中開發建設也全面步入流域梯級開發的新階段。金沙江的梯級開發規劃也有了新的進展。

2003年10月，長江水利委員會編制的《金沙江干流綜合規劃報告》顯示，金沙江水電開發將由19個梯級組成。到2017年，金沙江全流域開發的梯級已經增加到27級，包括上游（云南石鼓以上）13級、中游（石鼓至四川攀枝花）10級，以及下游（攀枝花至宜賓）4級，總裝機量會超過8000萬千瓦，規模約為四座三峽工程。

金沙江全流域共計劃開發27級水電站。圖源：王燦|澎湃新聞

一般情況下，河流全流域梯級開發的次序是“先上游后下游”，這樣上游開發之后，開發下游時無需截流。但在我國，有時先上游，有時先下游。

中國水力發電工程學會副秘書長張博庭表示，這主要是基于距離用電負荷中心的遠近和方便建設的考慮。離負荷中心近的項目輸電線路更短，建完之后輸電線路和施工道路可以繼續沿用，經濟性更高。

2002年2月26日，下游的第3級溪洛渡電站開出了“金沙江開發第一標”，標志著金沙江水電開發建設正式展開。期間，部分中游水電站已經建成投產運營——2012年8月金安橋水電站的機組全部投運，2014年龍開口水電站和魯地拉水電站先后投運。

直到2016年4月，金沙江上游河段才開啟首座水電站的建設——第10級蘇洼龍水電站。

白鶴灘水電站是下游4級中的第2級。

大國重器

自1991年開始，華東勘測設計研究院就承擔白鶴灘水電站前期工作，2000年啟動預可行性研究。2006年5月，國家發改委通過了白鶴灘水電站預可行性研究報告。2010年10月，國家發展改革委同意白鶴灘水電站開展前期工作，白鶴灘水電站自此開始籌建。

2017年7月31日，白鶴灘水電站正式通過國家發改委核準。8月3日，工地舉行建設動員大會，標志著全面開工建設，白鶴灘水電站成為當時世界在建規模最大的水電工程，標志著我國乃至世界的水電建設進入新的紀元。

白鶴灘水電站面對的是極其復雜的地質地形條件，其壩址區地震基本烈度為8度，峽谷地形不對稱，巖性復雜，巖質“硬、脆、碎”。在這些挑戰下，白鶴灘水電站交出的是六項世界第一的成績單。

1.水輪發電機單機容量為100萬千瓦，世界第一。

三峽工程總裝機量為2250萬千瓦，位居世界第一，但單機容量只有70萬千瓦，金沙江下游的溪洛渡和向家壩水電站的單機容量分別是77萬千瓦和80萬千瓦，6月16日剛剛投入運行的烏東德水電站則實現了85萬千瓦。

當年，在研討白鶴灘水電站機組單機容量的時候，為了穩妥起見，有的專家提出采用2臺100萬千瓦機組，其余機組采用80萬千瓦的方案。但最終，白鶴灘左右兩岸各安裝了8臺100萬千瓦的水輪發電機組，這也是我國自主設計制造的完全國產化的百萬千瓦機組。

白鶴灘的總裝機量達到1600萬千瓦，位居世界第二。

這背后離不開轉輪的研制成功，轉輪是水輪發電機組的“引擎力”，也是檢測機組穩定、平衡的關鍵一步。此前，工程師接受記者采訪時，將一枚硬幣放在白鶴灘發電機組上，硬幣在每分鐘111圈的轉動速度下，紋絲不動。

2021年4月25日，工人在白鶴灘水電站的地下廠房安裝設備。圖｜IC photo

從85萬千瓦到100萬千瓦，不僅僅是單機容量在提升，而是所有性能指標全部需要提升。有需求就有動力，百萬千瓦發電機安裝的背后，是我國整個水電裝備制造產業技術水平的全面提升，同時也填補了世界水電的技術空白。

值得關注的是，在金沙江前期的項目中，雖然承建方都是國企，但中標方中仍有外企的身影，到了白鶴灘水電站，首次徹底實現了全國產化。

2.全壩使用低熱水泥混凝土，世界首次。

“拱壩裂縫”是水利工程的致命問題。為了從源頭上解決溫度裂縫問題，三峽工程應用了中熱水泥，美國胡佛大壩則使用了低熱水泥，不過占比只有40%左右。白鶴灘壩頂弧長709米，拱壩厚度63米，擴大基礎厚度93米，壩高289米，全面采用我國自主研制的新型低熱水泥——低溫硅酸鹽水泥混凝土，總量達800多萬立方米，保證大壩基本上不產生宏觀裂縫。

不僅如此，通過多年施工實踐，大壩建造者還形成了與低熱水泥混凝土相適應的溫控防裂策略和配套的施工工藝。比如，通過埋設的近7000支溫度計，實時監控和分析大壩混凝土溫度，自動、動態調整通水量。

2019年4月1日，一條長約25.7米的常態混凝土芯樣，穿過52個澆筑坯層，從白鶴灘大壩體內取出，甚至帶出了最底部的基巖。這條世界最長的常態混凝土芯樣，表面光滑密實，內部骨料均勻、氣泡少，坯層間無明顯分界線，與大壩基巖結合緊密，表明白鶴灘大壩堪稱無縫大壩。

2021年5月13日，工人在對白鶴灘水電站大壩進行養護。圖|新華社

3.地下洞室群規模，世界第一。

白鶴灘水電站地下工程規模巨大，各類洞室總長度達217千米，相當于北京到天津距離的1.7倍。洞室開挖量達2500萬立方米，其中地下廠房長438米，巖梁以上寬34米，巖梁以下寬31米，高88.7米。

4.圓筒式尾水調壓室規模，世界第一。

白鶴灘水電站共布置8座尾水調壓室，位于電站兩岸山體之下400-600米深處，歷時5年建成，在改善電站機組運行條件和提高機組調節品質方面發揮重要作用。

調壓室單體最大開挖直徑48米，高度達128米（相當于40層樓的高度），總開挖量150萬立方米，單個調壓室規模與調壓室群規模均為國內外水電工程之最。

5.無壓泄洪洞群規模，世界第一。

泄洪洞是水電工程中承擔泄洪任務的建筑物，白鶴灘水電站布置了三條無壓泄洪洞，是目前世界最大的無壓泄洪洞群。單條泄洪洞長度2.1～2.3千米，斷面尺寸寬15米、高18米，最大泄洪量為每秒1.225萬立方米，這個速度18分鐘就能灌滿整個西湖，流速達到每秒47米，在泄洪設施建造史上名列前茅。

6.300米級高拱壩抗震參數，世界第一。

除了六個第一，白鶴灘水電站拱壩承受的總水推力達1650萬噸，僅次于云南小灣水電站的1800萬噸，居世界第二：拱壩高289米，居世界第三；樞紐泄洪功率居世界第三。

白鶴灘水電站還實現了“智能建造”。白鶴灘工程建設部副主任陳文夫表示，“大壩埋設了成千上萬的傳感器，全過程生產施工數據都會被采集和分析，從而實現了施工質量全過程的精細化、在線實時監控和預報、預警及智能控制。他還做了一個生動的比喻，就像一個人頭痛腦熱，不用醫生，靠自己就能夠采集血液等進行體檢，然后開出應對處方。

十萬移民

大國重器建設背后，有其使命擔當。

白鶴灘水電站在帶動當地脫貧致富方面，就發揮著巨大作用。

“金沙自古不通舟，水急天高一望愁。何日天人開一線，聯檣銜尾往來游。”

這是清代乾隆年間，欽差大臣繆弘受命督工金沙江第一次大規模開辟航運時，寫下的七言絕句。

正如繆弘所感嘆的，金沙江穿越橫斷山脈，地勢險峻、水流湍急，通舟困難，當地居民出行受阻，生活貧困，千百年來都沒有太大改善。

白鶴灘水電站庫區包含的云南昭通巧家縣正是典型代表。

巧家縣地處金沙江和牛欄江之間，中間還高聳著大藥山，“兩江夾一山”的地理環境，嚴重影響當地人的出行。直到1997年，全縣才實現村村通公路，但是，每到雨季這些土石路都會因坍塌和泥石流被阻斷。巧家縣通往外界的唯一出路，是一條修建于1958年的土石公路，連接昆明，去一趟要走三四天。

當地居民張世春回憶到，上世紀50年代，她外公渡船過江時，船翻了，尸體都沒找到。后來，她父親出去修路，途中被崖上滾落的一塊飛石打著腦殼，當場去世了。她還有個妹妹，10歲那年背著甘蔗下山，不小心絆了一跤，直接滾下了懸崖……

船不通，路難行，巧家縣人們只能“飛”出山外。1999年，一條距離江面260米高、長達400多米的溜索橋架了起來。隨后，7條溜索橋陸續連接起巧家縣與外面的世界，金沙江上就有6條。但是，溜索橋危險系數也很高，吊在百米高空滑到對岸，十分考驗搭乘人的心理承受能力，此外，遇到大風或者停電，溜索都不能使用，趕上壞天氣或夜間過溜也很不方便。

除了出行的不便，受地形影響，當地的耕地面積也很少，巧家縣下面的鸚哥村有586戶2073人，人均只有1畝多土地，老百姓們不敢種植經濟作物，種了也賣不出去，只能依靠薄田自給自足，生活條件十分艱苦。

“一方水土養不活一方人”，巧家縣是名副其實的國家級貧困縣。

白鶴灘水電站的開建，改變了這些。與三峽水電站一樣，白鶴灘水電站也進行了大移民，涉及人口近10萬。

正如白鶴灘工程建設部黨委書記樊義林所說，隨著白鶴灘水電站移民安置和工程建設的啟動，大量的資金、資源集中配置在這一區域，極大改善當地的基礎設施和交通條件，帶動該地區其他資源開發和相關產業發展，增加稅收和就業機會，同時，通過移民安置，可提高當地居民生活水平，加快庫區脫貧致富。

首先是搬出來，徹底脫離貧瘠的土地和崎嶇的山路。

自2011年1月1日下達“封庫令”以來，巧家縣搬遷安置人口為17154戶共50178人，占云南部分搬遷人口的94.94%，占總庫區的46.52%。同時，巧家縣規劃建設了大寨鎮王家灣、白鶴灘鎮黎明、金塘遷建集鎮、蒙姑鎮十里坪等8個移民安置區，包含安置房723棟21841套，面積達313.7萬平方米，是白鶴灘水電站安置人口規模最大的庫區。

【注：大中型水利水電工程建設征地范圍內禁止新增建設項目和遷入人口的通告，簡稱為“封庫令”。】

2021年1月21日，云南昭通白鶴灘水電站巧家庫區金塘遷建集鎮移民安置區，移民在搬家。圖｜視覺中國

其次，配套設施要跟上。

隨著白鶴灘水電站下閘蓄水，此前建設的葫蘆口大橋被淹沒，一座總投資2.6億元的白鶴灘金沙江大橋在其身后架起，將四川省寧南縣和對岸的云南省巧家縣連在一起。大橋全長746米，全橋設計行車速度為40千米每小時，既方便群眾出行，也聯通了兩地經濟命脈。

4月8日拍攝的白鶴灘水電站庫區金沙江葫蘆口段，低處的老大橋即將被淹沒，高處為新建的白鶴灘金沙江大橋。圖源：人民日報

白鶴灘寧南庫區G248線公路投資8.3億元，路線總長17.05公里，設計速度為60千米每小時，屬于二級公路，對改善全縣交通和投資環境具有非常重要的意義。

縱覽全局，白鶴灘移民工程工作量巨大，包括8000多萬方開挖回填量、580多萬平方米房屋建筑、70千米等級公路和120千米農村道路、800多千米供水管渠以及地質條件復雜的山地安置點等工程。

最后，移民們要“搬進來、穩得住、能融入、邁步能致富”。

白鶴灘水電站建成后，帶動了當地旅游、物流等行業的發展，為村民們增加就業機會，還吸引了許多在外務工者返鄉工作，對當地消費和GDP增長起到了強有力的拉動作用。

2020年5月，巧家縣退出貧困縣序列。正所謂，建好一座電站、帶動一方經濟、改善一片環境、造福一批移民。

功在當代

白鶴灘水電站的開發目的，以發電為主，兼顧防洪、航運、攔沙等效益，開始運行后，不管是“單打獨斗”還是“抱團”，都有著驚人的影響。

單看白鶴灘水電站，到2022年7月全部投入運行后，其一天的發電量可以滿足50萬人一整年的生活用電，成為“西電東送”骨干電源，在電網中承擔系統調峰、事故備用等任務。

目前，華東、華中和南方電網覆蓋區內的主要用電負荷地區，均在白鶴灘水電站特高壓輸電線路可送達范圍內。這些地區經濟相對發達，能源和電力需求量大，但能源資源相對缺乏，需求缺口十分明顯。白鶴灘水電站所發水電，豐水期將全額送出，枯水期部分留存四川，對改善四川豐余枯缺的電源結構起到積極作用，也能極大解決我國經濟發展與能源分布不均衡的矛盾。

再看矩陣式的金沙江下游四座梯級電站。

金沙江下游四個水電梯級。圖源：中國三峽集團官網

目前，烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩都已投入運行，總裝機容量達4646萬千瓦，規模相當于兩個三峽工程。白鶴灘工程建設部黨委書記何煒表示，四座巨型電站組團出道，將至少發揮三種聯動效應。

1.聯合防洪調度。

白鶴灘水庫在金沙江下游四個梯級中庫容最大，正常蓄水位825米，防洪庫容75億立方米，相當于1.5個太湖容量，僅次于三峽工程和丹江口工程。它與溪洛渡水電站聯合調度，可以承擔川江河段防洪任務，提高川江河段沿岸宜賓、瀘州、重慶等城市防洪標準；它配合三峽水庫聯合調度，承擔長江中下游的防洪任務，可進一步提高長江中下游的防洪標準。

2.增加航運效益。

以往，每年10月到次年4月，金沙江下游流速低于1000立方米/秒，河段基本有半年時間不能通航。白鶴灘水電站建成后，因為水庫庫容具有年調節能力，可以實現枯水期均勻下泄，從而增加下游河段流量，直接改善下游枯水期航道通航條件，實現庫區在不同時期全程或局部通航，促進庫區社會經濟發展。

3.電站群聯合投產之后，通過科學調度，還可提高電站總體發電量。

四座巨型電站與三峽工程、葛洲壩工程一起，則構成了世界上最大的“清潔能源走廊”，總裝機將達7169.5萬千瓦，全部總發電量將達2932億千瓦時/年。

除了增加能源供應和儲備，改善我國能源結構，白鶴灘水電站也在為我國的“碳達峰”“碳中和”做出貢獻。

6月10日拍攝的白鶴灘水電站。圖|新華社

2016年11月4日，全球應對氣候變化的《巴黎協定》正式生效。中國溫室氣體排放總量居世界首位，煤炭消費量超過全球半數。要想調節國家能源結構，清潔可再生資源至關重要，水電是我國第二大常規能源資源。

為了履行國際責任，國務院印發《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》，其中提出，到2020年力爭常規水電裝機達到3.4億千瓦。到2020年“十三五”規劃收官之際，我國全口徑水電裝機容量達3.7億千瓦。2021年，先后投入運行的烏東德和白鶴灘水電站，助力我國水電裝機容量更上一層樓

在2020年的第七十五屆聯合國大會上，我國政府提出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的承諾。

白鶴灘水電站每年可節約標煤量約2007萬噸，減少二氧化碳排放約4179萬噸、一氧化碳排放約0.6萬噸、碳氫化合物排放約0.26萬噸、氮氧化物排放約25.5萬噸、二氧化硫排放約37.7萬噸，環保效益驚人，有利于實現我國制定的二氧化碳減排行動目標。

可以說，在“十四五“的開局之年，白鶴灘水電站已成為繼三峽工程之后中國水電的新“國家名片”。

回溯歷史，從1912年我國第一座水電站——云南石龍壩水電站建成，到2021年裝機規模世界第二的白鶴灘水電站首批機組正式投產發電，從新中國成立初的36萬千瓦水電裝機容量到2020年底的3.7億千瓦，中國的水電建設事業已走過109年的時光。目前，全球前五大水電站中，中國占據四座，全球在建和投運的70萬千瓦以上機組有127臺，中國占了104臺。

毫無疑問，我國的水電建設的綜合技術水平早已邁入世界先進行列，并將行穩致遠。

參考資料：

1.三峽的建設與金沙江的西電東送|陳黔明、趙明娜，《電網技術》，1995年第8期

2.金沙江水電基地及前期工作概況|彭亞，《中國三峽建設》，2004年第4期

3.世界第二大水電站白鶴灘開建，四川金沙江27級水電雛形初現|楊漾、王燦，澎湃新聞，2017年8月3日

4.金沙江水電開發的是與非|中國水力發電工程學會，2012年5月17日

5.向家壩水電站開啟金沙江的“新黃金時代”|但棣瑤，《中國三峽》，2021年第1期

6.金沙江流域：水電與生態的博弈|李鵬，中國科技報，2009年6月30日

7.世界水電看中國|蘇南，中國能源報，2019年9月23日

8.中國在建的這座水電站，又創多個世界第一！|新華視點，2017年8月21日

9.全面開建！白鶴灘將拿下這些水電工程“世界之最”|陳磊，科技日報，2017年8月21日

10.中國造的這座壩，頂得住世界級水推力|朱靜霞、黃克瑤，中國三峽集團官網，2021年5月31日