新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

新中國水電發展主要經歷了以下三個階段:

第一階段,艱苦奮鬥創基業(1949年~1979年)

新中國成立伊始,百廢俱興。對於水電,1950年召開的電力工作會議評價為:起步遲、規模小、數量少、技術水平低,但經過長期的努力,也獲得了一定的成績。當時水電不僅家底薄,還面臨國內生產資料奇缺、國際經濟封鎖等重重困難。就是在這樣的條件下,中國共產黨領導全國水電工作者自力更生,艱苦奮鬥,開啟了水電創業新徵程。


我國對日偽侵略中國時留下的豐滿水電站進行的加固、補強和改擴建工作;開展了龍溪河、古田溪、永定河、以禮河等中小河流的開發規劃;設計建設了獅子灘、古田一級、黃壇口、上猶江、流溪河、官廳、大夥房、佛子嶺、梅山、響洪甸等一批中型水電站以及新疆烏拉泊、西藏拉薩和海南東方等小水電站。這些中小型水電站以工期短、投資少的優越性滿足了地方發展的需要。


1957年4月開工的新安江水電站,是中國自行設計、自制設備、自主建設的第一座大型水電站,也是我國第一座百米高的混凝土重力壩。1958年9月,中國首座百萬千瓦級的水電站—劉家峽水電站在黃河上游開工建設,同時,下游的鹽鍋峽、八盤峽水電站也相繼開工興建。1975年,總裝機容量122.5萬千瓦的劉家峽水電站建成,成為中國水電史上的重要里程碑。此後中國又陸續建成了一批百萬千瓦級的水電站。



新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

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與此同時,壩工理論也相繼提出,壩基抽排減壓、混凝土溫度控制等一系列技術創新和成功應用,極大地縮短了我國與發達國家壩工技術的差距。地質勘探和測量、水能規劃、水文泥沙、施工、機電與金屬結構等專業理論與技術也取得不小成果。這一階段所提出的理論與技術成果後來成為制定水電行業規範的基礎。

截至1979年,我國水電裝機容量達到1911萬kW(其中抽水蓄能3.3萬kW),年發電量547億kWh。


第二階段,改革開放謀發展(1980年~1999年)


黨的十一屆三中全會以後,國家確立以經濟建設為中心的發展方針,全面實行改革開放政策。在經濟體制、電力體制改革的大背景下,水電也開展了建設體制改革的探索。水電建設經歷了工程概算總承包責任制、項目業主責任制和項目法人責任制三個階段。體制改革解放了生產力,對外開放注入了新活力。二者相互促進,極大地提高了生產效率。

二十世紀80年代初,水電建設實行工程概算總承包制,相繼開工了紅石、白山和太平灣水電站。工程概算總承包首次在水電施工領域打破大鍋飯體制,為後來水電改革打下了一定基礎。

隨著體制改革的不斷深化,國家開放水電建設市場利用外資建設水電。魯布革是1982年在全國建築市場率先引用世界銀行貸款建設的水電項目。工程建設按照國際慣例實行招標投標制,首次在建設中引入競爭機制,打破長期以來的自營建設體制。打破壟斷、引入競爭雖然只是生產關係中生產方式的變化,但其對生產力的解放是驚人的。

新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就


魯布革的成功實踐激發了人們對基本建設管理體制改革的強烈願望,中國水電人開始認真瞭解和學習國外在市場經濟條件下實行的項目管理的機制、規則、程序和方法。從此以後,隨著國家撥改貸政策的實行,我國水電建築業迅速由計劃向市場轉變。打破壟斷、引入競爭雖然只是生產關係中生產方式的變化,但其對生產力的解放是驚人的。被譽為“五朵金花”的水口、巖灘、五強溪、隔河巖和漫灣等水電站就是業主負責制的代表。

1991年,二灘水電站作為世界銀行在單個項目貸款最多的項目正式開工。全面實行國際招標,項目管理全面與國際接軌,引進了國際管理經驗和技術,促進我國水電建設技術和設備製造能力跨上了新臺階。


黨的十四大提出建設社會主意市場經濟體制的方針以及1994年頒佈實施《中華人民共和國公司法》,中國電力建設領域的體制改革全面開展。對水電建設來講,就是對老項目實施公司化改制,對新項目按照《公司法》成立有限責任公司規範化運作,特徵為項目法人責任制。第三階段與第二階段的業主責任制有著本質的區別。項目業主是出資方組成的董事會,是真正意義上的業主責任制。在這一階段,二灘、清江、五凌、桂冠等公司率先進行公司化改制,新的機制保證了公司的健康發展。

1997年,國家電力公司成立,國務院授權其經營中央電力資產,也從生產關係上形成了一箇中央水電投資主體, 國家電力公司在成立後先後在中西部佈局和開展了“五大一小”水電項目的前期工作,卓有成效地推動了龍灘、小灣、公伯峽、洪家渡、三板溪等水電站和岷江雜谷腦流域的前期工作。

上世紀九十年代初期,西部大開發為水電高速發展創造了良好的機遇。1992年, 全國人民代表大會批准建設三峽水利樞紐。1993年~1999年,水電投產連續7年超過300萬。1998年和1999年分別達到了534萬kW和633萬kW。截止1999年,全國水電裝機容量7297萬kW(其中抽水蓄能547.5萬kW),年發電量2219億kWh。分別居世界第2位和第4位。


第三階段,自主創新大發展(2000年至現在)


2000年以來,水電投資領域引入競爭機制,投資主體多元化,梯級開發流域化,現代企業管理的制度創新,加快了水電開發建設的步伐。

國家實施西部大開發戰略和西電東送,為西部水電開發帶來了難得的機遇。雅礱江、大渡河、瀾滄江、金沙江、烏江等水能富礦基地按照流域規劃有序開發,龍灘、小灣、溪洛渡、向家壩、錦屏一、二級、瀑布溝、拉西瓦等一批在國家西部大開發和“西電東送”戰略實施之後開工並相繼投產,我國水電在裝機容量與發電量、設計與施工、設備製造與運行管理等方面全面發展,突飛猛進。

2004年9月26日,黃河公伯峽水電站首臺30kW機組投產,中國水電裝機總容量突破1億kW,居世界第一。從1979年改革開放算起,裝機突破1億kW用了25年時間。2010年8月25日,雲南瀾滄江小灣水電站第4臺機組投產,中國水電裝機總容量突破2億kW,不到6年時間又新增1億kW裝機。2017年底,全國水電裝機容量34119萬千瓦,其中常規水電31250萬千瓦,抽水蓄能2869萬千瓦。2017年全年水力發電量總計11945億千瓦時。梯級水庫群漸成規模。紅河干流、烏江干流,南盤江、紅水河干流,黃河中下游,大渡河中下游、雅礱江中下游、瀾滄江中下游、金沙江干流中下游梯級群開發已漸成規模。流域梯級“群”的綜合效益逐漸顯現。

新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

(圖表來源,周建平:流域控制性梯級潰壩風險決策機制)


減排效益持續顯著。

2017年水力發電量替代標準煤3.55億噸標準煤。以超低排放0.297kg計,減少二氧化碳排放量9.538億噸(比IHA採用了保守的計算方法)。中國水電對二氧化碳減排的貢獻佔全世界近1/2。按照2018年1月國內各碳交易市場價格,水力發電年減排效益在81~492億元之間,平均價格242億元。如果沒有棄水,水力發電的減排效益更加顯著。水電正常發揮功能在百年以上,能源產出與能源消耗比(EP/ETP)可以達到300,是燃油發電的10倍。在所有低碳能源品種中,水電可持續減排能力最強。




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(根據全國碳交易市場月平均價格繪製)


防洪效益尤為顯著。

以三峽水利樞紐為主的長江和金沙江干支流形成的梯級水庫群30多座,總防洪庫容530億m3(數據來源,長江水利網)。截至2017年底,三峽工程累計攔洪運用44次,總蓄洪量1322億m3,幹流堤防沒有發生一處重大險情,確保了長江中下游的防洪安全,減輕了下游干支流地區的防洪壓力,降低了防汛減災成本。成功應對2010年、2012年兩次洪峰超70000m3/s的洪水過程;在2016年長江發生“98大洪水”時,通過聯合調度,成功避免了長江上游“1號洪峰”與中下游“2號洪峰”疊加遭遇,有效控制下游沙市站水位未超過警戒水位,城陵磯站水位未超過保證水位。根據中國工程院作為第三方獨立評估的初步估算,三峽工程每年平均產生的防洪經濟效益達76.11億元(2007年價格水平,中國工程院三峽階段性評估與竣工獨立評估報告)。

水庫改善局部氣候,形成的青山綠水也逐漸顯現。一些以水庫命名的國家級風景名勝區正在形成。




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新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就


松花湖霧凇(國家命名豐滿水庫為松花湖,霧凇是水電站發電尾水溫度較高,凝結於樹枝形成特有風景。松花江冬天不是天天有霧凇,電站不發電,很難見到霧凇)




新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

以水電基地為依託,打造風、光、水多能互補的示範性工程正在開展。水電成為促進清潔可再生能源大規模併網的平臺。

新中國水電發展成就,是老一輩水電人在艱難困苦條件下開創了基業,改革開放縮短了差距,自主創新實現了跨越。工程規模與技術難度不斷刷新行業紀錄。2010以來,世界規模最大的三峽水利樞紐工程,世界最高的黃登碾壓混凝土重力壩(203米),總水推力最大的小灣混凝土雙曲拱壩(1900萬噸),洩洪功率最大的溪洛渡水電工程(98710MW),地震設防烈度最高的大崗山水電工程(0.557g),規模最大的深埋長大洞室群錦屏二級水電站已成功建設並投入運行。正在建設的烏東德、白鶴灘、兩河口、雙江口水電站等也極具挑戰。這些世界級巨型工程成功建設,極大地推動了工程領域的技術進步,也帶動了基礎科學的發展和各學科的交叉融合。


黨的十八大以來,在“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念指引下,中國水電發展又進入一個新的時代。水電行業發展從“重開發建設”向“建設與運行並重”轉變。行業基礎研究相繼開展並取得初步成果。“設計、施工信息化”、“智能溫控”等技術已經得到工程實踐。“流域梯級水庫群風險孕育機理與防控”、“梯級水庫群風險等級確定與風險設計”、“流域水電綜合監測”等行業前瞻性研究也取得豐碩成果。

2017年,中國水力發電裝機為341GW(包括抽水蓄能28.7GW),發電量1195TWh,分別佔到全球水電總裝機容量、發電量的26.9%和28.5%。中國水電裝機規模是美國的3倍多,而且超過世界排名第二到第五的總和。可以說,中國已成為名副其實的水電大國,水電技術整體躋身世界前列。剝繭不易,抽絲更難。中國水電技術究竟從哪裡說起,真的不能胡說。老子講“上善若水”,倡導人們學習水至柔至善的品性。“水利萬物”,水細無聲,但是水無所滯,聚則洶湧啊。如何做到攔蓄並舉,首推壩工技術。


一、壩工技術

中國是擁有水壩數量最多的國家。截至2017年底,已建成各類水壩98478座。數量之多、規模之大,名列世界前茅,而中國在規劃、勘察、設計和研究中的200米、300米級高壩,氣勢之大,更是世無倫比。目前全世界已建在建200m及以上的高壩96座,中國佔34座;250m以上高壩20座,中國佔7座。已建的錦屏一級雙曲拱壩(305m)、在建的雙江口心牆堆石壩(314m),更是位列同類壩型之冠。

進入21世紀以來,我國建成了一批高水平大壩工程,壩工技術有許多重大突破。在混凝土壩方面,建成了舉世矚目的三峽、光照、龍灘等重力壩和錦屏一級、溪洛渡、構皮灘、拉西瓦、小灣等一批拱壩。其中,已建的錦屏一級(壩高305m)、小灣(294.5m)、溪洛渡(285.5m)及在建的白鶴灘(289m)等4座拱壩的高度都超過了國際上已建成的最高拱壩-英古裡壩(壩高272m)。在土石壩方面,建成了有國際影響力的水布埡(壩高233m,國際最高)、三板溪和洪家渡等面板壩以及小浪底、瀑布溝、糯扎渡等心牆堆石壩。在碾壓混凝土壩方面,已建成超過100m的既有重力壩,又有拱壩,碾壓混凝土重力壩有黃登(壩高203m,國際最高)、光照(壩高200.5m)、龍灘(已建壩高192m,遠景壩高216.5m)等壩,碾壓混凝土拱壩有萬家口子(壩高167.5m,國際最高)、沙牌、大花水等壩。


新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

已建全球最高的拱壩-錦屏一級拱壩,壩高305米。項目業主:雅礱江流域水電開發有限公司,設計單位:中國電建成都勘測設計院有限公司。



新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

已建全球水推力最大的拱壩-小灣拱壩,總水推力1900萬噸。項目業主:華能瀾滄江水電股份有限公司,設計單位:中國電建昆明勘測設計院有限公司。



新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就已建全球洩洪功率最大的拱壩-溪洛渡拱壩,壩高285.5米,洩洪功率超過9800萬千瓦。項目業主:中國長江三峽集團有限公司,設計單位:中國電建成都勘測設計院有限公司。


新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

中國第一、居同類壩型世界第三的糯扎渡心牆堆石壩,最大壩高261.5米。項目業主:華能瀾滄江水電股份有限公司,設計單位:中國電建昆明勘測設計院有限公司。


二、不能不說的二灘


中國擁有獨步世界的水力資源。水能資源富集的金沙江及三大支流(雅礱江、大渡河和烏江),外圍的瀾滄江、怒江和紅水河乃至雅魯藏布江,堪稱世界水電大寶庫。寶庫棄之不用,任由橫流必為水患。中國歷史上數次江河改道,餓殍遍野、千里逃荒的悲慘場面,不就是任由原生態數萬立方米的水流從4000多米高的青藏高原咆哮到長江中下游所致嗎?江河治理是歷史上所有執政者的頭等大事。要江河治理與水電開發,就必須打開這一“寶庫”。寶庫中的資源雖然豐富,但開發條件之惡劣也是非常驚人的。二灘工程正是開啟中國水電寶庫的鑰匙,也是拉開了中國全面水電大開發的序幕。

中國水電技術的全面進步,躋身世界前列應該是從二灘開始。

二灘高240m的雙曲薄拱壩,比當時國內最高的龍羊峽拱壩一下子高出62m,(水推力大致是水頭的三次方),一步跨入世界先進行列。就薄拱壩壩高而言,二灘當時位列世界第三。單純壩高而論,例如比意大利瓦伊昂低20m,還不能說明技術難度。瓦伊昂是建在小溪上,二灘則建在煙波浩渺的雅礱江上,要宣洩巨大的洪水,還要抵禦強烈的地震,還有巨大的地下洞室群。

新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

煙波浩渺雅礱江,雲山霧海金二灘。 圖片來源於網絡

二灘水電站工程還是中國建設體制深化改革的成功典範。魯布革的引水系統引進外資外企興建,開了先河。二灘則是利用世界銀行貸款最大的大型水電工程,完全按照世行要求進行國際招標和合同管理。通過二灘工程建設,中國全面地學習國際經驗和技術,進行消化、吸收和提高,尤其是管理上達到很高水平,完全與國際接軌。與外國企業和專家建立了良好地關係,引進了技術與經驗,也把我們的經驗反饋給世界銀行和國際水電界。二灘工程的移民、環保、生態工作也做的十分細緻,得到國際上高度評價。二灘公司也從單純的建設單位發展成為一個真正的有限責任公司,成為中國一家獨立的、現代化的企業,一家項目開發與生產經營並舉的複合型企業,承擔著雅礱江流域梯級滾動開發和綜合利用的重任。

雅礱江公司前途非常光明。當時二灘投產發電正好遭遇亞洲金融危機,電力消納難以解決,一度負債高達98%。現在的雅礱江公司,建成了世界第一高壩錦屏一級水電站大壩,電站裝機360萬千瓦;還建成了世界綜合規模最大、難度也最大的地下洞室群-錦屏二級水電站,裝機480萬千瓦;還有裝機容量240萬千瓦的官地水電站和60萬千瓦的桐子林水電站。目前正在建設的有川西藏區最大的水電站兩河口和中國第一個完全總承包意義的楊房溝水電站。此外,目前還全面推進牙根、楞古、孟底溝、卡拉等四個電站的前期勘測設計工作。

雅礱江公司創造了多項第一。

新中國水電發展歷程及中國水電技術發展成就

第一家引入外國諮詢企業的水電開發企業。2007年4月到美華(MWH)公司技術交流,美華公司總裁熱情接見,介紹他自己曾在二灘建設期間的哈扎公司(後來併入美華公司)工作,還娶了一位美麗的重慶姑娘。事業與婚姻雙豐收,從二灘開始。看老哥的表情,是不是幸福的不要不要的。可惜,當時沒有記下他的名字,現在名片也找不著。

第一個採用分層取水的生態友好實踐工程-錦屏一級水電站進水口。

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2007年與美華公司(MWH)Tracy Vermeyen 工程師討論美國薩斯塔山TCD結構和水力學問題。圖左2是本人,當時還是很 nice、handsome and thin的。

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雅礱江公司與中國水電顧問集團公司(現拆分為水電水利規劃設計總院和中國水電顧問集團有限公司)流域梯級全過程諮詢簽約儀式,圖片來源於網絡,本人沒有參加會議,但是在工地整整幹了8年。

雅礱江公司還是首次引入流域梯級電站全過程諮詢的企業,開創了建設期諮詢的先河。雅礱江非常重視科技創新,與國家自然科學基金會共同成立資金規模為5000萬元的雅礱江水電開發聯合研究基金,藉助國家級科研平臺,開展雅礱江流域水電開發過程中需要解決的包括工程技術、經營管理和環境保護等方面的重大課題研究。雅礱江公司還建設了國內放流規模最大的魚類增殖放流站。

三、結束語

在此,對水電工程各位項目總工程師表達最特別的敬意。一項大型水電工程的成功,無不體現項目總工總覽全局的智慧,尤其他們承受了來自各方的壓力。當出現任何質量問題,首先考量的就是設計,方方面面的問題都要設計總工首先去背書。清楚記得成都院周鍾任錦屏一級總工推進每一項工作的艱難,也深知昆明院鄒麗春在任小灣設總時的無奈。當小灣大壩出現裂縫後,時任設計總工的鄒麗春在路過一所監獄的勞改工地對瀾滄江總工艾永平說,我學開挖機,你學開推土機。小灣裂縫解決不了,我們就跟他們一起開挖機、開推土機。年齡大了,進了監獄幹不動體力活了,乾點技術活還可以。兩位總工承受的壓力,外人怎麼能體會得到。社會主義倡導的價值觀,不能像腐朽的資本主義的金錢觀那麼具有銅臭味,更不能像美國在1936年那樣給胡佛壩做出重大貢獻的總工400萬美元的獎勵。社會主義市場經濟,不僅要遵循經濟規律,也是尊重價值規律。對承受巨大壓力、關係國計民生的重大工程的技術人員,給予應有的報酬和人文關懷,不算過分。

在此,筆者更反對一切的技術官僚,譴責利用職務,將與自己或有關的各種獎項掛名甚至排名首位,撈個院士、大師之類的偽專家稱號。

工程是技術的體現和延續,它推動著人類文明的發展(潘總語)。這是我用工程體現技術的初衷。矗立在江河中的每一座大壩,不是靜態工程,而是流動的技術史詩。幾千年的中華文明史,是一部水患史,也是一部江河治理史。中國水電人在自然與社會的結合處思辨。一座座刷新行業記錄的巍峨大壩,不是為了征服自然,而是倚重自然,因勢利導地利用自然造福社會。他們腳踏山川,更仰望星空,用現代技術架設了人與自然、人與社會、人與自身的和諧之橋。當然,壩工技術只是中國水電技術的重要組成部分,洩洪消能技術、地下工程、施工、邊坡治理,複雜基礎處理、防震抗震......,等技術,待後續。


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