第626期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读]《新型水电站》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——新型水电站
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：周孟夏，中国三峡白鹤滩工程建设部技术部副主任。
郭 亮，中国科学院力学研究所工程师。
讲座时间：2024年12月30日～2025年元月5日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——新型水电站
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目，我是主持人胜春。在建的白鹤滩水电站代表着目前世界水电站建设的最高水准，当它建成之后，每发一天的电可以为一个城市的16万家庭提供全年的用电量，那它除了提供电力之外，还会给我们带来什么呢？我们通过短片进入今天的节目。白鹤滩水电站位于金沙江干流下游河段上，是目前世界上在建的最大规模水电站，工程总工期为144个月，高峰期有将近两万人同时工作，浇筑的混凝土总量将近2000万立方米，仅混凝土双曲拱坝体积就超过800万立方米，相当于三个埃及胡夫金字塔。建成之后白鹤滩水电站，将成为仅次于三峡工程的世界第二大水电站。除了产生清洁的电能，白鹤滩水电站还兼具防洪、航运，促进地方经济社会发展等综合效益，与流域梯级一起共同构成守护长江的重要生态屏障。白鹤滩水电站规模巨大，多项技术指标位居世界前列，综合难度世界第一，其单机容量百万千瓦水轮机组更是被称为“世界水电珠峰”。白鹤滩水电站新在何处？未来又将如何影响我们的生活？
首先，给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国三峡白鹤滩工程建设部技术部的副主任周孟夏，另外一位是中国科学院力学研究所工程师郭亮。我们为什么把水电称作是清洁能源？水电之所以是清洁能源，就是说在建成之后，它的运行过程中是没有任何的碳排放的。那么就以我们今天的主题白鹤滩水电站为例，白鹤滩（水电站）建成投产之后，多年平均发电量能达到600多亿度（千瓦时）电。如果在同等的电力供应的条件下，相比火电我们每年能减少5160万吨的二氧化碳排放。这个概念是什么呢？我们国家的小汽车的保有量大概是3.7亿辆，按照一般的汽车的油耗来说5160万吨二氧化碳的排放，相当于全国所有的小汽车少开700公里，而且它是诸多清洁能源的形式中，可以集中开发的最为高效、最为经济的一种方式。根据国际能源组织的测算，中国的水能资源技术可开发量大概是每年有3万亿度（千瓦时）电，类比美国它也是一个自然资源很丰富的国家。中国将近是美国的6倍，这也是因为中国有很高的这种地势落差，然后同时也能形成较丰沛的水量。我们通过短片去了解一下。
我国的水能资源有多么丰富。我国的西部地区有平均海拔高度在4000米以上的“世界屋脊”青藏高原，也有平均海拔高度在1000米以上的云贵高原，而东部开阔的平原平均海拔在200米以下，这样西高东低的地势，让发源自西部的河流一路沿着高山峡谷奔流，为我国带来丰富的水能资源。最近的普查显示，我国大陆水能资源规模以上技术可开发装机容量约6.6亿多千瓦时，年发电量约3万亿千瓦时，位居世界之首。由这些奔腾的大江大河所提供的能源清洁低碳，并且是绿色的可再生能源，但是目前我国水能资源只开发了不到50%，还有很大的开发利用空间。在历史上所有的西方发达国家都是以优先开发水电来满足自己能源需求的，有部分的欧美国家水电的发电比例是非常高的，甚至能达到90%以上，怎么利用水能？如果我们只是天然地把水利用起来，那么自然就会面临到夏天水多的时候，我可以发的电就多，但是可能我所有的机组都转起来还用不完。那有一部分水能就白白流走了，到了冬天大家都要用电暖气，都要开空调的时候，水不够了，我即使把所有的水都用上，还有一部分机组没有水来用。那么我们建水电站就是通过工程的手段拦蓄水量，那么在夏天水多的时候，我们可以把水拦起来，在冬天需要的时候，我可以慢慢地放下来，所以这样的话，就是修建水电站，可以让这个电力的供应能够更为人类所调节。
那目前我们国家的水电站，在国家电网上发电的占比能够达到多少？水电发电量的占比大概只能占到1/6左右。1/6左右。如果是这么清洁的能源，我们为什么不能够多建一点水电站呢？水电站的建设，它还是有一定的技术含量的，我们一定要依托这些大江大河，把水的流动、水的势能转化为动能来带动水轮机。在高山峡谷它的落差更大，那么我们可以更好地运用这个能量，但是要克服一些地质条件的问题，建站还是不建站，我们要考虑综合性非常多的因素。像刚才周主任提到的，说我们的水能资源其实非常丰富，但是否在这个位置合适，这其实是个综合性的一个命题。对。那么首先你要考虑的是，我在这个地方建水电站，到底是性价比高还是低，当这个位置虽然有高落差，但是它的工程施工难度非常大，或者说它往外输电的难度非常大，抑或是因为环境等等其他的这种因素制约着它，那我可能就因此会放弃掉它作为水电站的一种可能性高落差，只是它的第一个必要条件。它到底划算还是不划算，其实是要看需求端、供给端、施工难度，甚至包括一些生态环境的保护等综合因素全面考虑进来，才能决策（建站）是否合适。
我们今天说的主角白鹤滩水电站，它在建设选址的时候，到底满足了哪些建设水电的一些需求？白鹤滩（水电站）位于的这个金沙江下游高山峡谷地区，它的落差非常大，而且水量也较大，水流湍急是我们水电开发的一个非常优越的选择的地方，我们的技术条件可以达到，然后经济指标也比较好。就是相对难度较低，建设成本又低。对，而且它可以最有效地发挥我们这一河段它的防洪和发电的任务。说到了白鹤滩水电站，这可能是我国即将投入使用的最新的一个水电站了。那比起以往我们建成的那些，甚至是著名的水电站来讲，它的“新”体现在哪里？新装备、新材料、新技术、新工艺，新装备这一点就是我们单机容量百万千瓦的水轮机组，它的概念是什么呢？在白鹤滩（水电站）总共有16台这样的机组，那么将来投运之后，这16台机组全速运转起来，只要一天时间就能满足16万个城市家庭一年的生活用电。白鹤滩这个地方水能资源非常丰富，它可以有巨大的发电的潜力，越大的机组对于能量的运用效率越高，它的发电的效率也越高。好，说到这儿，我们看看我们记者之前编辑的短片。
16台功率在百万千瓦的水轮机组是白鹤滩水电站的超级“心脏”，它的额定出力高达1015兆瓦，足以给6.7艘辽宁舰航母供给动力。单台水轮机组的高度超过50米，重量超过8000吨，比埃菲尔铁塔还重。同时它们又是非常精密的仪器，水轮机与发电机的同轴度偏差仅0.015mm，比头发丝还细。在它们以将近每秒两圈的速度高速旋转时，竖直放置的硬币都不会倒，这样的巨型机组是我国制造水平的体现。我们不但是建成了这样的机组，而且它带动了我们从材料的冶炼加工，到我们的机械设计，到我们的精密仪器的安装制造，包括配套的输配电的设施，整个全产业链都有了一个系统性的技术飞跃。白鹤滩（水电站）的第二个新，就是我们说的新材料，体现在低热水泥混凝土的全面应用，我们盖房子，修路，都是用的混凝土。我利用水泥的胶结能力，把石头沙子粘在一起就会形成很坚硬的一块人造的石头，水泥遇水过程中（会）大量地放热和水泥的时候为什么会发热？当我把水浇进去，再把这些材料浇进去的时候，一搅它里边就会有化学反应。那么这个化学反应就会释放大量的热，跟咱们的自嗨锅很像。自嗨锅咱们都知道，其实它就是底下放了生石灰，放了生石灰之后你加了水，它就变成熟石灰，然后它就会发热。那么这个热量出来了之后，我才能像刚才周主任说我把这个材料都能给你粘在一起，才能够去坚固材料，但是建造的过程中，它一直在不断地放热，那么当冷热一对比的时候，它会有热胀冷缩。
在这个过程中，热胀冷缩就会让我们浇筑的这个混凝土变形，那么混凝土本身又是一种能够承受压力，但是承受不了拉力的一个结构。这种变形如果过大的话，它就会开裂，怎么样来解决混凝土的开裂？通过非常优化地精准地调节水泥的这个配比，我们得到了低热水泥这样的一个新型的水泥，新型水泥表现是什么呢？我们在刚浇筑集中进行化学反应的这个过程中，它的发热量很低，但是它的后期的强度又不断地增长，使得它不会一开始剧烈地发热达到非常高的温度，有利于我们的温控。另外，它后期强度持续增长，也会让我们的水泥它的强度得到了保证，正是运用了低热水泥这样的新型材料，我们白鹤滩（水电站）的整个大坝的抗裂的安全系数，比我们的规范提高了将近20%，抗裂的安全性有了一个质的飞跃，那么也真正地使得我们能够建成这样一个完全的无缝大坝。建造的过程当中使用的新技术，它的内核是什么？移动互联在我们的施工过程中有了应用，比如说我们的每一台施工设备，它都有高精度的定位装置，同时还有高精度的传感器来判断它的施工的状态。那么通过它的定位，它的状态，我们就可以判断这一台的施工设备，它进行了哪些施工动作，然后同时通过我们的5Ｇ网络、移动互联，实时地把这些传感器采集到的数据全部能够上传到我的数据云中。然后再通过工程师预先设好的算法进行计算，那么我就可以判断它的施工的行为，是否满足我的现场质量安全控制的要求。这会不会跟我们的智能家居有点相似？
传感器已经咱们老百姓也都用上了，对吧。无论是家里的监控、加湿器、空调等等，它不再像传统的你自己靠人，我今天觉得干了，我就摁开，我觉得湿了，我就停一会儿。现在好多东西都是可以实时监测的，工程里边建大坝的这种传感器要比咱们家里边这些传感器，它的敏感性更强，它的指向性更准。大坝内部有一万多只传感器，那么我们现在所有的工程师可以通过这些传感器，实时监测的数据。在任何时刻都可以了解我们大坝，你关心的每一个点，它的状态，比如它的受力的情况是怎么样，它的变形的情况是怎么样，它是否处于一个安全的状态，有任何的问题，我们的传感器会第一时间发现。所以我们都说这些传感器，就是我们工程师的眼睛，它是整个工程的“哨兵”，它可以第一时间发现（问题）有任何异常情况都会报告给我们。就是从传统的我们肉眼可见变成了无处不在都可以看到。是的，而且我们肉眼可见的时候，其实是有一个采集频率的，我半天一巡逻或者两小时一巡逻，你才能看到那个位置，而我们现在这种智能传感。24小时。实时的，就有点类似于汽车防撞系统，以前的防撞系统是你离近了，我才帮你做刹车的动作。
那么现在的智能驾驶是什么呀？前面车开得快了，我就跟着它一起快一点，它开得慢了，我就跟着它一起慢一点。我不再是只是那么一个动作了，这样的话它的效率就提高了。水坝建造行业当中，有这么一句话，过去叫“无坝不裂”，我们有了这么高的智能建造技术，还会有裂的可能吗？我可以非常明确地说，我们白鹤潭大坝，800万方混凝土，从开工到最后，它没有产生任何的温度裂缝，它是一个绝对的真正的无缝大坝。无坝不裂，其实这里边的最主要的因素就是因为你做一个大工程，要保证它在整个的施工过程中都不开裂，这个事其实难度特别特别地高，但不见得开裂了就不能用。开裂了之后，我们是可以靠后期的修补，是可以把它维护到达标的水平。从结构的角度上是没有大问题？对的，但是咱们老百姓都知道，一个东西你破了之后，你再把它修回来，肯定也能用，但是它要比一直都没破的这个东西，那肯定性能要差很多。我们开玩笑说我小时候骑的自行车，车胎都是容易扎破的，对吧？扎破了之后，然后锉一锉再补一块，你会发现它也能骑。但是，你看现在的自行车很少再有爆胎的现象，尤其是汽车。是路上的东西少了吗？并不是，是因为它的质量变好了，而我们现在是靠新的技术和新的工艺，（让）整个的坝的寿命和它的可靠性其实是有一个质的飞跃。这样一个工程，它的设计寿命是按一百年来做的，但是实际上对于混凝土来说，只要你建设的时候质量有保障，后期的维护有保障，它的寿命是绝对长于我们工程的设计寿命。
目前白鹤滩水电站已经发电了吗？是的，我们首批的两台机组是在（2021年）6月28号投产，然后在（2021年）7月的17号和24号，第三第四台机组也投产，就在（2021年）11月8号和11月19号，我们第五台、第六台机组也投产，截止到现在（2021年11月底）已经累计发电量超过110亿度（千瓦时）电。全部投产的时候，白鹤滩水电站将会是一个什么样的水电站？白鹤滩（水电站）的装机容量是世界第二，仅次于三峡工程，投产之后多年平均的发电量624亿度（千瓦时）电，相当于我们今年（2021年）全北京市生产生活用电的一半。也就是说只要有两座这样的电站，就可以供整个北京市的工农业生产和居民生活的所有的用电。刚才您提到了这个三峡（工程），相比之下，白鹤滩水电站更新，那它的优势体现在哪儿？白鹤滩水电站，它和三峡（工程）都是长江干流的一个骨干梯级，它都是代表了当时世界上水电建设的最高水平，白鹤滩（水电站）装的是世界上仅有的一百万千瓦的水轮机组，这也是在我们三峡（工程）70万千瓦机组之上又一次技术的革新，水电站的建设还是跟这个技术发展相关的。
白鹤滩水电站我们叫新型水电站，比如说我现在就要建房子，我们有很多人需要居住，那最开始的时候建三峡（工程）的时候，是我们技术到一定程度了，那我就建一个比如说四层楼，我一定会找现在给我这个地块里边最平坦、最舒服、最合适建的这个地方。那么把它建成了之后，现在我说我不够住了，我现在还需要进一步再建，那怎么办？我现在技术已经有提升，我想建一个新型的，靠我们现在的新技术，在一个之前不太方便建的地方，我找一个相对难一点的地块，建个高楼。工程的布置的位置不一样，工程发挥的效益不一样，三峡工程以防洪为主，兼顾航运和发电，发电只是它任务的第三项。金沙江下游，也就是从攀枝花到宜宾这一段，长江干流的河段，我们是分乌东德（水电站）、白鹤滩（水电站）、溪洛渡（水电站）、向家坝（水电站）四个梯级来进行综合规划。白鹤滩（水电站）作为第二个梯级，以发电为主，它有巨大的调节库容，在汛期就可以把水蓄起来。等到枯水期又缺电的时候，我们再（把）水放下去，实际上仅仅白鹤滩（水电站）水库的运用，就可以让我们下游的梯级每年多发24亿度（千瓦时）的电，当然同时它也会有巨大的防洪收益。当白鹤滩水电站建成之后，与长江沿岸的水电站联合在一起，到底会发挥什么样的作用呢？我们通过短片去了解一下。
白鹤滩水电站建成投产，标志着金沙江下游四座巨型梯级水电站全部投入运行，它们将与长江中游的三峡工程、葛洲坝水电站一起构成世界上最大的清洁能源走廊。通过流域梯级的联合调度，在江水向东奔流的路上，每一方水都将得到最大化的利用，充分发挥水能资源清洁高效的优势，这条清洁能源走廊总装机容量超过7000万千瓦，占我国当前水电装机总量的1/5。年平均发电量将达近3000亿千瓦时，约占中国水力发电总量的1/4。为华中、华东、华南提供源源不断的绿色清洁能源，在满足同等能源需求的情况下，每年可以减少二氧化碳排放1.6亿吨，二氧化硫51万吨，相当于法国全国碳排放总量的一半左右，极大地助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。那接下来我们说说在建设水电站的过程当中的环保的问题，这里面涉及的环保问题有哪些？在这次建设当中我们是怎么做的？白鹤滩水电站的建设本身，我们一直是坚持生态优先，在发展中保护，保护中发展。以前可能国际上有一些认为，水电站虽然运行的时候没有碳排放，但是建设过程中。这个过程是存在（的）。是存在，特别是有的人认为水库蓄水，它会淹没大量的森林，造成碳排放，实际上这种高山峡谷本身它的环境并不好，它的树木没有这样密集，在蓄水前我们进行了系统的库底清理，实际上我们并没有大的树木，被水库淹没，然后在水下腐烂。
我可以讲一个数字，345是什么呢？我们白鹤滩的库区淹没线以下有345棵古树，这些古树实际上在建设过程中我们全部进行了移栽。白鹤滩（水电站）的施工区，它是国家级的水土流失严重区，在我们建设前大概每平方公里每年它的水土流失量在3000吨到4000吨左右。那么经过我们在建设过程中不断治理，我们整个枢纽区有330万平方公里都完成了绿化，完成了植被的覆盖，现在整个地区的水土流失量降到了每平方公里每年不到500吨。从中度、重度的水土流失去变成了轻度、微度，通过工程建设，实际上我们是改善了当地的生态环境，我们都知道这种山区表层土层是非常珍贵的，在施工过程中没有一分流失，我们全部都把它专门收集起来，放在表土堆存场，然后在蓄水之后都是要把它重新运用到复建里面。理解，其实有人说人类在发展的过程当中，给地球，给整个资源，带来了很多破坏的地方，但是其实人类也是最懂得自省的一种生物，那白鹤滩水电站在建设的过程当中有哪些考虑呢？我们还是通过短片去了解一下。
为保护金沙江鱼类，促进电站区域珍稀特有鱼类洄游迁移，白河滩水电站修建了集运鱼系统，帮助洄游鱼类顺利过坝，同时库区修建了人工鱼巢，保护水生生物多样性。在白鹤滩乌东德水电站，鱼类增殖放流站养殖着鲈鲤、圆口铜鱼、长鳍吻鮈、长薄鳅等珍稀特有鱼苗，等它们长大成熟后就会被放归自然。自从2015年以来，三峡集团已在金沙江流域先后组织开展10次珍稀特有鱼类放流活动，共计128万尾珍稀特有鱼类回归金沙江。淹没区还涉及了345棵百年以上的树木，水电站对这些古树都进行了移栽保护，每一棵古树都有完整的移栽档案，并配有铭牌，记录古树的树种、树龄来源地。此外，白河滩水电站还对坝址区进行了系统的水土流失治理，建造了珍稀植物园，在土壤改良、生态修复等方面成效显著。随着工程的建设，当地生态环境得到了显著改善。那接下来跟我们来说说白鹤滩水电站，一旦全部落成使用的时候，它的社会价值、经济价值。发电这一条，我相信大家都好理解，它肯定会给我们创造源源不断的能源和资源。我们建水电站其实要考虑收益比，它原来的生态是个什么样子。那么，现在我们建完了水电站之后，会是什么样子？我们希望的是它原有的好我们保留，原有的不管是这个地方不适合人居住，或者说这个位置它的环境其实本身也需要改善，那我们把这些不好改进掉，等我们建成了这个水电站之后，再来看还能不能带来更多的效益。
比如说，水坝拦过来的这个蓄水池，其实是一个天然的比较好的景点，能在旁边开发出很好的一些地产、经济圈等等，解决了当地的就业，带来了新的契机。不但是要把移民搬出去，我们还要能让他稳得住，要逐步能致富。离白鹤滩（水电站）最近的云南昭通的巧家县，原来是一个比较落后的小县城，但是现在它成了一个非常风光优美的滨湖小镇。发展规划里面它也提出了我要打造滨湖旅游城市，经济上是一欣欣向荣的。白鹤滩水电站是如何促进当地经济发展的？我们通过短片去了解一下。白鹤滩水电站的总投资金额超过2000亿，相当于北京大兴机场以及港珠澳大桥的投资总和。在水电站建设的同时，各种配套设施的建设也极大地改善了当地的基础设施条件，长达200多公里的等级公路连通了峡谷深处，三座新建的金沙江大桥，也为当地百姓出行带来方便。白鹤滩水电站还为当地提供了一万多个就业岗位，开发性移民政策，让当地十万百姓搬出了大山，住进了现代化的高楼，步入小康生活。除此之外，白鹤滩水电站还为当地带来了哪些益处呢？
先说通航，在宜宾以上的河段，实际上以前都是不通航的，但是在我们的金沙江下游的几个大的梯级投入（运行）之后，通过蓄水高峡出平湖，那么这一段的水运的发展是相当好的。另外防洪，白鹤滩（水电站）它有75亿的防洪库容，它是整个金沙江下游梯级的防洪的骨干。通过白鹤滩水库的调节，可以进一步地发挥三峡（工程）的防洪优势，就假如全流域（发生）普遍性的洪水的时候，我通过白鹤滩（水电站）的一级拦蓄，让上游的来水又减少，那么可以减轻三峡（工程）的防洪压力，两个水库的联调可以使它的防洪能力进一步地提高。未来我们的水电站的发展，我们有没有瓶颈？瓶颈就在于我们的水能资源只有这么多，根据世界能源组织的一个调查结果吧，我国的水能的目前的技术可开发量，大概达到每年是3万亿度（千瓦时）。
2020年中国的用电量是7万亿度（千瓦时）左右，仅靠水能，还不能实现碳中和的目标，那么目前来说，像风电光伏这样的清洁能源，它的短板就在于，它并不是一个非常稳定的电量，水电它的调节能力是非常强的，我们现在的测算来说，水电的调节能力是火电的两倍以上。那么水、风、光、储协同发展，大量可开发的清洁能源能够通过水电和抽水蓄能的调节配套地使用，使它稳定地接入电网，才能够达到将来所有的电网完全由清洁能源来供应。共同并网来协同发展。对，共同并网。随着我们的生活的发展，我们用电的需求也会增长了，这个时候我们的水电站的这个技术也会往上去发展，有可能就能追上我们的发展速度，那么提供更好的这种替代能源。最后您也来帮我们畅想一下未来水电还有哪些发展的可能性？清洁能源发电的比重占得非常大的时候，我们甚至就可以不用再说煤电的事情了，就变成一个新的一代人的一个认知，他认为电就是从水来的。（未来）我给孩子讲，我说我们现在发电大部分都来自于这些水，它冲下来之后就形成了咱们的电。今天非常感谢两位年轻的科研人员来到我们节目当中。也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目，如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频去收看我们过往的节目。好，我是胜春，今天的节目就到这儿了，咱们下期节目再见。
