霍思伊

6月27日，白鹤滩水电站。图/新华

6月28日上午9时36分，白鹤滩水电站首批机组正式投产发电。

金沙江两侧的高山深谷地下，左、右岸厂房的机组人员按下了启动按钮，左岸的1号机、右岸的14号机正式投产发电，其他后续机组将陆续投产，预计全部机组将于明年7月投产，届时一天的发电量可满足50万人一年的生活用电，未来将成为中国“西电东送”的主力。

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界处，是金沙江下游梯级电站的第二级，由三峡集团开发建设和管理。电站总装机容量为1600万千瓦，仅次于三峡，是世界第二大水电站。白鹤滩水电站共有16台机组，左、右岸各8台。单机容量达100万千瓦，居世界第一，是世界上仅有的百万千瓦水轮发电机组。

“几乎每一滴水都为我所用”

一开始，只有微弱的声响从遥远的地下传来，当达到额定转速后，脚下的地开始轻微震动，转速继续加大，115，130……地面的震动感也越来越强，与此同时，机组运转产生的轰鸣声渐渐充满整个空间，并不刺耳，但仿佛和脚下的震动形成某种奇特的“场”。

面向下游，北岸为左，南岸为右。6月9日晚8时左右，在白鹤滩水电站左岸的地下厂房里，3号机组正在进行过速试验。“过速”，即检验机组是否能承受得起极端情况下的运行。根据设计，3号机组的额定转速是111.1 r/min，但过速测试要把机组手动升速至额定转速的151%。

东方电气集团东方电机有限公司（简称东电）总经理助理赵永智这天照例出现在现场。东电负责左岸机组的研发，而他是这个研发团队的负责人。这一次，他比前两次要平静一些。作为一个老机电，中国水电史上的几个重大项目赵永智都没有缺席，从三峡到溪洛渡，他经历过无数次机组运行前的调试，但在调试白鹤滩左岸的1号、2号机组时，他仍然感受到巨大的压力。“因为这个机组太大了，不容半点差错。”他说。

百万千瓦机组，是世界水电的“无人区”。三峡工程虽然总装机量世界第一，但单机容量只有70万千瓦，金沙江下游的溪洛渡和向家坝水电站的单机容量分别是77万千瓦和80万千瓦，下游另一座水电站乌东德则实现了85万千瓦，它与白鹤滩属同期项目，已于今年6月16日先行投入运营。因此，在白鹤滩水电站进行可行性研究时，摆在工程师们面前的挑战是：从80万千瓦直接过渡到100万千瓦，在技术上是否有可能实现？

水电站的关键在于能量转化。想象一下，当金沙江上游的滚滚江水持续不断地通过压力钢管涌入水轮机，形成巨大的漩涡，带动水轮机转轮高速旋转，水的势能于是被转换成旋转的机械能，这是机组发电最关键的一步。接下来，转轮带动水轮机上面的发电机转子高速旋转，从而将机械能转化为电能。而百万机组意味着，单个机组满负荷运转时，每小时最多可以发100万千瓦的电。以东电所在的四川省德阳市为例，一台百万机组全力发电365天，可满足德阳全市一整年的用电需求。

赵永智解释说，机组“变大”后，研发设计的难度系数指数倍增，因为100万带来的负荷太大了。在百万机组的技术攻关清单中，水轮机设计居于首位。一個水轮机的研发，首先要从已有的模型库中选取一个最接近白鹤滩水力条件的初始模型，通过大量的仿真计算不断优化，再将计算机里的仿真模型按比例微缩制造出来，拿到试验台上进行模拟运行。试验台将会模拟出白鹤滩水电站全年的真实水力情况，在无限接近真机运行环境的条件下，来检测水轮机的各项性能指标是否满足要求。

转轮是水轮机的最核心部件，也是机组中研发难度最大、制造难题最多的关键部件之一。水力模型研发的创新性就体现在对转轮的优化上，其叶片的设计直接决定着水轮机的过流能力、水力效率、空蚀性能及整个机组的运行稳定性。因此，在优化时，叶片的长短、叶形的几何参数、叶片如何扭曲、冲角是多大、叶片的粗糙度等都需要研究。

衡量水轮机的性能好坏有三个重要参数，一是能量转化效率，也就是水的势能转化成机械能的效率;二是稳定性;三是空化系数。

当水带动水轮机做功时，在局部水流中会突然短暂地产生气泡，并很快溃灭，这个过程就是空化。发生空化时，产生气泡的地方压力低，周边的水压力高，于是它们会高速射向气泡溃灭的位点。空化会影响整个机组的寿命，严重时甚至可能造成叶片断裂，酿成重大事故。此外，空化破坏也是影响机组稳定性的一个重要原因。

东电先后研发了20多个水轮机模型，每个模型都经过计算、制造成微缩模型，在试验台上经历白鹤滩的春秋冬夏，发现不行，再推倒重来。每个模型的投入约20万元。

最后通过验收的水力模型实现了各性能的全方位提高，由此换算成真机的原型的最高效率达到96.7%，也就是说，在整个水轮机运行过程中能量转换最充分的那一点上，其势能96.7%都转换成了机械能。而加权平均效率，即水轮机一年四季运转下来的综合效率，达到95.92%。“我们在水电上可以说做到了极致，几乎每一滴水都为我所用。”赵永智说。

三峡建工（集团）有限公司白鹤滩工程建设部机电项目部主任康永林对《中国新闻周刊》表示，水轮机效率的提升，越接近100%，每提升一个小数点都非常困难，中国在这方面的性能优化上已经达到了世界领先水平。

在稳定性上，左岸机组运行摆度已经进入“五道时代”（1 道=0.01 毫米）。试想一个重8000多吨、高50多米的庞然大物，正以每分钟111.1圈的速度旋转，但整个机组的摆动幅度却比一根头发丝的直径还要小。1号机组并网后，整个机组摆度的最大值只有0.05毫米，即“五道”。每个水头下，从空载到最大保证负荷范围内，都实现了无空化运行。