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《改革开放40年科技成就撷英》点赞三峡

时间:[2018-12-24 ] 信息来源:中国长江三峡集团有限公司
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  为纪念改革开放40年,弘扬科技工作者爱国奋斗的时代精神,中国科学技术出版社对40年来我国重大科技成就进行了系统梳理。本文选自该出版社《改革开放40年科技成就撷英》一书,让我们向改革开放过程中三峡科技工作者“不辍行”的精神致以崇高敬意!

  2014年7月10日,世界第三大水电站、中国第二大水电站溪洛渡电站,中国第三大水电站向家坝电站机组全面投产发电。两座电站总投产装机达2026万千瓦,年均发电量880亿千瓦时,相当于又一个三峡电站投产发电,每年可节约标准煤3300多万吨,减少二氧化碳排放超过7500万吨,减少二氧化硫排放约90万吨,减少氮氧化物排放约39万吨。

  通过三峡工程等一系列世界级水电站的建设和运营,中国水电行业形成了全球领先的水力发电成套技术和综合运营管理能力。

  ● 1994年,举世瞩目的三峡工程正式开工。

  ● 2003年,三峡大坝全线挡水,三峡电站首批机组投产发电,三峡船闸投入运行。

  ● 2008年,三峡工程开始175米水位试验性蓄水。

  ● 2014年,三峡水电站全年发电988亿千瓦时,超过巴西和巴拉圭共同拥有的伊泰普水电站,创单座水电站年发电量新的世界最高纪录,并首度成为世界上年度发电量最高的水电站。

  ● 2018年12月21日8时25分21秒,三峡工程在充分发挥防洪、航运、水资源利用等巨大综合效益前提下,三峡电站今年累计生产1000亿千瓦时绿色电能,创国内单座水电站年发电量新纪录。

  一、大坝工程智能建造

  在三峡工程引入三峡工程管理系统(TGPMS)信息系统筑坝的成功经验基础上,溪洛渡、乌东德等水电建设进一步提出了“感知、分析、控制”的工程智能建造闭环控制理论,创建了大坝全景信息模型DIM,实现了现代信息技术与工程建设技术的深度融合。

  通过研发应用协同管理平台iDam,构建多要素、多维动态耦合分析模型,通过仿真分析、动态预测实体工程工作状态,达到工程全生命期性态可知可控;研发了成套智能装备和系统,实现了施工全过程“在线采集、动态分析、智能操作、预警预控”,为工程全生命期运维奠定坚实基础。大坝工程智能建造是工程建设技术、项目管理技术与现代信息技术深度融合的创新成果,实现了工程全生命期、全资源要素、全工艺流程、全建设过程的智能化管控,将大坝工程建设由传统模式向智能建设模式推进。

  依托智能建造技术建设的溪洛渡水电站,荣获素有“国际工程咨询领域诺贝尔奖”之称的菲迪克2016年工程项目杰出奖,成为当届全球21个获奖项目中唯一的水电项目。

  二、巨型水电机组自主创新

  借鉴三峡工程成功经验,联合相关制造企业通过技术引进消化吸收再创新、集成创新与原始创新,构建“产学研用”相结合的技术创新体系,在高水头、大容量水电机组关键技术方面取得重大突破,形成世界领先的核心技术。

  通过三峡工程建设,我国具备了70万千瓦水电机组自主设计、制造和安装能力,我国水电装备制造业用7年时间实现近30年的跨越式发展。

  溪洛渡、向家坝电站在此基础上自主创新,实现了目前世界上最大单机容量80万千瓦级水电机组的自主设计、制造和安装,以及配套设备和原材料的国产化。

  针对乌东德、白鹤滩电站建设进一步开展100万千瓦水电机组科研攻关,历时10年取得丰硕成果,机组技术性能和可靠性指标达到了国际领先水平,中国企业具备了自主设计制造100万千瓦水电机组的能力。

  通过长江上游千万千瓦级梯级电站建设,中国水电装备在新技术、新材料、新工艺、新装备等方面升级换代,用20年时间走过了发达国家100年的发展历程,实现了三峡工程70万千瓦机组技术追赶、向家坝80万千瓦机组整体超越、白鹤滩100万千瓦机组全面引领的三大跨越。

  中国水电装备已成为全球水电行业的响亮品牌,在服务“一带一路”建设、中国水电“走出去”进程中发挥着引领作用,产生了巨大的综合效益。

  三、垂直升船机建造

  三峡垂直升船机是三峡水利枢纽永久通航设施之一,其主要功能是为客轮、货轮提供快速过坝通道,并与双线五级船闸联合运行,提高枢纽的航运通过能力。三峡升船机设计通航船舶为3000吨,提升高度113米,提升重量15500吨,上/下游通航水位变幅分别为30米/11.8米,是目前世界上过船规模、提升高度、提升重量、通航水位变幅最大,综合技术难度最高的垂直升船机。

  三峡垂直升船机采用了“齿轮齿条爬升、长螺母柱-短螺杆安全保障机构、全平衡一级垂直升船机”的技术方案,确保在承船厢水漏空、地震等极端工况下,也不会发生承船厢坠落事故。

  通过引进消化吸收再创新,不断提升设计水平、制造技术、施工工艺和管理方法,攻克了齿条螺母柱等关键设备研制、大型超高钢筋混凝土塔柱结构施工、齿条螺母柱和船厢及其设备安装,以及升船机自动控制系统集成与调试等一系列技术难题,创造了168米高钢筋混凝土塔柱结构施工无裂缝、125米齿条螺母柱安装垂直度小于3毫米、承船厢全行程全天候运行无卡阻、四个驱动点高程同步偏差小于2毫米的建设奇迹。

  三峡垂直升船机的建设,推动了我国重型机械制造业在冶炼、铸造、热处理、机加工、检测等技术领域的发展与创新,形成了一系列工艺、工法和技术标准,填补了我国巨型齿轮齿条爬式垂直升船机建造技术标准空白,标志着我国已掌握超大型升船机建设技术,齿条螺母柱、承船厢及其设备等大型部件制造达到国际领先水平,实现了从中国制造到中国创造的飞跃。

  四、流域梯级水库群联合智慧调度

  长江干流溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝梯级巨型水库群实行联合智慧调度和运行管理,其调节库容295.93亿立方米,防洪库容277.03亿立方米,约分别占长江上游主要水库的52%和76%,在长江流域综合管理中发挥着核心作用。

  十余年来,溪洛渡—葛洲坝流域建立了一套集水雨情信息采集处理、水文气象预报制作、梯级水库联合调度方案编制、联合调度成果展示的智慧调度决策支持体系。

  建设了国内水电企业规模最大、功能最齐全的流域水雨情遥测系统,自建或共建共享的遥测、报汛站近1000个,控制长江上游流域面积约58万平方千米,实现了对流域内水雨情和水库信息的快速收集、存储和处理;

  建立了一套完备的气象水文预报系统,流域水文气象预报预见期长达7天,24小时流量预报精度超过98%,在国内同行业处于领先水平;

  建设了以地面光传输网通信为主和天上卫星通信为辅的信息高速公路,研发了流域梯级新一代智能水调自动化系统和巨型机组电站群远方“调控一体化”自动控制系统,梯级电站水能利用提高率超过4%,形成了长江流域水资源联合智慧调度运行核心能力,有力促进了长江“黄金水道”产生“黄金效益”。

  五、“互联网+”助力精准移民

  中国水电开发企业针对水电工程移民地域广泛、人员众多、情况复杂等特点,开发了基于“互联网+”的水电工程移民管理信息系统。

  ● 该系统是国内乃至世界首个覆盖水电工程移民工作全生命周期的移民信息化协同管理平台,实现了基于遥感、地理信息和移民业务自适应管理模型的移民指标可核查、资金使用可追溯、安置实施效果可评价的时空变迁跟踪管理,开启了移民参与式管理的“互联网+公众服务”阳光化运作,有效提高了政府工作的透明度、维护了广大移民群众的切身利益,对推动我国水电移民管理数字化、规范化起到了良好的引领和借鉴作用。

  ● 该系统目前在向家坝、溪洛渡等国内电站和巴基斯坦卡洛特、几内亚苏阿皮蒂等海外电站项目均取得良好应用效果,管理了30余万移民基础数据和数百亿移民资金,拥有用户单位121家、专业用户842名,移民自助查询用户达上万人、惠及库区20万移民群众,总访问量超过80万人次。

  六、生态调度成效显著

  在水电开发过程中,三峡集团会同有关部门积极开展三峡—金沙江下游梯级水库群多功能生态调度研究,持续开展抗旱补水调度、汛期沙峰调度、库尾泥沙减淤调度、长江口压咸应急调度和促进鱼类自然繁殖的调度试验,发挥了三峡水库等作为巨大淡水资源库的重要作用,进一步拓展了长江流域梯级水库群的生态效益。

  “四大家鱼”作为适应长江河湖复合生态系统的产漂流性卵的代表性物种,是三峡工程及长江干流水电开发的重要关注对象。在精准水情预报基础上,整合水库精细调度和鱼类种群监测等研究成果,先后制定了三峡水库及上游梯级水库流域生态调度试验方案并实施。2011—2017年,三峡水库累积实施10次针对“四大家鱼”等鱼类繁殖的生态调度,促进宜昌江段四大家鱼繁殖规模达到17.6亿颗,对本江段四大家鱼自然繁殖贡献率为40%。长江中游江段在实施生态调度后鱼类自然繁殖规模较调度实施前增加3倍,生态调度取得良好效果。

  围绕国家珍稀鱼类——中华鲟的物种保护工作开展持续研究,建立并完善中华鲟人工繁育技术体系,突破了中华鲟在淡水环境下全人工繁殖技术难关,实现了中华鲟子二代幼鱼规模化培育,实现了人工环境下中华鲟物种持续繁衍。30多年来持续开展中华鲟放流活动,累计投放各种规格中华鲟500多万尾,整合PIT、超声声呐和网络通信等前沿技术,成功实现远程实时追踪幼鱼下行入海。

  追踪监测结果表明:

  2015—2017年1龄以上大规格幼鲟到达河口的比例为40%~50%,对于延缓中华鲟自然种群快速衰退发挥了积极作用。

  经过多年科研攻关,还先后突破胭脂鱼、圆口铜鱼、长鳍吻鮈等长江流域珍稀特有鱼类的人工驯养和繁殖技术,开展了10多种鱼类的增殖放流,以实际行动践行长江鱼类资源保护及长江生态文明发展理念。

  工程通过对先进植物保护技术系统集成,实现了三峡珍稀特有植物荷叶铁线蕨快速培育,填补了疏花水柏枝有性和无性繁殖的空白。运用植物组织培养技术和扦插等传统繁殖技术成功培育红豆杉、香果树等30余种珍稀濒危植物幼苗2.3万余株,数项技术达到国内领先水平。

  掌握了一套拥有自主知识产权的三峡特有珍稀植物如珙桐、荷叶铁线蕨等引种驯化技术和移栽技术,移栽成活率达90%以上。10年来将三峡库区特有或土著植物356种近1.7万株植物,分级引种到12.8平方千米的三峡施工基地,建成了具有区域影响的三峡珍稀植物保护基地和科普基地。

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