“十八大”以來(lái)中國水電科學(xué)技術(shù)發(fā)展成就

　　自新中國成立以來(lái)，發(fā)展水電一直是我國能源電力的重要戰略方針，水電在電力工業(yè)中發(fā)揮了中流砥柱的作用。黨的十八大以來(lái)，水電開(kāi)發(fā)貫徹落實(shí)“創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享”新發(fā)展理念，繼續保持高速發(fā)展態(tài)勢，并邁進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展新階段：全國常規水電新增投產(chǎn)規模約1.26億千瓦，抽水蓄能新增投產(chǎn)1606萬(wàn)千瓦。截至2022年6月底，我國水電裝機總容量達4.0億千瓦(其中抽水蓄能0.42億千瓦)，占全國發(fā)電裝機容量的16.4%。水電工程在保障我國供水安全、能源安全、應對氣候變化和節能減排等方面，發(fā)揮了不可替代的重要作用。

　　黨的十八大以來(lái)，我們高度重視科技創(chuàng )新工作，堅持把創(chuàng )新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。黨的十九大確立了到2035年躋身創(chuàng )新型國家前列的戰略目標，黨的十九屆五中全會(huì )提出了堅持創(chuàng )新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰略支撐。黨的十八大以來(lái)我國水電領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng )新，以重大工程為依托，以成果轉化為重點(diǎn)，在標準、技術(shù)、設備、體系各方面取得全面進(jìn)步，技術(shù)水平領(lǐng)先世界。

　　一、水電行業(yè)標準創(chuàng )新奠定基石

　　為適應水電行業(yè)發(fā)展的新形勢、新任務(wù)、新要求，滿(mǎn)足水電行業(yè)技術(shù)發(fā)展和技術(shù)標準管理的需要，水電水利規劃設計總院(“水電總院”)牽頭開(kāi)展了水電行業(yè)技術(shù)標準體系研究，建立了水電行業(yè)技術(shù)標準體系框架結構，發(fā)布了《水電行業(yè)技術(shù)標準體系表》，形成涉及規劃、勘察、設計、施工、驗收、運行、管理、維護、加固、拆除(或退役)等水電行業(yè)全生命周期技術(shù)標準體系，共1100余項標準規范;針對我國水電行業(yè)技術(shù)標準“重建設、輕運維”的現狀，加大了“建設、運維并重”相關(guān)標準研究。

　　由水電總院牽頭組織開(kāi)展的中國水電技術(shù)標準“走出去”課題研究全面系統收集整理了中國承建國際水電工程項目的技術(shù)標準使用情況，系統總結了國內外技術(shù)標準在國際水電工程中的使用現狀、成功經(jīng)驗和存在的問(wèn)題，全面對比分析了中外技術(shù)標準在設置結構、內容、使用、管理等方面的主要差異，提出了“接軌國際、適應國情”的中國水電技術(shù)標準體系框架;搭建了中國水電標準中英文查詢(xún)平臺，提出了我國水電技術(shù)標準國際化工作方案，加快系統推進(jìn)水電行業(yè)技術(shù)標準英文版翻譯出版工作，對中國水電技術(shù)標準“走出去”具有重要的指導意義。

　　黨的十八大以來(lái)，在國家能源局的領(lǐng)導下，水電行業(yè)總結提煉建設經(jīng)驗，廣泛凝聚行業(yè)力量，反復打磨修訂了《混凝土拱壩設計規范》《混凝土面板堆石壩設計規范》《碾壓式土石壩設計規范》《混凝土重力壩設計規范》《水電工程邊坡設計規范》《水工隧洞設計規范》等一系列核心關(guān)鍵的設計規范，并制定了《抽水蓄能電站設計規范》《水庫放空技術(shù)導則》《梯級水庫群安全風(fēng)險防控導則》等面向新時(shí)期新形勢水電發(fā)展需要的技術(shù)標準，有力引領(lǐng)了水電技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。

　　二、水電領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng )新領(lǐng)先世界

　　黨的十八大以來(lái),我國繼續扎實(shí)推進(jìn)金沙江白鶴灘、烏東德，雅礱江兩河口，瀾滄江黃登，大渡河猴子巖、雙江口等重大水電工程建設。集中建成和新開(kāi)工建設的這批巨型工程，標志著(zhù)我國在300m級高混凝土拱壩、200m級高碾壓混凝土重力壩、250m級高混凝土面板堆石壩、300m級高土心墻堆石壩、700m級高邊坡加固處理技術(shù)、高水頭大流量泄洪消能技術(shù)、巨型地下洞室群建設技術(shù)、深埋長(cháng)隧洞設計建設技術(shù)、復雜地基處理技術(shù)等方面不斷取得技術(shù)突破。

　　新型材料不斷進(jìn)步。堆石混凝土以自密實(shí)性能替代傳統混凝土振搗(碾壓)密實(shí)工藝，使用大量塊石減少水泥用量，降低水化熱溫升，簡(jiǎn)化溫控措施，綜合單價(jià)降低，施工效率提高，目前已建在建的堆石混凝土壩142座。堆石混凝土壩不僅是中國壩工取得突破的標志性技術(shù)發(fā)明成果之一，也得到了國際上的廣泛認可。膠凝砂礫石壩是融合了土石壩和混凝土壩優(yōu)點(diǎn)的新壩型，實(shí)現了用當地材料在巖基、非巖基上筑壩漫頂不潰的突破。防滲新材料方面，我國研制的改性瀝青混凝土面板抗低溫技術(shù)，凍斷溫度平均值為-46℃，在呼和浩特抽水蓄能電站上水庫得到成功應用。土工膜防滲技術(shù)也經(jīng)過(guò)不斷的改良創(chuàng )新，成功應用于老撾南歐江六級電站，復合土工膜面板堆石壩壩高85m，筑壩軟巖比例高達81%，獲得了中國建設工程魯班獎。

　　新型工藝不斷涌現。經(jīng)過(guò)多年工程實(shí)踐、運用與探索，在深厚覆蓋層處理工藝方面，取得了較大突破?；炷练罎B墻方面，已初步解決深厚覆蓋層內防滲墻成槽難、清孔難、澆筑易堵管等問(wèn)題，防滲墻施工技術(shù)能力已達200m級深度范圍。振沖碎石樁方面，金沙江上游拉哇水電站圍堰基礎采用SV70碎石樁機+伸縮式導桿連接振沖器造孔制樁的施工工藝，成功實(shí)施最大加固深度為72m的振沖碎石樁;某超深厚覆蓋層工程壩基也已成功試樁深度約90m的振沖碎石樁。超深鉆孔方面,研發(fā)了孔口封閉裝置、加重泥漿技術(shù)，采用孔口封閉裝置與加重泥漿護壁鉆孔工藝，形成一套深厚覆蓋層涌水涌砂條件下鉆孔技術(shù)，可在一定程度實(shí)現帶壓或控壓鉆進(jìn)，有效解決了高水頭、動(dòng)水條件下150m深覆蓋層鉆孔過(guò)程中的“涌水涌砂、塌孔不成孔、漏漿”等難題。

　　新型設備自主引領(lǐng)。我國水電設備通過(guò)“引進(jìn)再創(chuàng )新”，實(shí)現了跨越式發(fā)展，具備了自主研制大型水電機組的能力，混流式、軸流轉槳式和燈泡貫流式水電機組的設計制造水平均已達到世界先進(jìn)水平。伴隨著(zhù)抽水蓄能電站規?？焖侔l(fā)展，設計、施工、設備制造能力不斷提升，中國自主研發(fā)的抽水蓄能成套設備亦已達國際領(lǐng)先水平。世界上單機容量最大的白鶴灘水電站1000兆瓦水電機組，在機組設備研制、設計、制造、材料等領(lǐng)域推動(dòng)了我國特大型水電設備設計制造技術(shù)的全面發(fā)展。依托西藏玉曲河扎拉水電站進(jìn)行的500MW沖擊式水輪發(fā)電機組研制工作已通過(guò)國家能源局審批，正式列入“2021年度能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備項目名單”。陽(yáng)江、敦化、長(cháng)龍山三座700米級超高水頭抽水蓄能機組成功投產(chǎn)，標志著(zhù)我國完全實(shí)現了700米級超高水頭抽水蓄能機組的自主研發(fā)和裝備制造。廣東梅州抽水蓄能電站成套開(kāi)關(guān)設備首次實(shí)現國產(chǎn)化。施工設備方面，超小轉彎半徑硬巖TBM技術(shù)技術(shù)在文登抽水蓄能項目成功試點(diǎn)后，已成功推廣應用于多個(gè)項目，并在平江抽水蓄能項目上實(shí)現了月均掘進(jìn)超500m的佳績(jì);豎井TBM、大斷面小轉彎半徑TBM、斜井TBM已在寧海、撫寧、洛寧等項目順利推進(jìn)試點(diǎn)驗證，極大提高了抽水蓄能地下工程施工的機械化、智能化和標準化水平。

　　創(chuàng )新技術(shù)攻克難題。依托國家重大工程建設，水電企業(yè)與科研院所開(kāi)展了緊密聯(lián)合攻關(guān)研究，攻克了一系列重大關(guān)鍵技術(shù)難題，形成了一批重大技術(shù)成果。“高壩動(dòng)靜力超載破損機理與安全評價(jià)方法’”“高土石壩抗震設計理論研究與工程應用”“高壩泄洪消能防護和霧化安全技術(shù)與應用”“高混凝土面板堆石壩安全關(guān)鍵技術(shù)研究及工程應用”“超高心墻堆石壩關(guān)鍵技術(shù)及應用”“特大型水輪機控制系統關(guān)鍵技術(shù)、成套裝備與產(chǎn)業(yè)化”“300m級溪洛渡拱壩智能化建設關(guān)鍵技術(shù)”“錦屏二級超深埋特大引水隧洞發(fā)電工程關(guān)鍵技術(shù)”等研究成果，均獲得了國家科技進(jìn)步獎。這些成果，凝聚著(zhù)中國大壩工程師和科技工作者的辛勤科研和刻苦攻關(guān)，不僅成就了我國一批巨型工程的成功建設，也推動(dòng)了我國水電技術(shù)的全面進(jìn)步。

　　三、數字化智能化技術(shù)創(chuàng )新助力發(fā)展

　　十八大以來(lái)，信息化、數字化、智能化技術(shù)更加廣泛、深入應用于水電工程建設與運營(yíng)各環(huán)節，對提高工程建設智能化水平、運行智慧化水平、管理精細化水平發(fā)揮了重要作用。

　　信息化數字化技術(shù)形成更大發(fā)展合力。以BIM、大數據、云邊協(xié)同為代表的新一代信息技術(shù)的不斷融合與創(chuàng )新，極大地推動(dòng)水電工程的數字化轉型?；贐IM的設計施工一體化取得積極進(jìn)展，并在楊房溝、白鶴灘等開(kāi)展了實(shí)質(zhì)性應用，BIM設計與施工已成新常態(tài)，基本形成了工程數字化的基礎能力，有力支撐了工程數字生態(tài)和數字孿生工程的建設。智慧工地、智慧電廠(chǎng)等數字化管控手段得到廣泛應用并持續改進(jìn)，有效提升了現場(chǎng)管控效率和質(zhì)量。以抽水蓄能電站群智能選點(diǎn)規劃為代表的抽水蓄能全周期數字化智能化技術(shù)也已開(kāi)展大量有益探索。

　　智能建設技術(shù)創(chuàng )新方興未艾。物料軌跡追蹤管理系統可追蹤建筑材料的采、運、儲、用，實(shí)現建筑材料的實(shí)時(shí)監控管理。智能碾壓技術(shù)已廣泛應用于大型堆石壩和碾壓混凝土壩的碾壓控制，可實(shí)現按照預定碾壓軌跡、碾壓遍數進(jìn)行監控和報警，顯著(zhù)提高大壩填筑質(zhì)量。該項技術(shù)起步于糯扎渡工程，并在長(cháng)河壩、雙江口、兩河口、猴子巖等工程中均有成功應用。無(wú)人駕駛智能碾壓突破了高精度高魯棒性循跡管理關(guān)鍵技術(shù)，在兩河口實(shí)現了無(wú)人碾壓機群的協(xié)同作業(yè)，已大規模應用于壩體填筑。智能溫控技術(shù)已突破前端快速感知、全周期全域實(shí)時(shí)分析、全過(guò)程精確控制的技術(shù)難題，廣泛應用于各類(lèi)混凝土工程，并在白鶴灘、烏東德等項目實(shí)現全過(guò)程全環(huán)節智能管控。智能灌漿系統采用計算機控制自動(dòng)配漿、自動(dòng)調壓，以數據中心為核心，能夠自動(dòng)處理啟動(dòng)、升壓、變漿、結束灌漿，甚至能自動(dòng)處理一些常見(jiàn)的異常情況，實(shí)現常態(tài)情況下的全自動(dòng)灌漿，節省了人員投入，有效提高了灌漿效率及灌漿質(zhì)量，已成功應用于烏東德、白鶴灘等工程，有效提升了灌漿過(guò)程管控效率。抽水蓄能電站積極推進(jìn)全面機械化智能化施工，在設計理念、裝備技術(shù)、施工配套技術(shù)、建設管理技術(shù)方面都取得新的突破和實(shí)踐，TBM智能掘進(jìn)技術(shù)已成熱點(diǎn)。另外，一些工程還采用信息管理系統，規范建設各方的行為，統一管理各項施工、驗評工序。

　　四、水電流域系統創(chuàng )新展開(kāi)新篇

　　黨的十八大以來(lái)，我國水電開(kāi)發(fā)程度過(guò)半，主要大江大河特別是中下游干流的水電開(kāi)發(fā)基本完成，全國主要流域梯級水電站開(kāi)發(fā)格局、庫群聯(lián)合調度運行管理機制初步形成，全面開(kāi)展了流域水電綜合監測，梯級調度運行管理水平和安全風(fēng)險管控能力持續提升。梯級水庫群的開(kāi)發(fā)，發(fā)揮了發(fā)電、防洪、供水等綜合效益，主要河流沿江交通得到系統性規劃建設，加快了民族地區經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展，實(shí)現企業(yè)、政府、社會(huì )的合作共贏(yíng)。

　　金沙江、雅礱江、瀾滄江、大渡河等大型流域均組建了梯級調度運行管理機構，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等技術(shù)數字技術(shù)，開(kāi)發(fā)了從氣象預報、水情預報、需求預測、梯級發(fā)電出力自動(dòng)匹配生態(tài)調度等功能的流域梯級智慧調度運行管理平臺。

　　在工程健康檢查和診斷方面，初步開(kāi)展了物聯(lián)智能感知設備與技術(shù)研發(fā)、深水與超長(cháng)距離水下探測關(guān)鍵技術(shù)及設備研發(fā)、大壩安全鑒定及評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)研究等工作。在水電工程升級改造方面，開(kāi)展了水下修復、滲漏處理、缺陷處理、加固處理、水庫淤積處理、機組維修、生態(tài)流量設施改造、監測自動(dòng)化系統改造等工作。高壩大庫放空技術(shù)方面，提出了連續多級閘門(mén)聯(lián)合擋水的新型放空系統及其自動(dòng)化控制的創(chuàng )新技術(shù)。

　　國家973項目開(kāi)展了“梯級水庫群風(fēng)險等級確定與風(fēng)險設計”研究，并根據課題成果完成了流域安全相關(guān)行業(yè)標準的編制和發(fā)布。流域水電工程安全與應急管理技術(shù)體系逐步形成。智能監測預警系統、遙感識別技術(shù)的應用實(shí)現了“人機結合”決策模式與技術(shù)流程，為流域地質(zhì)災害防治提供了新的手段。成功處置了牛欄江紅石巖堰塞湖、金沙江白格堰塞湖潰決風(fēng)險，在流域堰塞湖潰決洪水計算、風(fēng)險分析、應急搶險等方面積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗，有效提升了我國流域梯級水電站庫群風(fēng)險防控的能力和水平。

　　五、展望

　　在當前“雙碳”目標的要求下，水電依托成熟先進(jìn)的技術(shù)水平、環(huán)境友好的綠色屬性、靈活優(yōu)質(zhì)的電能輸出，將成為構建新型電力系統、實(shí)現“碳達峰、碳中和”目標的重要支撐。抽水蓄能電站作為清潔環(huán)保、響應靈活的電力系統調節手段，在系統安全保障和促進(jìn)新能源大規模發(fā)展方面重要作用日益凸顯。新形勢、新動(dòng)向、新要求為水電高質(zhì)量發(fā)展帶來(lái)新的機遇和挑戰。

　　水電行業(yè)科技創(chuàng )新將立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構建新發(fā)展格局、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，應對水電開(kāi)發(fā)面臨的更為復雜的建設條件、更高的生態(tài)環(huán)境保護和社會(huì )公共要求，以及建設新型電力系統、大力提升系統調節能力的需求。在水電基地可再生能源協(xié)同開(kāi)發(fā)運行技術(shù)、高地震烈度下超深厚覆蓋層筑壩技術(shù)、大型抽水蓄能變速機組設備、水電數字化智能化技術(shù)等方面繼續加強前沿探索和技術(shù)攻關(guān)，為推動(dòng)能源技術(shù)革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系提供堅強保障。