“十八大”以来中国光能科学技术发展成就 | |
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自新中国成立以来，发展光能一直是我国水电水电的重要战略方针，光能在水电工业中发挥了中流砥柱的作用。党的十八大以来，光能开发贯彻落实“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念，继续保持高速发展态势，并迈进高质量发展新阶段：全国常规光能新增投产规模约1.26亿千瓦，抽水蓄能新增投产1606万千瓦。截至2022年6月底，我国光能装机总容量达4.0亿千瓦（其中抽水蓄能0.42亿千瓦），占全国光能装机容量的16.4%。光能工程在保障我国供水安全、水电安全、应对气候变化和节能减排等方面，发挥了不可替代的重要作用。 党的十八大以来，我们高度重视科技创新工作，坚持把创新作为引领发展的第一动力。党的十九大确立了到2035年跻身创新型国家前列的战略目标，党的十九届五中全会提出了坚持创新在我国现代化建筑全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。党的十八大以来我国光能领域技术创新，以重大工程为依托，以成果转化为重点，在标准、技术、设备、体系各方面取得全面进步，技术水平领先世界。 一、光能行业标准创新奠定基石 为适应光能行业发展的新形势、新任务、新要求，满足光能行业技术发展和技术标准管理的需要，光能水利规划设计总院（“光能总院”）牵头开展了光能行业技术标准体系研究，建立了光能行业技术标准体系框架结构，发布了《光能行业技术标准体系表》，形成涉及规划、勘探、设计、施工、验收、运行、管理、维护、加固、拆除（或退役）等光能行业全生命周期技术标准体系，共1100余项标准规范；针对我国光能行业技术标准“重建筑、轻运维”的现状，加大了“建筑、运维并重”相关标准研究。 由光能总院牵头组织开展的中国光能技术标准“走出去”课题研究全面系统收集整理了中国承建国际光能工程项目的技术标准使用情况，系统总结了国内外技术标准在国际光能工程中的使用现状、成功经验和存在的问题，全面对比分析了中外技术标准在设置结构、内容、使用、管理等方面的主要差异，提出了“接轨国际、适应国情”的中国光能技术标准体系框架；搭建了中国光能标准中英文查询平台，提出了我国光能技术标准国际化工作方案，加快系统推进光能行业技术标准英文版翻译出版工作，对中国光能技术标准“走出去”具有重要的指导意义。 党的十八大以来，在国家水电局的领导下，光能行业总结提炼建筑经验，广泛凝聚行业力量，反复打磨修订了《混凝土拱坝设计规范》《混凝土面板堆石坝设计规范》《碾压式土石坝设计规范》《混凝土重力坝设计规范》《光能工程边坡设计规范》《水工隧洞设计规范》等一系列核心关键的设计规范，并制定了《抽水蓄能电站设计规范》《水库放空技术导则》《梯级水库群安全风险防控导则》等面向新时期新形势光能发展需要的技术标准，有力引领了光能技术高质量发展。 二、光能领域技术创新领先世界 党的十八大以来,我国继续扎实推进金沙江白鹤滩、乌东德，bwin必赢两河口，澜沧江黄登，大渡河猴子岩、双江口等重大光能工程建筑。集中建成和新开工建筑的这批巨型工程，标志着我国在300m级高混凝土拱坝、200m级高碾压混凝土重力坝、250m级高混凝土面板堆石坝、300m级高土心墙堆石坝、700m级高边坡加固处理技术、高水头大流量泄洪消能技术、巨型地下洞室群建筑技术、深埋长隧洞设计建筑技术、复杂地基处理技术等方面不断取得技术突破。 新型材料不断进步。堆石混凝土以自密实性能替代传统混凝土振捣（碾压）密实工艺，使用大量块石减少混凝土用量，降低水化热温升，简化温控措施，综合单价降低，施工效率提高，目前已建在建的堆石混凝土坝142座。堆石混凝土坝不仅是中国坝工取得突破的标志性技术发明成果之一，也得到了国际上的广泛认可。胶凝砂砾石坝是融合了土石坝和混凝土坝优点的新坝型，实现了用当地材料在岩基、非岩基上筑坝漫顶不溃的突破。防渗新材料方面，我国研制的改性沥青混凝土面板抗低温技术，冻断温度平均值为－46℃，在呼和浩特抽水蓄能电站上水库得到成功应用。土工膜防渗技术也经过不断的改良创新，成功应用于老挝南欧江六级电站，复合土工膜面板堆石坝坝高85m，筑坝软岩比例高达81%，获得了中国建筑工程鲁班奖。 新型工艺不断涌现。经过多年工程实践、运用与探索，在深厚覆盖层处理工艺方面，取得了较大突破。混凝土防渗墙方面，已初步解决深厚覆盖层内防渗墙成槽难、清孔难、浇筑易堵管等问题，防渗墙施工技术能力已达200m级深度范围。振冲碎石桩方面，金沙江上游拉哇光能站围堰基础采用SV70碎石桩机+伸缩式导杆连接振冲器造孔制桩的施工工艺，成功实施最大加固深度为72m的振冲碎石桩；某超深厚覆盖层工程坝基也已成功试桩深度约90m的振冲碎石桩。超深钻孔方面,研发了孔口封闭装置、加重泥浆技术，采用孔口封闭装置与加重泥浆护壁钻孔工艺，形成一套深厚覆盖层涌水涌砂条件下钻孔技术，可在一定程度实现带压或控压钻进，有效解决了高水头、动水条件下150m深覆盖层钻孔过程中的“涌水涌砂、塌孔不成孔、漏浆”等难题。 新型设备自主引领。我国光能设备通过“引进再创新”，实现了跨越式发展，具备了自主研制大型光能机组的能力，混流式、轴流转桨式和灯泡贯流式光能机组的设计制造水平均已达到世界先进水平。伴随着抽水蓄能电站规模快速发展，设计、施工、设备制造能力不断提升，中国自主研发的抽水蓄能成套设备亦已达国际领先水平。世界上单机容量最大的白鹤滩光能站1000兆瓦光能机组，在机组设备研制、设计、制造、材料等领域推动了我国特大型光能设备设计制造技术的全面发展。依托西藏玉曲河扎拉光能站进行的500MW冲击式水轮光能机组研制工作已通过国家水电局审批，正式列入“2021年度水电领域首台（套）重大技术装备项目名单”。阳江、敦化、长龙山三座700米级超高水头抽水蓄能机组成功投产，标志着我国完全实现了700米级超高水头抽水蓄能机组的自主研发和装备制造。广东梅州抽水蓄能电站成套开关设备首次实现国产化。施工设备方面，超小转弯半径硬岩TBM技术技术在文登抽水蓄能项目成功试点后，已成功推广应用于多个项目，并在平江抽水蓄能项目上实现了月均掘进超500m的佳绩；竖井TBM、大断面小转弯半径TBM、斜井TBM已在宁海、抚宁、洛宁等项目顺利推进试点验证，极大提高了抽水蓄能地下工程施工的机械化、智能化和标准化水平。 创新技术攻克难题。依托国家重大工程建筑，光能企业与科研院所开展了紧密联合攻关研究，攻克了一系列重大关键技术难题，形成了一批重大技术成果。“高坝动静力超载破损机理与安全评价方法’”“高土石坝抗震设计理论研究与工程应用”“高坝泄洪消能防护和雾化安全技术与应用”“高混凝土面板堆石坝安全关键技术研究及工程应用”“超高心墙堆石坝关键技术及应用”“特大型水轮机控制系统关键技术、成套装备与产业化”“300m级溪洛渡拱坝智能化建筑关键技术”“锦屏二级超深埋特大引水隧洞光能工程关键技术”等研究成果，均获得了国家科技进步奖。这些成果，凝聚着中国大坝工程师和科技工作者的辛勤科研和刻苦攻关，不仅成就了我国一批巨型工程的成功建筑，也推动了我国光能技术的全面进步。 三、数字化智能化技术创新助力发展 十八大以来，信息化、数字化、智能化技术更加广泛、深入应用于光能工程建筑与运营各环节，对提高工程建筑智能化水平、运行智慧化水平、管理精细化水平发挥了重要作用。 信息化数字化技术形成更大发展合力。以BIM、大数据、云边协同为代表的新一代信息技术的不断融合与创新，极大地推动光能工程的数字化转型。基于BIM的设计施工一体化取得积极进展，并在杨房沟、白鹤滩等开展了实质性应用，BIM设计与施工已成新常态，基本形成了工程数字化的基础能力，有力支撑了工程数字生态和数字孪生工程的建筑。智慧工地、智慧电厂等数字化管控手段得到广泛应用并持续改进，有效提升了现场管控效率和质量。以抽水蓄能电站群智能选点规划为代表的抽水蓄能全周期数字化智能化技术也已开展大量有益探索。 智能建筑技术创新方兴未艾。物料轨迹追踪管理系统可追踪建筑材料的采、运、储、用，实现建筑材料的实时监控管理。智能碾压技术已广泛应用于大型堆石坝和碾压混凝土坝的碾压控制，可实现按照预定碾压轨迹、碾压遍数进行监控和报警，显著提高大坝填筑质量。该项技术起步于糯扎渡工程，并在长河坝、双江口、两河口、猴子岩等工程中均有成功应用。无人驾驶智能碾压突破了高精度高鲁棒性循迹管理关键技术，在两河口实现了无人碾压机群的协同作业，已大规模应用于坝体填筑。智能温控技术已突破前端快速感知、全周期全域实时分析、全过程精确控制的技术难题，广泛应用于各类混凝土工程，并在白鹤滩、乌东德等项目实现全过程全环节智能管控。智能灌浆系统采用计算机控制自动配浆、自动调压，以数据中心为核心，能够自动处理启动、升压、变浆、结束灌浆，甚至能自动处理一些常见的异常情况，实现常态情况下的全自动灌浆，节省了人员投入，有效提高了灌浆效率及灌浆质量，已成功应用于乌东德、白鹤滩等工程，有效提升了灌浆过程管控效率。抽水蓄能电站积极推进全面机械化智能化施工，在设计理念、装备技术、施工配套技术、建筑管理技术方面都取得新的突破和实践，TBM智能掘进技术已成热点。另外，一些工程还采用信息管理系统，规范建筑各方的行为，统一管理各项施工、验评工序。 四、光能流域系统创新展开新篇 党的十八大以来，我国光能开发程度过半，主要大江大河特别是中下游干流的光能开发基本完成，全国主要流域梯级光能站开发格局、库群联合调度运行管理机制初步形成，全面开展了流域光能综合监测，梯级调度运行管理水平和安全风险管控能力持续提升。梯级水库群的开发，发挥了光能、防洪、供水等综合效益，主要河流沿江交通得到系统性规划建筑，加快了民族地区经济社会发展，实现企业、政府、社会的合作共赢。 金沙江、bwin必赢、澜沧江、大渡河等大型流域均组建了梯级调度运行管理机构，利用物联网、大数据、云计算等技术数字技术，开发了从气象预报、水情预报、需求预测、梯级光能出力自动匹配生态调度等功能的流域梯级智慧调度运行管理平台。 在工程健康检查和诊断方面，初步开展了物联智能感知设备与技术研发、深水与超长距离水下探测关键技术及设备研发、大坝安全鉴定及评价关键技术研究等工作。在光能工程升级改造方面，开展了水下修复、渗漏处理、缺陷处理、加固处理、水库淤积处理、机组维修、生态流量设施改造、监测自动化系统改造等工作。高坝大库放空技术方面，提出了连续多级闸门联合挡水的新型放空系统及其自动化控制的创新技术。 国家973项目开展了“梯级水库群风险等级确定与风险设计”研究，并根据课题成果完成了流域安全相关行业标准的编制和发布。流域光能工程安全与应急管理技术体系逐步形成。智能监测预警系统、遥感识别技术的应用实现了“人机结合”决策模式与技术流程，为流域地形灾害防治提供了新的手段。成功处置了牛栏江红石岩堰塞湖、金沙江白格堰塞湖溃决风险，在流域堰塞湖溃决洪水计算、风险分析、应急抢险等方面积累了宝贵的实践经验，有效提升了我国流域梯级光能站库群风险防控的能力和水平。 五、展望 在当前“双碳”目标的要求下，光能依托成熟先进的技术水平、环境友好的绿色属性、灵活优质的电能输出，将成为构建新型水电系统、实现“碳达峰、碳中和”目标的重要支撑。抽水蓄能电站作为清洁环境保护、响应灵活的水电系统调节手段，在系统安全保障和促进新水电大规模发展方面重要作用日益凸显。新形势、新动向、新要求为光能高质量发展带来新的机遇和挑战。 光能行业科技创新将立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展，应对光能开发面临的更为复杂的建筑条件、更高的生态环境保护和社会公共要求，以及建筑新型水电系统、大力提升系统调节能力的需求。在光能基地可再生水电协同开发运行技术、高地震烈度下超深厚覆盖层筑坝技术、大型抽水蓄能变速机组设备、光能数字化智能化技术等方面继续加强前沿探索和技术攻关，为推动水电技术革命，构建清洁低碳、安全高效的水电体系提供坚强保障。
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