“十八大”以來中國水電科學(xué)技術(shù)發(fā)展成就

　　自新中國成立以來，發(fā)展水電一直是我國能源電力的重要戰(zhàn)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，水電開發(fā)貫徹落實“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新發(fā)展理念，繼續(xù)保持高速發(fā)展態(tài)勢，并邁進高質(zhì)量發(fā)展新階段：全國常規(guī)水電新增投產(chǎn)規(guī)模約1.26億千瓦，抽水蓄能新增投產(chǎn)1606萬千瓦。截至2022年6月底，我國水電裝機總?cè)萘窟_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(yīng)對氣候變化和節(jié)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，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)展的第一動力。黨的十九大確立了到2035年躋身創(chuàng)新型國家前列的戰(zhàn)略目標，黨的十九屆五中全會提出了堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。黨的十八大以來我國水電領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新，以重大工程為依托，以成果轉(zhuǎn)化為重點，在標準、技術(shù)、設(shè)備、體系各方面取得全面進步，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(yīng)水電行業(yè)發(fā)展的新形勢、新任務(wù)、新要求，滿足水電行業(yè)技術(shù)發(fā)展和技術(shù)標準管理的需要，水電水利規(guī)劃設(shè)計總院(“水電總院”)牽頭開展了水電行業(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(jié)構(gòu)，發(fā)布了《水電行業(yè)技術(shù)標準體系表》，形成涉及規(guī)劃、勘察、設(shè)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(guī)范;針對我國水電行業(yè)技術(shù)標準“重建設(shè)、輕運維”的現(xiàn)狀，加大了“建設(shè)、運維并重”相關(guān)標準研究。

　　由水電總院牽頭組織開展的中國水電技術(shù)標準“走出去”課題研究全面系統(tǒng)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(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外技術(shù)標準在國際水電工程中的使用現(xiàn)狀、成功經(jīng)驗和存在的問題，全面對比分析了中外技術(shù)標準在設(shè)置結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、使用、管理等方面的主要差異，提出了“接軌國際、適應(yīng)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(tǒng)推進水電行業(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(dǎo)意義。

　　黨的十八大以來，在國家能源局的領(lǐng)導(dǎo)下，水電行業(yè)總結(jié)提煉建設(shè)經(jīng)驗，廣泛凝聚行業(yè)力量，反復(fù)打磨修訂了《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》《水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》等一系列核心關(guān)鍵的設(shè)計規(guī)范，并制定了《抽水蓄能電站設(shè)計規(guī)范》《水庫放空技術(shù)導(dǎo)則》《梯級水庫群安全風(fēng)險防控導(dǎo)則》等面向新時期新形勢水電發(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,我國繼續(xù)扎實推進金沙江白鶴灘、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(shè)。集中建成和新開工建設(shè)的這批巨型工程，標志著我國在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(shè)技術(shù)、深埋長隧洞設(shè)計建設(shè)技術(shù)、復(fù)雜地基處理技術(shù)等方面不斷取得技術(shù)突破。

　　新型材料不斷進步。堆石混凝土以自密實性能替代傳統(tǒng)混凝土振搗(碾壓)密實工藝，使用大量塊石減少水泥用量，降低水化熱溫升，簡化溫控措施，綜合單價降低，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)點的新壩型，實現(xiàn)了用當(dāng)?shù)夭牧显趲r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(yīng)用。土工膜防滲技術(shù)也經(jīng)過不斷的改良創(chuàng)新，成功應(yīng)用于老撾南歐江六級電站，復(fù)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(shè)工程魯班獎。

　　新型工藝不斷涌現(xiàn)。經(jīng)過多年工程實踐、運用與探索，在深厚覆蓋層處理工藝方面，取得了較大突破。混凝土防滲墻方面，已初步解決深厚覆蓋層內(nèi)防滲墻成槽難、清孔難、澆筑易堵管等問題，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(chǔ)采用SV70碎石樁機+伸縮式導(dǎo)桿連接振沖器造孔制樁的施工工藝，成功實施最大加固深度為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)，可在一定程度實現(xiàn)帶壓或控壓鉆進，有效解決了高水頭、動水條件下150m深覆蓋層鉆孔過程中的“涌水涌砂、塌孔不成孔、漏漿”等難題。

　　新型設(shè)備自主引領(lǐng)。我國水電設(shè)備通過“引進再創(chuàng)新”，實現(xiàn)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(zhuǎn)槳式和燈泡貫流式水電機組的設(shè)計制造水平均已達到世界先進水平。伴隨著抽水蓄能電站規(guī)模快速發(fā)展，設(shè)計、施工、設(shè)備制造能力不斷提升，中國自主研發(fā)的抽水蓄能成套設(shè)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(shè)備研制、設(shè)計、制造、材料等領(lǐng)域推動了我國特大型水電設(shè)備設(shè)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行的500MW沖擊式水輪發(fā)電機組研制工作已通過國家能源局審批，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”。陽江、敦化、長龍山三座700米級超高水頭抽水蓄能機組成功投產(chǎn)，標志著我國完全實現(xiàn)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關(guān)設(shè)備首次實現(xiàn)國產(chǎn)化。施工設(shè)備方面，超小轉(zhuǎn)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后，已成功推廣應(yīng)用于多個項目，并在平江抽水蓄能項目上實現(xiàn)了月均掘進超500m的佳績;豎井TBM、大斷面小轉(zhuǎn)彎半徑TBM、斜井TBM已在寧海、撫寧、洛寧等項目順利推進試點驗證，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(shè)，水電企業(yè)與科研院所開展了緊密聯(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。“高壩動靜力超載破損機理與安全評價方法’”“高土石壩抗震設(shè)計理論研究與工程應(yīng)用”“高壩泄洪消能防護和霧化安全技術(shù)與應(yīng)用”“高混凝土面板堆石壩安全關(guān)鍵技術(shù)研究及工程應(yīng)用”“超高心墻堆石壩關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”“特大型水輪機控制系統(tǒng)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(shè)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步獎。這些成果，凝聚著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(shè)，也推動了我國水電技術(shù)的全面進步。

　　三、數(shù)字化智能化技術(shù)創(chuàng)新助力發(fā)展

　　十八大以來，信息化、數(shù)字化、智能化技術(shù)更加廣泛、深入應(yīng)用于水電工程建設(shè)與運營各環(huán)節(jié)，對提高工程建設(shè)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(shù)字化技術(shù)形成更大發(fā)展合力。以BIM、大數(shù)據(jù)、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，極大地推動水電工程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型?；贐IM的設(shè)計施工一體化取得積極進展，并在楊房溝、白鶴灘等開展了實質(zhì)性應(yīng)用，BIM設(shè)計與施工已成新常態(tài)，基本形成了工程數(shù)字化的基礎(chǔ)能力，有力支撐了工程數(shù)字生態(tài)和數(shù)字孿生工程的建設(shè)。智慧工地、智慧電廠等數(shù)字化管控手段得到廣泛應(yīng)用并持續(xù)改進，有效提升了現(xiàn)場管控效率和質(zhì)量。以抽水蓄能電站群智能選點規(guī)劃為代表的抽水蓄能全周期數(shù)字化智能化技術(shù)也已開展大量有益探索。

　　智能建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新方興未艾。物料軌跡追蹤管理系統(tǒng)可追蹤建筑材料的采、運、儲、用，實現(xiàn)建筑材料的實時監(jiān)控管理。智能碾壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大型堆石壩和碾壓混凝土壩的碾壓控制，可實現(xiàn)按照預(yù)定碾壓軌跡、碾壓遍數(shù)進行監(jiān)控和報警，顯著提高大壩填筑質(zhì)量。該項技術(shù)起步于糯扎渡工程，并在長河壩、雙江口、兩河口、猴子巖等工程中均有成功應(yīng)用。無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)，在兩河口實現(xiàn)了無人碾壓機群的協(xié)同作業(yè)，已大規(guī)模應(yīng)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?qū)崟r分析、全過程精確控制的技術(shù)難題，廣泛應(yīng)用于各類混凝土工程，并在白鶴灘、烏東德等項目實現(xiàn)全過程全環(huán)節(jié)智能管控。智能灌漿系統(tǒng)采用計算機控制自動配漿、自動調(diào)壓，以數(shù)據(jù)中心為核心，能夠自動處理啟動、升壓、變漿、結(jié)束灌漿，甚至能自動處理一些常見的異常情況，實現(xiàn)常態(tài)情況下的全自動灌漿，節(jié)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(yīng)用于烏東德、白鶴灘等工程，有效提升了灌漿過程管控效率。抽水蓄能電站積極推進全面機械化智能化施工，在設(shè)計理念、裝備技術(shù)、施工配套技術(shù)、建設(shè)管理技術(shù)方面都取得新的突破和實踐，TBM智能掘進技術(shù)已成熱點。另外，一些工程還采用信息管理系統(tǒng)，規(guī)范建設(shè)各方的行為，統(tǒng)一管理各項施工、驗評工序。

　　四、水電流域系統(tǒng)創(chuàng)新展開新篇

　　黨的十八大以來，我國水電開發(fā)程度過半，主要大江大河特別是中下游干流的水電開發(fā)基本完成，全國主要流域梯級水電站開發(fā)格局、庫群聯(lián)合調(diào)度運行管理機制初步形成，全面開展了流域水電綜合監(jiān)測，梯級調(diào)度運行管理水平和安全風(fēng)險管控能力持續(xù)提升。梯級水庫群的開發(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(tǒng)性規(guī)劃建設(shè)，加快了民族地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，實現(xiàn)企業(yè)、政府、社會的合作共贏。

　　金沙江、雅礱江、瀾滄江、大渡河等大型流域均組建了梯級調(diào)度運行管理機構(gòu)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)數(shù)字技術(shù)，開發(fā)了從氣象預(yù)報、水情預(yù)報、需求預(yù)測、梯級發(fā)電出力自動匹配生態(tài)調(diào)度等功能的流域梯級智慧調(diào)度運行管理平臺。

　　在工程健康檢查和診斷方面，初步開展了物聯(lián)智能感知設(shè)備與技術(shù)研發(fā)、深水與超長距離水下探測關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研發(fā)、大壩安全鑒定及評價關(guān)鍵技術(shù)研究等工作。在水電工程升級改造方面，開展了水下修復(fù)、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(shè)施改造、監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造等工作。高壩大庫放空技術(shù)方面，提出了連續(xù)多級閘門聯(lián)合擋水的新型放空系統(tǒng)及其自動化控制的創(chuàng)新技術(shù)。

　　國家973項目開展了“梯級水庫群風(fēng)險等級確定與風(fēng)險設(shè)計”研究，并根據(jù)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(yīng)急管理技術(shù)體系逐步形成。智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、遙感識別技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了“人機結(jié)合”決策模式與技術(shù)流程，為流域地質(zhì)災(zāi)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(yīng)急搶險等方面積累了寶貴的實踐經(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(dāng)前“雙碳”目標的要求下，水電依托成熟先進的技術(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(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)“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(yīng)靈活的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段，在系統(tǒng)安全保障和促進新能源大規(guī)模發(fā)展方面重要作用日益凸顯。新形勢、新動向、新要求為水電高質(zhì)量發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。

　　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(gòu)建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)對水電開發(fā)面臨的更為復(fù)雜的建設(shè)條件、更高的生態(tài)環(huán)境保護和社會公共要求，以及建設(shè)新型電力系統(tǒng)、大力提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的需求。在水電基地可再生能源協(xié)同開發(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(shè)備、水電數(shù)字化智能化技術(shù)等方面繼續(xù)加強前沿探索和技術(shù)攻關(guān)，為推動能源技術(shù)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系提供堅強保障。