在世界水电建设史上，三峡工程可以说是从倡议到建成历时最长的水利枢纽工程。这项超级工程坐落在长江之上，拥有的水能资源，居世界各条大河的首位，占据我国水能资源的一半以上。从重庆到宜昌，长江的水位落差120米，其中蕴含的水能，相当于燃烧5000万吨优质煤炭所产生的能量。换句话说，在修建三峡大坝之前，每年都会从长江的这一江段上白白流失5000万吨煤炭。 

　　因此，开发利用三峡的丰富水能资源，既是几代中国人孜孜以求的梦想，也成为了修建三峡工程的核心任务之一。然而，对于这座工程的设计和建造人员来说，他们当初面对的一个重要问题是：在这滚滚东去的江流之上，三峡工程需要拥有怎样的水电科技，才能与三峡丰沛的水力资源相匹配呢？ 

　　在今天的科学故事开始前，我们先来了解一下三峡大坝的整体结构。三峡工程中，举世闻名的长江三峡大坝包括主体建筑物及导流工程两部分，全长约3335米，其中坝体总长2309米，中间留出483米泄洪坝段。 

　　三峡电站建在泄洪坝段的两侧，面向下游左边的被人们称为左岸电站，布置了14台机组；右边的称为右岸电站，布置了12台机组。但这26台机组只利用了90％的水能资源，于是三峡建设者在右岸的山体内部，增建了一个地下电站，布置6台机组。至此，三峡电站32台机组，使流经这里95％的水能资源得到了利用。 

　　三峡工程拥有如此大规模的装机容量，可以说是前无古人的大胆设计。然而，在建造这样一座世界上最大的水电站时，对水电科技的建设，无疑是一项前所未有的挑战。 

　　由于三峡电站所在的位置是西陵峡河段，河道宽度只有2000多米，布置水轮发电机组的位置有限，所以大容量的水轮发电机组，成为了必然的选择，只有这样才能尽可能充分地开发三峡的水力资源。为此，三峡建设者按照设计制造的世界最高水平，选定了70万千瓦的水轮发电机组。简单地说，就是这种机组每小时能发电70万度。 

　　需要注意的是，三峡工程在建设以前，我们国家水轮机设备的制造能力只有30多万千瓦机组，而三峡工程的水轮发电机组是70万，以当时的条件，我们国内工厂还不具备这一个设计制作能力，所以我们左岸大坝的14台机组是采取国际招标的形式获得的。 

　　但是在这个招标的过程当中，我们国家提出了引进、消化、吸收再创新的这样一个技术路线，也就是就要求所有的国外的投标商必须向我们国内的工厂转让技术、联合设计、合作生产，此外还可以借助大型工程的市场优势，提升我国民族装备制造业。 

　　1997年12月11号，在三峡大坝左岸厂房坝段浇筑下了第一方立方米混凝土的同时，三峡大坝也开始为70万千瓦的机组量身定做电站厂房，同时一起动工的还有重庆长寿区到万县第一回500千伏的输电工程，从此拉开了三峡电力外送的序幕。 

　　我们电网的建设进度和三峡机组的装机进度是要完全适应的——因为机组装好了可以发电了，而发电以后则需要通过电力网输送过去，所以电网建设绝对不能落后于电厂的建设，这也是三峡电站和输电工程同时进行的主要原因之一。 

　　事实上，在三峡电站和输变电工程紧锣密鼓地建设时，三峡水电机组的设计生产也在稳步进行当中。 

　　不过由于三峡电站和其他电站相比，规模要大的多，所以三峡电站所需要的机组就需要重新设计制造。除此之外，三峡工程还有抵挡洪水的功能，每当汛期来临，水库水位就要提前降到145米，用来腾出防洪库容；等到汛期过后，水位又会上升到175米。这种水位落差的巨大变幅，是一般大型水电站的2到3倍，也就使得困难都集中到了水轮机的核心部件转轮的设计制造上。 

　　水轮机的转轮主要由上冠、下环和叶片组成，其中的关键部件是叶片。如何在不同水位都尽可能多地获取水能，就要看叶片的造型。而且，巨大的叶片必须一次浇铸成型，需要几个炉子同时浇铸，这就要求不同炉子烧出的钢水，化学成分和温度都要保证一致，因为叶片受水的冲力最大，所以对叶片的金属强度、化学成分要求很高。完成的叶片造型是否合格，肉眼无法查验，还需要通过先进仪器进行检测。 

　　叶片铸件的合格并不代表着可以投入使用，而是需要进行更加深入地加工，此时的精度必须以毫米计算。因为如果叶片的形状和曲线达不到设计标准，不但运行时能量转换的效能低，而且还会产生振动，影响机组的稳定运行。 

　　刚刚我们知道，水轮机的转轮是由上冠、下环和叶片组成的，因此在叶片加工好之后，电焊工人就需要把叶片和上冠、下环焊接在一起，合成一个转轮。而且，在每一格转轮叶片里，都要有一名焊工进行操作。这并不是为了赶工程进度，真正的原因在于：单重7吨的叶片，如果不采用多名焊工同步焊接，转轮就会发生变形，所以必须多个叶片同步焊接，并使焊接的部位同时加热到同一温度。其实，不仅是转轮，三峡电站中很多大型金属部件的焊接，大多是以这样的方式完成的。 

　　随着转轮的制造完成，三峡机组也就顺利地步入安装和调试阶段。与此同时，我国输变电工程的建设也在迅速推进。按照工程设计，三峡电站发出的电能，会输送到华中、华东、南方电网。远距离的输送线路，落点分别在江苏常州、广东惠州和上海，这三条线路，每条路程约一千公里。 

　　与一般的输电线路相比，三峡电站不仅输电距离远，而且外送的电量也很巨大，所以在导线的选择和使用寿命方面都要非常重视。另外，为了承受导线的重量和拉力，专家们还设计了在不同环境下的杆塔。 

　　这种杆塔和人们平时看到的电线铁塔有点类似，但他们的构件并不是常见的角钢，而是圆形钢管，是仿生小麦等植物的杆茎制造出来的。这种结构的杆塔强度更大，可以承受这样巨大拉力。 

　　伴随着输电工程的完成，2003年6月10号，三峡大坝坝前水位蓄水135米，称为围堰挡水发电期，标志着我国三峡工程开始初步发挥综合效益。一个月后，也就是2003年7月10号，三峡工程第一台发电机组——装机容量70万千瓦的电站机组实现了并网发电。 

　　这一天起，流经三峡的江水，开始化为源源不绝的电能，走进千家万户。也就在三峡首台发电机组实现了并网发电的同时，远在东北的哈尔滨电机厂，正在加紧研制右岸电站机组，并对70万千瓦发电机组的冷却系统设计进行了创新。 

　　在原本的70万千瓦机组中都采用水冷的冷却方式，虽然冷却效果好，但系统复杂，运行维护困难。于是，哈尔滨电机厂决定自主创新，在三峡右岸电站70万机组上首次成功采用了全空冷方案，也就是利用机组运转时产生的风力进行冷却，不仅运行维护方便，而且冷却效果不亚于国外的水冷系统。 

　　从左岸电站到右岸电站，从只能制造30万千瓦机组，到自主创新生产70万千瓦机组，我国水电重大装备制造业，可以说是用了七年的时间，完成了三十年的历史跨越。 

　　三峡工程，正是以这种积极进取、自主创新的精神，在我国水电发展的历史上树起了一座座醒目的里程碑。 

　　就拿发电量来说，三峡电站装机总容量是2250万千瓦，是当今世界规模最大的水电站，设计年发电量882亿千瓦时。从2003年开始发电以来，一直安全稳定运行，发电效益更是远远超出预期。截至2018年12月31号，三峡集团长江电力2018年度发电量达2154.8亿千瓦时，创造了长江干流梯级电站发电量新纪录，更是连续三年年发电量超过2000亿千瓦时。 

　　三峡工程的成功建造，不仅使我国从水电大国逐渐跃升为水电强国，同时还大幅提升了我国重大机电装备的科技水平，而且还为国家构建清洁低碳、安全高效的能源体系，为建设美丽长江、美丽中国做出了新的贡献。 



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