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国家卓越工程师张春生的“水电报国”梦│科学家精神
2024/5/15 23:49:52    新闻来源:华东院

5月7日,央视CCTV-4中文国际频道播出系列片《卓越》,国家卓越工程师、中国电建首席科学家、首席技术专家张春生讲述了“水电报国”梦想照进现实的故事。

张春生深耕水电设计研究和工程实践39年,为中国水电设计建设从跟跑、并跑到全面领跑作出突出贡献,先后主持和参与设计了世界技术难度最高水电工程——白鹤滩水电站、世界埋深最大的锦屏二级水电站、当期中国规模最大的抽水蓄能电站——天荒坪水电站等22座大型水电工程,装机规模全国占比11.05%,为我国水电科技进步作出了重要贡献,为国家清洁低碳能源战略实施提供了有力工程支撑,是名副其实的“水电尖兵”。

当期中国规模最大的抽水蓄能电站——天荒坪水电站

张春生的水电之路,始于20世纪90年代,他第一次全面参与设计的水电工程——天荒坪水电站,当时在同类电站中位列亚洲之首,世界第三。

对于水电工程设计师而言,图纸只是工作的起点,真正的挑战在施工现场。当时,年仅31岁的他作为设计单位代表,长期驻扎在施工现场,如何因地制宜地落地实施方案,如何协调统筹各个施工单位,面对突发情况时,如何及时提出处理方案,这些都需要设计团队现场解决。张春生说:“没有调查没有发言权,现场就是战场。”

长期的现场驻守,让张春生根据现场得出的结论,往往比理论推断更加准确。多项创新技术,在张春生驻守现场的实践中,得以验证实施,为中国抽水蓄能电站技术的跨越式发展奠定了基础。这期间,他将水电工程涉及的各个学科吃透,并融会贯通,也为日后成为项目总设计师,打下了坚实基础。

2000年,天荒坪水电站竣工。这个抽水蓄能电站,就像是电网的“充电宝”。它利用依山而建的高低水库,在电网负荷低谷时,将水从低处抽送到高处,电能转化为势能。在电网负荷高峰时,将势能转为电能。循环往复,双向调节。如今,天荒坪水电站仍然是华东电网非常重要的一个蓄能调节工程。特别是它对上海供电质量的保证,电网的安全,还在发挥着巨大的作用。

如果将天荒坪水电站比作张春生在工程现场的一次小试牛刀,那么未来的任务无疑将是他大显身手的绝佳舞台。

世界埋深最大的锦屏二级水电站

这座装机规模480万千瓦的锦屏二级水电站,位于四川雅砻江锦屏大河弯上。奔腾的雅砻江水穿越山体内长约17千米、最深超过2500米、落差约300米的输水管道后,将势能转换成清洁的电能。

蕴藏如此丰富水力资源的锦屏大河弯,其实早在20世纪60年代,就已经被国家纳入开发计划当中。

当时,工程师们在细致勘察后,就提出“裁弯取直”的开发方案。但是,锦屏大河弯山高谷深,每一处隧洞的开挖,都会打破山体内部的平衡,超高的地应力释放时会将岩石像子弹一样崩飞出去,形成岩爆等自然灾害,而一次岩爆发生出来能量释放相当于两三级的地震。

这些施工难题在当时的技术条件下无法解决,开发只能停留在纸面上。面对这项突破性的地下工程,但连经验丰富的外国专家来到现场后,都对岩爆、突涌水等地质灾害望而兴叹。

锦屏二级水电站面临的问题,没有让张春生和他的设计团队退缩,在国内众多科研专家的支持下,根据现场的一手资料,华东院团队带领设计团队完成了“裁弯取直”施工方案的设计工作并通过论证。

2004年1月1日交通洞开工,虽然已经做了充分准备,但意外情况还是会发生。那一天,让锦屏二级水电站设计副总工周垂一至今回忆起来都心有余悸,他说:“有一次出水,喷出来,距离是非常远的,在大家都束手无策的时候,就需要一个非常坚定的信念。张总带着地质以及各个专业的人员,是拄着拐杖,手拉手进去的,那时情况非常危险。”

有了前期大量的论证和扎实的学科基础,张春生面对危险时,表现出了强大的抗压能力。他坚信,在设计的框架内施工,工程风险一定可控。这种信念感染着周垂一,也同时鼓舞了在场的每一个人。

终于,经过54个月的施工,交通线全面贯通。后续的引水隧道工程,分为48个工作面同时开工,利用化整为零的办法,对难点逐一攻克。

如今,锦屏的两座水电站,将大河弯的水力资源潜力充分发掘,实现了三代水电人的锦屏梦。由于突破性的设计,锦屏二级水电站单位千瓦投资,只有三峡电站的一半,电站项目本身几乎没有移民,淹没损失极小,它也成为世界水电地下工程的里程碑。

世界第二大水电站——白鹤滩水电站

早在20世纪90年代,华东院就在国家统一安排下,开始对白鹤滩河段的开发方案进行勘察设计研究,面对工程难度被誉为“水电珠峰”的白鹤滩水电站,华东院团队毫不退缩。

张春生说:“我们的勘探线一条一条的,37条勘探线,我们几乎是50米的高差要打一个洞。每一条线,每一个断面,每一个钻孔,是每一个人的心血,是每个人的青春。”最终,在陡峭绝壁的羊肠小道上,设计人员累计完成开凿平洞5.5万米,钻孔20万米的巨大勘探量。

经过现场大量的勘探和试验,确定了最合适的水电站选址。为了能让大坝坝基稳固,张春生带领团队根据前期调研,针对山体两侧破碎的岩石,设计了“外科手术”式的加固方案,顺利解决了大坝拱形不对称、坝基稳固、大坝高抗震等问题,并且得到了专家的论证认可。

2022年12月,白鹤滩全部机组发电,白鹤滩水电站年均发电量约624.43亿千瓦时,相当于为7500万人提供一年的生活用电需求。同时,助力江苏和浙江两个经济强省的生产建设,它的建成,标志着中国巨型水电工程建设从“中国制造”到“中国创造”的历史性跨越。

张春生说:“每一个技术人员都想把他的所学所用,他的知识能够服务于国家。”

这位“水电尖兵”凭着数十年敢想敢干、敢破敢立的魄力,开启了中国水电工程史上一次次新尝试,见证了中国水电发展的一个个里程碑。

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