三峡工程的成功,成为水电业界的典范

（加）唐纳德•库尔森

世界上人口最多的中国，现在已成为仅次于美国的第二大经济实体，世界上许多国家人民的日常生活，都离不开中国物美价廉的产品。中国的国际地位已明显为世界所瞩目，在某些技术领域也处于领先地位，水电资源开发就是其中之一。到2015年，包括三峡升船机在内的三峡工程将要完建。现在，三峡左右岸电站已经竣工，它标志着世界上最大装机容量的水电站的诞生。为获得水轮机和发电机的最优性能，三峡工程需要设备制造商投入到长期的、重要的和有价值的产品研发中去，其结果是有力推动着中国水电建设进入又一个发展高潮。

水力发电是可再生的清洁能源。在2011年写作本文时，按每单位容量和能量计算的成本，同其他与环境友好的能源——风能、太阳能、地热相比，水力发电要便宜很多。此外，如果还考虑到对电力系统的可靠性和可利用率的影响，水力发电也因此更具有明显的优势。根据加拿大的统计，某一特定水电站的设计能力，考虑到计划停机检修、维护，和由于零件磨损导致的非计划停机在内，一旦该电站全面投入运行，其总利用率可达到90%左右。在加拿大，在水电站运行寿命期内，非计划停机率通常小于设备容量的3%，甚至有一些水电站，在已过去的运行期内，非计划停机率甚至小于设备容量的1%。

许多发达国家已开发的水电资源，已占其技术开发资源总量的90%。就拥有丰富的还未开发的水力资源而言，加拿大和中国得天独厚。例如，在2011年，加拿大已投入运行的水电站总装机容量达到7200万千瓦，还有待开发的水电资源总量估计为16300万千瓦。这意味着，到目前为止，加拿大只开发其潜在水电资源的31%。中国同样也拥有可观的水电资源储备，其己开发的占其水电资源总量的34%。两国在未来水电发展的前景是非常光明的。水力发电与其他清洁能源相比，还具有的最大优势，就是在许多电站的厂址处，为城镇提供了经济的水源储备。这意味着，人们能够建设许多水电站，为电力系统提供可靠的、可再生的调峰电量----其每瓦产生的价值是径流式担任基荷的水电站，或者传统的热电站或核电站所产生价值的好几倍。电站负荷系数越高，电站越是在接近基荷下运行。明显的例子如下：

加拿大拉布拉多丘吉尔瀑布水电站电站负荷系数约为79%中国三峡水电站（26台机组）电站负荷系数约为53%美国大古力水电站电站负荷系数约为23%

由此可以看出，水电站的作用，除了为能源系统贡献其电量外，其贡献大大超过了电站自身提供能量的能力，还提供容量以满足系统调峰要求和负荷/频率调节的需要。

水力发电已有近200年的历史。中国的水电起步始于100年前。自从中国实行“改革开放”政策以来，以三峡工程为标志的水电建设，有了很大的发展。从2000年至2009年短短10年间，中国水电装机容量由7935万千瓦增加到1.97亿千瓦。使中国成为水力发电总装机容量和水力发电总量最大的国家。

中国2009年水力发电量达到5544.95亿千瓦时，年发电量列世界第一位。三峡电站多年平均发电量为847亿千瓦时，计在建的右岸地下电站6台单机容量70万千瓦机组，虽然三峡电站年平均发电量的数值不会有大的改动，但到2012年三峡工程左、右岸电站、地下电站完工时，增加的机组将使三峡电站的总装机容量改写为2240万千瓦，电站负荷系数将降低到43%左右，极大提升了三峡电站提供峰荷的能力和防洪调度的能力。

中国是5000年的文明古国，在长期发展过程中形成了“兼收并蓄”的文化。中国的水电设计和建设，特别是水力机械行业，在过去的近二十年取得了长足的进步，并极大提升了国际市场参与度。中国的工程师从他们的国际同行、国际咨询公司和设备制造商那里学到了宝贵的经验和教训。中国的工程师积极参与重要的国际水电组织，包括国际电工委员会水轮机技术委员会（IEC/TC4）、国际水力工程研究协会（IAHR），国际水电协会（IHA）的技术活动。同时积极参与IEC/TC4制（修）订国际标准的工作组的活动，以及IAHR开展的研究活动。2002年，IEC/TC4全体会议首次在中国召开。

三峡工程，由于其水轮机部件尺寸巨大，无论是从混流式水轮机水力设计还是从制造方法方面，它比当时任何水电工程向设备设计者提出了最重大的挑战。正由于此，三峡工程吸引了世界上顶级设备制造商的参与。在这方面我感到与中国的关系特别亲切。这是由于我儿子斯图尔特·库尔森曾在加拿大通用电气公司（GE Canada）与德国福伊特公司（Voith）的“VGS”联营体中，领导了联营体中水轮机的水力设计。“VGS”联营体与中国东方电机有限公司合作，向三峡左岸电站提供6套水轮发电机组。三峡水轮机结构设计、制造质量也向他们提出了同样的挑战。在三峡工程建设过程中，吸引了许多合格的国际咨询公司的参与。由于三峡左、右岸电站的机组尺寸巨大，机组台数多，三峡工程从开工到首批机组发电长达10年。现在，三峡左、右岸电站26台70万千瓦机组已全部通过不同运行水位、不同运行负荷的运行检验，全部成功在电网运行。三峡工程的成功，己成为水电业界的典范。

《原型水轮机运行研究》一书由三位中国著名的水轮机技术专家黄源芳、刘光宁、樊世英共同编写。这部富含众多工程实践的著作，凝聚了作者40余年在中国水力发电领域的工作经验。本书侧重于通过原型水轮机运行研究实践，展现其对国内外水轮机技术研究的成果。它为国际同行提供了一个了解中国水电技术发展，特别是了解三峡机组之所以获得成功的好机会。

《原型水轮机运行研究》的中文版于2010年4月由中国电力出版社在北京出版，全书分为三个部分。第一部分介绍原型水轮机运行的专题研究成果，包括研究方法的论述和运行中异常现象的解读。第二部分是调查研究专题成果，包括中国10座大型水电站以及美国大古力、巴基斯坦塔贝拉和俄罗斯萨阳·舒申斯克水电机组的最新资料，为我们提供了比较系统的技术信息和事故处理经验。第三部分扼要介绍三峡水电机组特别是水轮机的技术论证、工程设计、技术方案、采购合同、模型试验和原型水轮机试验、电站运行的成果。本书不仅阐述了三峡的水轮机，而且对当前业内存在的其他重大技术问题也给予了特别关注。

《原型水轮机运行研究》的英文版由于篇幅限制，只译出第一、二部分主要章节以及第三部分的全部内容。

这部书并不是关于水轮机理论研究方面的著作，它是对这个重要领域（原型水轮机运行研究）的过去和现在的工程实践的全面总结。据我所知，这是世界上第一部致力于原型水轮机运行研究方面的专著。该书中文版阐述了原型水轮机运行研究方法、中国许多大型水轮发电机组运行的详细案例，包括著名的三峡水电站。英文版与中文版相类似，主要阐明研究方法、中国许多大型水电机组运行研究综述以及对三峡机组的研究。这部基于工程实践的专著为世界水轮机行业献上了一份真正的礼物。

我在水力发电行业工作了近51年。第一个5年是在加拿大多米宁工程公司（即后来的GE水电公司）工作，这是一家加拿大的水轮机和发电机的供货商。随后的36年间先后在两家加拿大工程咨询公司工作。最近的11年，我成立了自已的私人顾问公司，为私营和公营的公司提供新电站设计及电站运行出现的技术难题的解决方案。我曾担任13年（1989-2002）的IEC/TC4（国际电工委员会水轮机技术委员会）的主席，于2002年在北京召开的IEC/TC4全体会议上卸任。37年来，我一直是参与加拿大IEC/TC4国家委员会工作活跃的成员。在此期间，也积极参与IAHR（国际水力工程与研究协会）的活动。我结识了世界各地的业内专家并同他们建立了深厚的友谊。我曾随同加拿大水电友好代表团多次访问中国，我曾有幸受世界银行的授权参与了中国南方广西龙滩水电工程的前期工作。与中国同行建立起的合作关系和友谊时时激动着我。

我与黄源芳先生相识近20年。我们经常在国际会议上见面，多次听到他对三峡工程及其水电机组精辟的讲演。他曾是中国三峡工程开发总公司（2009年更命为中国长江三峡集团公司）的副总工程师，主持过机电工程部的工作。从1997年至2005年连续4次担任IEC/TC4全体会议的中国首席代表，是2002年首次在中国举行的IEC/TC4北京全体会议的领导者、组织者之一，并作为东道主邀请与会专家参观三峡工程。北京全体会议开得非常成功，被与会专家称为“北京模式”。黄源芳先生先后为IEC/TC4第27、29工作组成员。他的技术活动，为中国原型水轮机的运行稳定性研究、空蚀和泥沙磨损研究，为协助IEC/TC4在该领域正在进行的国际标准的制定工作做出了重大贡献。

许多无法接受的原型水轮机运行不稳定的现象都与引水管路系统的共振有关。在这种情况下，即便是采用对水轮机技术发展必不可少的计算流体动力学方法和水轮机模型试验方法，也不能轻而易举地防止这种不稳定的现象发生。因此，《原型水轮机运行研究》的英文版本的面世，将会引导国际水轮机业界向更加重视电站水电机组的运行实践，更加重视对各个不同电站、不同水轮机个案研究的方向发展。它也会引导业界更多重视不断追求完善的原型水轮机运行稳定性的研究，促进业主和制造商的技术进步。

作者请我为该书英文版作序，我感到十分荣幸。国际水电界也会对在中国和其他地方在这领域取得的进步感到自豪。本书对三峡在内的大型水电机组展开了深度讨论，为那些希望更多了解中国水轮机行业的人们提供了可靠的第一手资料。我真诚地向读者推荐此书，也对黄先生和他的同事做出的重要努力表示感谢。