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張肇剛:立足國內設計制造的大型水輪發電機組招標采購實踐
2009/4/21 9:38:04    新闻来源:中国水力发电工程学会
  立足國內設計制造的大型水輪發電機組招標采購實踐

                    陳雲華  張肇剛


  (二灘水電開發有限責任公司 成都 610051)

  【摘  要】 我國新近頒布的《可再生能源發展“十一五”規劃》中提出加快發展雅砻江流域水能資源開發,經國家發改委授權,二灘水電開發有限責任公司在積極加快開展雅砻江流域中遊河段各項目的設計工作及現場前期准備工程的同時,重點開展了下遊河段的錦屏一級、錦屏二級、官地以及桐子林電站的建設。爲保證其中的錦屏一級、錦屏二級以及官地電站按計劃如期投産,二灘公司從2004年開始就開展水輪發電機組招標前期工作,經過認真分析研究,決定立足國內制造並制訂了相應的招標策略。2007年完成全部三個電站的水輪發電機組合同簽訂,實踐結果表明招標策略得當,業主在把握住市場資源並取得顯著經濟效益的同時爲今後我國自主設計平等參與大型特大型水輪發電機組招標積累了經驗,取得了以市場帶動國內水電站設備制造業發展的社會效益。

  【關鍵詞】 雅砻江  水輪發電機組  國內制造  招標  效益

  前言
 
  水能資源作爲可再生清潔能源,是我國能源的重要組成部分,在能源平衡和能源工業的可持續發展中占有重要地位。

  我國水電事業發展極其迅速,2005年裝機爲1949年的714倍,發電量557倍,平均年增長率分別爲12.5%及12%,即平均不到7年就翻一番。水電在電力工業中的比重,已分別由建國初期的8.8%(按裝機)和16.5%(按電量)提高到22.9%和16%。到2007年底,水電裝機總容量達到1.45億千瓦,年發電量達到4800多億千瓦時,占到全部發電量的16%。從世界範圍來看我國水電裝機容量和發電量,從建國初期的第25位和第23位,都上升到第1位。

  “十一五”期間,全國將新增水電裝機容量7300萬千瓦,其中抽水蓄能電站1300萬千瓦。到2010年,全國水電裝機容量達到1.9億千瓦,占電力總裝機容量的26%左右,開發程度達到35%,其中大中型常規水電1.2億千瓦,小水電5000萬千瓦,抽水蓄能電站2000萬千瓦,已建常規水電裝機容量占全國水電技術可開發裝機容量的31%。國家頒布的《可再生能源發展“十一五”規劃》明確提出了中國可再生能源發展的戰略重點和總體目標,到2010年,可再生能源消費量將達到能源消費總量的10%,到2020年將達到15%。我國水電開發建設將迎來世界水電開發史上最集中、最強烈的開發熱潮,本文介紹了熱潮中的二灘水電開發有限責任公司在雅砻江流域下遊河段的錦屏一級、錦屏二級和官地電站的大型水輪發電機組招標中堅持全面、協調、可持續發展方針的具體實踐。

  一、雅砻江流域水能資源及其開發

  雅砻江發源于青海省巴顔喀拉山南麓,自西北向東南流經四川省西部,于攀枝花市彙入金沙江。幹流全長1571公裏,天然落差3830米,流域面積13.6萬平方公裏,年徑流量609億立方米,水力資源技術可開發容量3461.96萬千瓦,技術可開發年發電量1840.36億千瓦時,其中雅砻江幹流技術可開發容量約3000萬千瓦,技術可開發年發電量約1500億千瓦時,占四川省全省的24%,約占全國的5%。
雅砻江幹流規劃分三個河段,擬定21個梯級開發(如圖一所示)。2003年10月,國家發展和改革委員會發文授權二灘水電開發有限責任公司負責實施雅砻江水能資源的開發,“全面負責雅砻江流域梯級水電站的建設與管理”。上遊河段從呷衣寺至兩河口,長688公裏,擬定十級開發,總裝機約 325萬千瓦,目前正在進行河段規劃工作。中遊河段從兩河口至卡拉,長385公裏,擬定六級開發,總裝機約1155.8萬千瓦,其中兩河口爲中遊“龍頭”水庫電站,目前正在開展各項目的前期勘測設計工作。下遊河段從卡拉至江口,長412公裏,分五級開發,總裝機1470萬千瓦,除二灘水電站已建成外,下遊其余電站處于全面開發建設階段。

 
  


  爲更好地加速雅砻江開發,二灘公司在認真分析了雅砻江流域開發條件、總結國內外水電開發經驗、並經過深入分析國民經濟發展對電力市場的需求基礎上,制定了雅砻江流域水能資源四階段開發步驟,具體爲:

  第一階段:2000年以前,開發建設二灘水電站,實現投運裝機規模330萬千瓦。

  第二階段:2015年以前,建設錦屏水電站、官地水電站、桐子林水電站,全面完成雅砻江下遊梯級水電開發。擁有發電能力提升至1470萬千瓦,規模效益和梯級補償效益初步顯現,基本形成現代化流域梯級電站群管理的雛形。

  第三階段:2020年以前,繼續深入推進雅砻江流域水電開發,建設包括兩河口水電站在內的3-4個雅砻江中遊主要梯級電站。實現新增裝機800萬千瓦左右,擁有發電能力達到2300萬千瓦以上。
第四階段:2025年以前,全流域項目開發填平補齊,雅砻江流域開發全面完成。擁有發電能力達到3000萬千瓦左右。

  目前二灘水電開發有限責任公司在積極開展雅砻江流域中遊河段各項目的設計工作及現場前期准備工程的同時,重點開展了下遊河段的錦屏一級、錦屏二級、官地以及桐子林電站的建設。爲保證其中的錦屏一級、錦屏二級以及官地電站首台機按計劃于2012年下半年發電,二灘公司從2004年開始開展了機電設備尤其是主機設備采購籌劃,經過與國內外生産廠家進行充分的技術交流和溝通,于2005年開始招標采購並于2007年簽訂了全部三個電站的水輪發電機組合同。

  二、大型水輪發電機組招標采購環境分析

  新中国成立以来,通过自主研发和向苏联和西方先进技术学习相结合,以哈电和东电为代表的我国水电设备制造业正经历一条从无到有、从有到大、从大到强的发展历程,不仅满足了电力行业水電建設的需求、为发展国民经济和推动社会进步做作出巨大贡献,而且已经成为我国现代民族工业发展的典范。

  從上個世紀下半葉開始,通過二灘、三峽電站等大型水電機組的技貿結合、引進技術、合作生産,以及龍灘、小灣、拉西瓦等電站水電機組的科研攻關,哈爾濱電機廠和東方電機廠在特大型水電機組的設計、制造方面能力有了大幅提高,已能夠獨立自主設計制造70萬千瓦大型混流式機組(轉輪直徑10米)、20萬千瓦大型軸流式機組(轉輪直徑11.3米),5萬千瓦大型燈泡貫流式機組(轉輪直徑7米)、3.5萬千瓦高水頭沖擊式機組(水頭1000米),研制了4萬~6萬千瓦中型抽水蓄能機組。大型混流式機組結合三峽機組的技術引進和消化吸收,哈電、東電已掌握具有國際水平的流體動力學分析軟件技術,其設計的混流式轉輪模型最高效率已超過95%;在機組的穩定性研究方面,較三峽工程引進的技術有了明顯的改進和創新;在水力實驗方面,水科院、哈電、東電等均裝備了具有世界先進技術水平的計算機數據自動采集整理水輪機模型實驗台,開發了光纖內窺鏡、數字化攝像,掃描法測試等新技術。在大型水輪發電機核心技術研發方面,哈電和東電建有3000噸、1000噸推力軸承實驗台,蒸發冷卻實驗台和絕緣技術實驗台。90年代初開始研究開發用于推力軸承的彈性金屬塑料瓦,在大型水輪發電機上得到廣泛的應用;在55萬千瓦水能發電機全空冷技術的基礎上開發了70萬千瓦全空冷新産品,應用此項成果制造了三峽、龍灘、拉西瓦和小灣機組;近幾年來,采用具有自主知識産權新技術———蒸發冷卻,應用到水輪發電機上,不僅能夠突破空冷發電機設計制造的極限容量,還能克服水內冷的不足之處,目前這項技術已成功用于李家峽40萬千瓦機組,正在進行三峽70萬千瓦機組應用蒸發冷卻技術的研制工作,還將規劃研究應用到100萬千瓦級的特大型水電機組上。從技術水平而言,大型及特大型水電機組已具備立足國內設計和制造的條件。

  从制造能力来看,依托近二十年中国一批世界级水电工程的建设,中国水电设备制造业目前已形成以哈电、东电为主体,以上海、天津、杭州等地的中外合资企业以及全国各地的一批中小企业为辅的,基本构成比较完整的、居世界前列的水电设备制造体系和超过800万千瓦的年生产能力。其中,哈尔滨电机厂有限责任公司和东方电机股份有限公司年生产能力合计已超过600万千瓦,其他中小水电设备制造厂的能力约为200万千瓦。但另一方面,我国水電建設----尤其是大型及特大型水电站建设----在进入新世纪后又掀起了一个新的高潮。据不完全统计,2009年至2013年间投产发电、同类型机组单机容量在550MW到800MW的电站有瀑布沟、金安桥、三峡地下、糯扎渡、长河坝、溪洛渡、向家坝、小湾、大岗山等九个电站,这些电站与雅砻江上的锦屏一、二级和官地电站基本同期投产发电,加起来计83台共56470MW(见表一)。除个别机组在当时的GE公司设在杭州的工厂制造外其余都只有依靠哈电、东电、VSS和天阿等四家公司生产,并且VSS当时尚未形成发电机制造能力,加上金沙江中游各梯级电站的开发,设备制造以及材料供应形势也不容乐观。


  經過對大型水輪發電機組采購環境的認真分析研究,二灘公司在2004年上半年就形成了“立足國內設計制造,盡快啓動錦屏一、二級機組招標,鎖定設計、材料供應及加工能力等資源”的工作思路,由此而拉開了雅砻江下遊三個大型水電項目機組國內公開招標采購的序幕。

  三、錦屏一級、錦屏二級、官地水電站及機組特點以及招標模式選擇

  1、錦屏一級、錦屏二級、官地水電站及其機組特性簡介

  錦屏一級水電站。錦屏一級水電站位于四川省涼山彜族自治州鹽源現和木裏縣境內,是雅砻江幹流下遊河段(卡拉至江口河段)的控制性水庫梯級電站,下距河口約358公裏。

  錦屏一級水電站壩址以上流域面積10.3萬平方公裏,占雅砻江流域面積的75.4%。壩址處多年平均流量爲1200立方米/秒,多年平均年徑流量385億立方米。錦屏一級水電站規模巨大,主要任務是發電。電站總裝機容量360萬千瓦(6台×60萬千瓦),枯水期平均出力165.9萬千瓦,多年平均年發電量166.2億千瓦時。水庫正常蓄水位1880米,死水位1800米,總庫容77.6億立方米,調節庫容49.1億立方米,屬年調節水庫。樞紐建築由擋水、泄水及消能、引水發電等永久建築物組成,其中混凝土雙曲拱壩壩高305米,爲世界第一高拱壩。

  錦屏二級水電站。錦屏二級水電站位于四川省涼山彜族自治州木裏、鹽源、冕甯三縣交界處的雅砻江幹流錦屏大河灣上,系雅砻江卡拉至江口河段五級開發的第二座梯級電站。

  錦屏二級水電站利用雅砻江150公裏錦屏大河灣的天然落差,截彎取直開挖隧洞引水發電。壩址位于錦屏一級下遊7.5公裏處,廠房位于大河灣東端的大水溝。電站總裝機480萬千瓦(8台×60萬千瓦),多年平均發電量242.3億千瓦時。首部設低閘,閘址以上流域面積10.3萬平方公裏,閘址處多年平均流量1220立方米/秒,本身具有日調節功能,與錦屏一級同步運行則同樣具有年調節性。樞紐建築主要由河低閘、泄水建築、引水發電系統等組成,其中4條引水隧洞平均長約16.6公裏,開挖洞徑達13米,爲世界之最的水工隧洞。

  官地水電站。官地水電站位于四川省涼山彜族自治州西昌市和鹽源縣交界的雅砻江上,壩址距西昌市直線距離約30公裏,公路裏程約80公裏,爲雅砻江下遊河段第三座梯級電站,是二灘水電站的上遊銜接梯級電站。官地水電站的主要任務是發電。水庫正常蓄水位1330米,最大壩高168米,水庫總庫容7.6億立方米。電站總裝機容量爲240萬千瓦(4台×60萬千瓦)。樞紐建築由碾壓混凝土重力壩,右岸地下廠房和泄洪消能建築能組成。

  錦屏一級水電站水輪機運行的最大水頭240m,最小水頭153m,水頭變幅達87m,最大水頭與最小水頭之比1.568,是目前已招標的高水頭巨型混流式水輪機中水頭變幅最大的電站,發電機推力負荷約2600t,PV值到達了約116MPa*m/s,無論是水輪機的水力設計還是發電機的設計制造都具有相當的難度。

  錦屏二級水電站的引水隧洞直徑達11.8m,長度爲17km,最高水頭爲318m,單機出力爲600MW,是世界上最大的高水頭,引水式混流式機組。機組具有水頭高,容量大,穩定性要求高的特點,比轉速達到了108.8 m•kW,比速系數達1853,處于世界300m水頭段大容量機組的空白帶。水輪機制造難度系數(Hmax×D12/1000)爲13.89,蝸殼制造難度指數(H×R)爲1170,達到了世界先進水平。



  2、招標模式分析及選擇

  在實際運行中,水電站機組的輸出功率、效率、穩定性等性能主要取決于水輪機在不同工況下的水力性能,而水輪機轉輪模型的性能在很大程度上決定了水輪機性能。因此大型特大型水輪發電機組采購往往要求制造廠家必須在經驗證是成熟可靠的轉輪模型基礎上編制技術方案參與投標競爭。水輪發電機組招標模式通常指的是機組分標方案及水輪機模型采購方式。

  從機組性能一致性和備品備件互換性角度出發,考慮維持招標采購的適度競爭性,錦屏一級、錦屏二級和官地水電站機組采用水輪機和發電機分別獨立成標的分標方式,即“橫切”方式。

  我國過去的大型水電站建設中,水輪機模型大體采用如下幾種模式采購:

  常規采購模式。在投標人有相近模型轉輪並且經原型機組實際運行驗證的情況下,招標文件規定投標人的資格,對水輪機模型和模型特性提出要求和規定。投標人在投標文件中對模型進行描述,對模型特性提出保證值。招標人根據程序對投標文件進行檢查,對提出的保證值進行評比。在簽訂合同後按照相關標准進行水輪機模型初步試驗和模型驗收試驗,有必要時進行中立台的模型複核試驗。這種模式采購成本較低,采購周期較短,是大多數水電項目采用的模式。二灘水、瀑布溝和龍灘水電站水輪發電機組招標采購采用的就是這種模式。

  模型驗證采購模式。對于大容量、高參數且缺乏實際真機運行經驗的水輪機組,爲確保采購到高效、穩定、性能優良的水輪機,除了要求有資質的投標人做“量身訂制”的轉輪設計外,在招標過程中一般還要在第三方進行實際轉輪模型的中立驗證試驗。按國內廠家是否有獨立資格和驗證時間區分,模型驗證采購模式又分爲技術引進/同台競技、標前驗證/標後驗證幾種方式。模型驗證采購模式雖然有利于投標人選擇性能優良、置信度高的水輪機模型,但也存在采購成本巨大、采購周期較長和降低投標競爭性等不利因素。小灣、三峽右岸采購就采用了模型驗證采購模式。

  根據對電站參數、水輪機工作範圍、水力設計難度、機組特點以及已有經驗認真分析,在與設計院、制造廠家充分交流和專家咨詢的基礎上,結合考慮電站發電裏程碑要求和設備設計、材料采購、制造、安裝調試所需要時間以及采購成本等因素,錦屏一級水電站水輪機招標選擇了國內外廠家同台對比、標後模型驗證的采購模式,錦屏二級水電站水輪機招標選擇了國內外廠家同台對比、標前模型驗證的采購模式,官地水電站水輪機招標選擇了國內外廠家同等參與投標競爭的常規采購模式。

  三、招標采購及成效

  按照招標准備階段制訂的招標策略,錦屏一級水輪發電機組于2005年10月發售招標文件,2006年2月28日開標,同年8月與哈爾濱電機廠有限責任公司簽訂發電機采購合同。2006年8月至11月在中國水利水電科學研究院水力機電研究所進行了第三方試驗台模型驗證試驗,2006年12月與東方電機股份有限公司簽訂水輪機采購合同。

  錦屏二級水輪發電機組于2005年11月發送水輪機轉輪模型研發邀請書,2006年12月發售水輪發電機組招標文件,2007年3月開標,2007年3月至4月在中國水利水電科學研究院水力機電研究所對投標人提交的水輪機轉輪模型進行第三方試驗台同台對比試驗,根據試驗和對投標文件的評審結果,于2007年8月與上海福伊特西門子水電設備有限公司簽訂水輪機采購合同,2007年9月與天津阿爾斯通水電設備有限公司簽訂發電機采購合同。

  官地水輪發電機組于2007年3月發售招標文件,2007年6月開標,經過對投標文件的評審,于2007年9月與東方電機股份有限公司簽訂水輪機采購合同, 2007年10月與哈爾濱電機廠有限責任公司簽訂發電機采購合同。

  從2005年10月錦屏一級水電站水輪發電機組發售招標文件開始到2007年官地水電站發電機合同簽訂,雅砻江流域下遊河段三個大型水電項目大機組招標曆時兩年時間,其間在業主、設計單位、水輪發電機投標廠家、水科院機電所以及咨詢專家的努力和密切協作下,招標采購取得顯著效果,主要體現爲:

  1、爲項目采購到了性能優良的水輪機組。經過驗證的錦屏一級水輪機模型最高效率達到94.80%、加權平均效率達到93.41%、額定水頭保證出力爲611.37MW、轉輪進口壓力脈動小于2.57%、最優工況尾水管壓力脈動小于0.94%,最不利工況下尾水管壓力脈動不超過5.0%;錦屏二級水輪機模型驗收試驗最高效率達到94.34%、加權平均效率達到93.40%、額定水頭保證出力爲610MW、轉輪進口壓力脈動小于2.9%、最優工況尾水管壓力脈動小于1.20%,最不利工況下尾水管壓力脈動不超過2.5%;官地電站水輪機模型驗收試驗最高效率達到95.07%、加權平均效率達到93.22%、額定保證出力爲610MW、轉輪進口壓力脈動小于3.6%、最優工況尾水管壓力脈動小于1.5%,最不利工況下尾水管壓力脈動不超過5.5%。

  2、在國內同期或後續大型水電項目衆多、主要制造商生産任務超飽和的不利局面下,抓住主要制造商産能機遇窗,超前啓動機組招標准備並及時開展招標采購,使設備制造及交貨重要節點得到有效控制,保證各項目的主要裏程碑目標按期實現,爲項目順利投産發電贏得重要的戰略先機。

  3、由于招標策略得當並且抓住了有利的市場時機,錦屏一級、錦屏二級和官地水電站水輪發電機組招標同時也取得了巨大的經濟效益。三個電站水輪機單位重量平均單價爲6.77萬元/噸,發電機單位重量平均單價爲5.31萬元/噸;三個電站總共十八台水輪發電機組的總價比按當時市場平均單價折算的價格低6~7億元人民幣。

  四、結語

  我國水電設備制造業依托大型特大型水電工程建設步入了國際先進行列;而水力發電建設事業也在水電設備制造業的支持下蓬勃發展,二者相輔相成,走上了相互促進相互推動的良性發展道路。雖然中國已是世界上第一位的水電裝機大國,而且在建水電工程規模在世界上也遙遙領先,但是,面臨當今世界一體化潮流和大容量、高參數、新材料、低能耗和環境友好等技術發展趨勢的挑戰,我國設備制造和水電開發都還有很長的路要走。錦屏一級、錦屏二級和官地水電站水輪發電機組招標實踐表明,水電開發中立足國內設計制造的機電設備采購是取得良好的社會經濟效益的不二法則。

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