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张肇刚:立足国内设计制造的大型水轮发电机组招标采购实践
2009/4/21 9:38:04    新闻来源:中国水力发电工程学会
  立足国内设计制造的大型水轮发电机组招标采购实践

                    陈云华  张肇刚


  (二滩水电开发有限责任公司 成都 610051)

  【摘  要】 我国新近颁布的《可再生能源发展“十一五”规划》中提出加快发展雅砻江流域水能资源开发,经国家发改委授权,二滩水电开发有限责任公司在积极加快开展雅砻江流域中游河段各项目的设计工作及现场前期准备工程的同时,重点开展了下游河段的锦屏一级、锦屏二级、官地以及桐子林电站的建设。为保证其中的锦屏一级、锦屏二级以及官地电站按计划如期投产,二滩公司从2004年开始就开展水轮发电机组招标前期工作,经过认真分析研究,决定立足国内制造并制订了相应的招标策略。2007年完成全部三个电站的水轮发电机组合同签订,实践结果表明招标策略得当,业主在把握住市场资源并取得显著经济效益的同时为今后我国自主设计平等参与大型特大型水轮发电机组招标积累了经验,取得了以市场带动国内水电站设备制造业发展的社会效益。

  【关键词】 雅砻江  水轮发电机组  国内制造  招标  效益

  前言
 
  水能资源作为可再生清洁能源,是我国能源的重要组成部分,在能源平衡和能源工业的可持续发展中占有重要地位。

  我国水电事业发展极其迅速,2005年装机为1949年的714倍,发电量557倍,平均年增长率分别为12.5%及12%,即平均不到7年就翻一番。水电在电力工业中的比重,已分别由建国初期的8.8%(按装机)和16.5%(按电量)提高到22.9%和16%。到2007年底,水电装机总容量达到1.45亿千瓦,年发电量达到4800多亿千瓦时,占到全部发电量的16%。从世界范围来看我国水电装机容量和发电量,从建国初期的第25位和第23位,都上升到第1位。

  “十一五”期间,全国将新增水电装机容量7300万千瓦,其中抽水蓄能电站1300万千瓦。到2010年,全国水电装机容量达到1.9亿千瓦,占电力总装机容量的26%左右,开发程度达到35%,其中大中型常规水电1.2亿千瓦,小水电5000万千瓦,抽水蓄能电站2000万千瓦,已建常规水电装机容量占全国水电技术可开发装机容量的31%。国家颁布的《可再生能源发展“十一五”规划》明确提出了中国可再生能源发展的战略重点和总体目标,到2010年,可再生能源消费量将达到能源消费总量的10%,到2020年将达到15%。我国水电开发建设将迎来世界水电开发史上最集中、最强烈的开发热潮,本文介绍了热潮中的二滩水电开发有限责任公司在雅砻江流域下游河段的锦屏一级、锦屏二级和官地电站的大型水轮发电机组招标中坚持全面、协调、可持续发展方针的具体实践。

  一、雅砻江流域水能资源及其开发

  雅砻江发源于青海省巴颜喀拉山南麓,自西北向东南流经四川省西部,于攀枝花市汇入金沙江。干流全长1571公里,天然落差3830米,流域面积13.6万平方公里,年径流量609亿立方米,水力资源技术可开发容量3461.96万千瓦,技术可开发年发电量1840.36亿千瓦时,其中雅砻江干流技术可开发容量约3000万千瓦,技术可开发年发电量约1500亿千瓦时,占四川省全省的24%,约占全国的5%。
雅砻江干流规划分三个河段,拟定21个梯级开发(如图一所示)。2003年10月,国家发展和改革委员会发文授权二滩水电开发有限责任公司负责实施雅砻江水能资源的开发,“全面负责雅砻江流域梯级水电站的建设与管理”。上游河段从呷衣寺至两河口,长688公里,拟定十级开发,总装机约 325万千瓦,目前正在进行河段规划工作。中游河段从两河口至卡拉,长385公里,拟定六级开发,总装机约1155.8万千瓦,其中两河口为中游“龙头”水库电站,目前正在开展各项目的前期勘测设计工作。下游河段从卡拉至江口,长412公里,分五级开发,总装机1470万千瓦,除二滩水电站已建成外,下游其余电站处于全面开发建设阶段。

 
  


  为更好地加速雅砻江开发,二滩公司在认真分析了雅砻江流域开发条件、总结国内外水电开发经验、并经过深入分析国民经济发展对电力市场的需求基础上,制定了雅砻江流域水能资源四阶段开发步骤,具体为:

  第一阶段:2000年以前,开发建设二滩水电站,实现投运装机规模330万千瓦。

  第二阶段:2015年以前,建设锦屏水电站、官地水电站、桐子林水电站,全面完成雅砻江下游梯级水电开发。拥有发电能力提升至1470万千瓦,规模效益和梯级补偿效益初步显现,基本形成现代化流域梯级电站群管理的雏形。

  第三阶段:2020年以前,继续深入推进雅砻江流域水电开发,建设包括两河口水电站在内的3-4个雅砻江中游主要梯级电站。实现新增装机800万千瓦左右,拥有发电能力达到2300万千瓦以上。
第四阶段:2025年以前,全流域项目开发填平补齐,雅砻江流域开发全面完成。拥有发电能力达到3000万千瓦左右。

  目前二滩水电开发有限责任公司在积极开展雅砻江流域中游河段各项目的设计工作及现场前期准备工程的同时,重点开展了下游河段的锦屏一级、锦屏二级、官地以及桐子林电站的建设。为保证其中的锦屏一级、锦屏二级以及官地电站首台机按计划于2012年下半年发电,二滩公司从2004年开始开展了机电设备尤其是主机设备采购筹划,经过与国内外生产厂家进行充分的技术交流和沟通,于2005年开始招标采购并于2007年签订了全部三个电站的水轮发电机组合同。

  二、大型水轮发电机组招标采购环境分析

  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电建设的需求、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。

  从上个世纪下半叶开始,通过二滩、三峡电站等大型水电机组的技贸结合、引进技术、合作生产,以及龙滩、小湾、拉西瓦等电站水电机组的科研攻关,哈尔滨电机厂和东方电机厂在特大型水电机组的设计、制造方面能力有了大幅提高,已能够独立自主设计制造70万千瓦大型混流式机组(转轮直径10米)、20万千瓦大型轴流式机组(转轮直径11.3米),5万千瓦大型灯泡贯流式机组(转轮直径7米)、3.5万千瓦高水头冲击式机组(水头1000米),研制了4万~6万千瓦中型抽水蓄能机组。大型混流式机组结合三峡机组的技术引进和消化吸收,哈电、东电已掌握具有国际水平的流体动力学分析软件技术,其设计的混流式转轮模型最高效率已超过95%;在机组的稳定性研究方面,较三峡工程引进的技术有了明显的改进和创新;在水力实验方面,水科院、哈电、东电等均装备了具有世界先进技术水平的计算机数据自动采集整理水轮机模型实验台,开发了光纤内窥镜、数字化摄像,扫描法测试等新技术。在大型水轮发电机核心技术研发方面,哈电和东电建有3000吨、1000吨推力轴承实验台,蒸发冷却实验台和绝缘技术实验台。90年代初开始研究开发用于推力轴承的弹性金属塑料瓦,在大型水轮发电机上得到广泛的应用;在55万千瓦水能发电机全空冷技术的基础上开发了70万千瓦全空冷新产品,应用此项成果制造了三峡、龙滩、拉西瓦和小湾机组;近几年来,采用具有自主知识产权新技术———蒸发冷却,应用到水轮发电机上,不仅能够突破空冷发电机设计制造的极限容量,还能克服水内冷的不足之处,目前这项技术已成功用于李家峡40万千瓦机组,正在进行三峡70万千瓦机组应用蒸发冷却技术的研制工作,还将规划研究应用到100万千瓦级的特大型水电机组上。从技术水平而言,大型及特大型水电机组已具备立足国内设计和制造的条件。

  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,我国水电建设----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。


  经过对大型水轮发电机组采购环境的认真分析研究,二滩公司在2004年上半年就形成了“立足国内设计制造,尽快启动锦屏一、二级机组招标,锁定设计、材料供应及加工能力等资源”的工作思路,由此而拉开了雅砻江下游三个大型水电项目机组国内公开招标采购的序幕。

  三、锦屏一级、锦屏二级、官地水电站及机组特点以及招标模式选择

  1、锦屏一级、锦屏二级、官地水电站及其机组特性简介

  锦屏一级水电站。锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源现和木里县境内,是雅砻江干流下游河段(卡拉至江口河段)的控制性水库梯级电站,下距河口约358公里。

  锦屏一级水电站坝址以上流域面积10.3万平方公里,占雅砻江流域面积的75.4%。坝址处多年平均流量为1200立方米/秒,多年平均年径流量385亿立方米。锦屏一级水电站规模巨大,主要任务是发电。电站总装机容量360万千瓦(6台×60万千瓦),枯水期平均出力165.9万千瓦,多年平均年发电量166.2亿千瓦时。水库正常蓄水位1880米,死水位1800米,总库容77.6亿立方米,调节库容49.1亿立方米,属年调节水库。枢纽建筑由挡水、泄水及消能、引水发电等永久建筑物组成,其中混凝土双曲拱坝坝高305米,为世界第一高拱坝。

  锦屏二级水电站。锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河湾上,系雅砻江卡拉至江口河段五级开发的第二座梯级电站。

  锦屏二级水电站利用雅砻江150公里锦屏大河湾的天然落差,截弯取直开挖隧洞引水发电。坝址位于锦屏一级下游7.5公里处,厂房位于大河湾东端的大水沟。电站总装机480万千瓦(8台×60万千瓦),多年平均发电量242.3亿千瓦时。首部设低闸,闸址以上流域面积10.3万平方公里,闸址处多年平均流量1220立方米/秒,本身具有日调节功能,与锦屏一级同步运行则同样具有年调节性。枢纽建筑主要由河低闸、泄水建筑、引水发电系统等组成,其中4条引水隧洞平均长约16.6公里,开挖洞径达13米,为世界之最的水工隧洞。

  官地水电站。官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的雅砻江上,坝址距西昌市直线距离约30公里,公路里程约80公里,为雅砻江下游河段第三座梯级电站,是二滩水电站的上游衔接梯级电站。官地水电站的主要任务是发电。水库正常蓄水位1330米,最大坝高168米,水库总库容7.6亿立方米。电站总装机容量为240万千瓦(4台×60万千瓦)。枢纽建筑由碾压混凝土重力坝,右岸地下厂房和泄洪消能建筑能组成。

  锦屏一级水电站水轮机运行的最大水头240m,最小水头153m,水头变幅达87m,最大水头与最小水头之比1.568,是目前已招标的高水头巨型混流式水轮机中水头变幅最大的电站,发电机推力负荷约2600t,PV值到达了约116MPa*m/s,无论是水轮机的水力设计还是发电机的设计制造都具有相当的难度。

  锦屏二级水电站的引水隧洞直径达11.8m,长度为17km,最高水头为318m,单机出力为600MW,是世界上最大的高水头,引水式混流式机组。机组具有水头高,容量大,稳定性要求高的特点,比转速达到了108.8 m•kW,比速系数达1853,处于世界300m水头段大容量机组的空白带。水轮机制造难度系数(Hmax×D12/1000)为13.89,蜗壳制造难度指数(H×R)为1170,达到了世界先进水平。



  2、招标模式分析及选择

  在实际运行中,水电站机组的输出功率、效率、稳定性等性能主要取决于水轮机在不同工况下的水力性能,而水轮机转轮模型的性能在很大程度上决定了水轮机性能。因此大型特大型水轮发电机组采购往往要求制造厂家必须在经验证是成熟可靠的转轮模型基础上编制技术方案参与投标竞争。水轮发电机组招标模式通常指的是机组分标方案及水轮机模型采购方式。

  从机组性能一致性和备品备件互换性角度出发,考虑维持招标采购的适度竞争性,锦屏一级、锦屏二级和官地水电站机组采用水轮机和发电机分别独立成标的分标方式,即“横切”方式。

  我国过去的大型水电站建设中,水轮机模型大体采用如下几种模式采购:

  常规采购模式。在投标人有相近模型转轮并且经原型机组实际运行验证的情况下,招标文件规定投标人的资格,对水轮机模型和模型特性提出要求和规定。投标人在投标文件中对模型进行描述,对模型特性提出保证值。招标人根据程序对投标文件进行检查,对提出的保证值进行评比。在签订合同后按照相关标准进行水轮机模型初步试验和模型验收试验,有必要时进行中立台的模型复核试验。这种模式采购成本较低,采购周期较短,是大多数水电项目采用的模式。二滩水、瀑布沟和龙滩水电站水轮发电机组招标采购采用的就是这种模式。

  模型验证采购模式。对于大容量、高参数且缺乏实际真机运行经验的水轮机组,为确保采购到高效、稳定、性能优良的水轮机,除了要求有资质的投标人做“量身订制”的转轮设计外,在招标过程中一般还要在第三方进行实际转轮模型的中立验证试验。按国内厂家是否有独立资格和验证时间区分,模型验证采购模式又分为技术引进/同台竞技、标前验证/标后验证几种方式。模型验证采购模式虽然有利于投标人选择性能优良、置信度高的水轮机模型,但也存在采购成本巨大、采购周期较长和降低投标竞争性等不利因素。小湾、三峡右岸采购就采用了模型验证采购模式。

  根据对电站参数、水轮机工作范围、水力设计难度、机组特点以及已有经验认真分析,在与设计院、制造厂家充分交流和专家咨询的基础上,结合考虑电站发电里程碑要求和设备设计、材料采购、制造、安装调试所需要时间以及采购成本等因素,锦屏一级水电站水轮机招标选择了国内外厂家同台对比、标后模型验证的采购模式,锦屏二级水电站水轮机招标选择了国内外厂家同台对比、标前模型验证的采购模式,官地水电站水轮机招标选择了国内外厂家同等参与投标竞争的常规采购模式。

  三、招标采购及成效

  按照招标准备阶段制订的招标策略,锦屏一级水轮发电机组于2005年10月发售招标文件,2006年2月28日开标,同年8月与哈尔滨电机厂有限责任公司签订发电机采购合同。2006年8月至11月在中国水利水电科学研究院水力机电研究所进行了第三方试验台模型验证试验,2006年12月与东方电机股份有限公司签订水轮机采购合同。

  锦屏二级水轮发电机组于2005年11月发送水轮机转轮模型研发邀请书,2006年12月发售水轮发电机组招标文件,2007年3月开标,2007年3月至4月在中国水利水电科学研究院水力机电研究所对投标人提交的水轮机转轮模型进行第三方试验台同台对比试验,根据试验和对投标文件的评审结果,于2007年8月与上海福伊特西门子水电设备有限公司签订水轮机采购合同,2007年9月与天津阿尔斯通水电设备有限公司签订发电机采购合同。

  官地水轮发电机组于2007年3月发售招标文件,2007年6月开标,经过对投标文件的评审,于2007年9月与东方电机股份有限公司签订水轮机采购合同, 2007年10月与哈尔滨电机厂有限责任公司签订发电机采购合同。

  从2005年10月锦屏一级水电站水轮发电机组发售招标文件开始到2007年官地水电站发电机合同签订,雅砻江流域下游河段三个大型水电项目大机组招标历时两年时间,其间在业主、设计单位、水轮发电机投标厂家、水科院机电所以及咨询专家的努力和密切协作下,招标采购取得显著效果,主要体现为:

  1、为项目采购到了性能优良的水轮机组。经过验证的锦屏一级水轮机模型最高效率达到94.80%、加权平均效率达到93.41%、额定水头保证出力为611.37MW、转轮进口压力脉动小于2.57%、最优工况尾水管压力脉动小于0.94%,最不利工况下尾水管压力脉动不超过5.0%;锦屏二级水轮机模型验收试验最高效率达到94.34%、加权平均效率达到93.40%、额定水头保证出力为610MW、转轮进口压力脉动小于2.9%、最优工况尾水管压力脉动小于1.20%,最不利工况下尾水管压力脉动不超过2.5%;官地电站水轮机模型验收试验最高效率达到95.07%、加权平均效率达到93.22%、额定保证出力为610MW、转轮进口压力脉动小于3.6%、最优工况尾水管压力脉动小于1.5%,最不利工况下尾水管压力脉动不超过5.5%。

  2、在国内同期或后续大型水电项目众多、主要制造商生产任务超饱和的不利局面下,抓住主要制造商产能机遇窗,超前启动机组招标准备并及时开展招标采购,使设备制造及交货重要节点得到有效控制,保证各项目的主要里程碑目标按期实现,为项目顺利投产发电赢得重要的战略先机。

  3、由于招标策略得当并且抓住了有利的市场时机,锦屏一级、锦屏二级和官地水电站水轮发电机组招标同时也取得了巨大的经济效益。三个电站水轮机单位重量平均单价为6.77万元/吨,发电机单位重量平均单价为5.31万元/吨;三个电站总共十八台水轮发电机组的总价比按当时市场平均单价折算的价格低6~7亿元人民币。

  四、结语

  我国水电设备制造业依托大型特大型水电工程建设步入了国际先进行列;而水力发电建设事业也在水电设备制造业的支持下蓬勃发展,二者相辅相成,走上了相互促进相互推动的良性发展道路。虽然中国已是世界上第一位的水电装机大国,而且在建水电工程规模在世界上也遥遥领先,但是,面临当今世界一体化潮流和大容量、高参数、新材料、低能耗和环境友好等技术发展趋势的挑战,我国设备制造和水电开发都还有很长的路要走。锦屏一级、锦屏二级和官地水电站水轮发电机组招标实践表明,水电开发中立足国内设计制造的机电设备采购是取得良好的社会经济效益的不二法则。

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