豐滿水電站
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豐滿水電站位於中華人民共和國吉林省吉林市豐滿區的第二松花江上，距吉林市區16公里，是中國第一座大型水力發電站，曾是中國乃至亞洲最大的水力發電站，被稱為「中國水電之母」[1]。豐滿水電站始建於1937年，後於2010年代因先前長年累積的結構安全性問題而進行重建，於2020年9月25日竣工。豐滿水電站安裝有8台水輪機組，裝機容量148萬千瓦，理論年發電量為17.09億千瓦時。同時，豐滿水電站在上游形成松花湖，在下游形成霧凇，一年四季皆能為吉林市帶來巨大的旅遊效益。
| 豐滿水電站 | |
|---|---|
 豐滿水電站大壩（2019年7月） | |
  豐滿水電站在吉林省的位置 | |
| 國家 |  中華人民共和國 |
| 位置 | 吉林省吉林市 |
| 座標 | 43°43′10″N 126°41′19″E |
| 現狀 | 使用中 |
| 始建 | 1937年（舊壩） 2014年（新壩） |
| 啟用 | 1943年 |
| 拆除 | 2019年（舊壩，部分） |
| 耗資 | 90.79億元（2012年，新壩，預算） |
| 所有者 | 國網新源控股 |
| 水壩和溢洪道 | |
| 水壩類型 | 重力壩 |
| 橫跨 | 第二松花江 |
| 高度 | 94.5公尺（310英尺） |
| 長度 | 1,068公尺（3,504英尺） |
| 壩頂寬度 | 13.5公尺（44英尺） |
| 溢洪道 | 10 |
| 溢洪道類型 | 9道溢流門、1條洩洪道 |
| 溢洪量 | 22,767立方公尺每秒（804,009立方英尺每秒） |
| 水庫 | |
| 形成 | 豐滿水庫 |
| 總容量 | 109.88億立方公尺 |
| 集水面積 | 42,500平方公里（16,409平方英里） |
| 表面積 | 550平方公里（212平方英里） |
| 最大水深 | 75公尺（246英尺） |
| 發電廠 | |
| 運作日期 | 第一期：1943－1960年 第二期：1992年 第三期：1998年 第四期（重建）：2019 - 2020年 |
| 停用日期 | 第一期、第二期：2014年 |
| 類型 | 傳統式 |
| 渦輪機 | 壩體：6 x 200兆瓦 洩洪道：2 x 140兆瓦 |
| 裝機容量 | 1.48吉瓦 |
| 年均發電量 | 17.09億千瓦時（計劃） |
豐滿水電站位於吉林市南郊的小豐滿地區。小豐滿原名「小風門」，因境內有猴嶺、喇古嶺雙峰對峙，其狀如門，風力很大，故名小風門。[2]
1933年，滿洲國產業部組織「滿洲河川綜合調查處」，對松花江水系進行調查，最終選定小豐滿地區，修建豐滿水力發電所。1936年12月28日，滿洲國第210號敕令決定於次年1月1日起成立由經濟部大臣直接領導的水力電氣建設局，負責松花江水電開發。該局工務處長本間德雄具體提出建設豐滿水電站的有關方案，獲得滿洲國政府批准。壩體確定為混凝土式重力壩，設計10台水輪發電機組，其中第一期8台（六台6.5萬千瓦，兩台7萬千瓦）、第二期2台（兩台1500千瓦自用機組）。大壩全部工程設計由本間德雄指導；發電所廠房設計由日本早稻田大學教授內藤多仲負責[3]:140-141。豐滿水電站工程在當時被譽為「亞洲第一工程」[4]。
1937年6月18日，滿洲國經濟部水力電氣建設局召開第一次水力電氣建設委員會，決定在豐滿設置吉林工程處，負責有關施工。施工技術人員主要是從日本電力公司、朝鮮長津江水電公司、國道局招收的日本、朝鮮技術人員500餘人；同時亦有從哈爾濱工業大學和瀋陽、吉林工業學校分配的中國技術人員50至60人。此外，國際運輸、共榮木材、東亞土木、神谷組等日本建築企業負責專業施工。[3]:141
1937年10月25日，右岸攔江圍堰開工；11月5日，水力電氣建設局舉行攔江壩開工典禮，時任滿洲國總理張景惠參加。11月6日，豐滿發電所全面破土動工；至1938年4月，右岸完成截流。6月，開始掘鑿河床基礎，攔江壩混凝土澆灌工程開工。10月3日，舉行大壩定礎儀式；所謂「定礎」，即決定大壩基礎位置。1938年10月末，開始左岸截流工程；至1940年4月，左岸截流完成，大壩開始全面施工。1940年10月3日，舉行大壩上梁儀式，同時，左、右岸壩段混凝土對進澆灌連成整體。[3]:141-143
1942年，1號水輪發電機組開始安裝；7月至8月，4號水輪發電機組和所內用2台水輪發電機組也相繼安裝。同年10月17日，臨時排水路關閉，開始截流蓄水。11月7日，完成截流。1943年1月，水庫蓄水達到發電水位。[3]:143截至1942年底，豐滿發電所本體混凝土澆築進度達59%。[3]:147
豐滿發電所的土建材料，主要來源於滿洲國各地。建築攔河壩所用50萬噸水泥，主要來源於吉林市哈達灣地區的大同洋灰公司（冀東水泥吉林水泥廠的前身），少數靠本溪湖等地供應；230萬立米的沙石，主要取於永吉縣的大長屯及豐滿上游大屯等地；5萬噸鋼材來源於鞍山鋼鐵公司[5]。
豐滿發電所各種設備皆從國外訂購。1938年時，豐滿發電所向美國西屋電氣（當時美國嚴守中立）、瑞士埃舍爾維斯（瑞士為中立國）、德國福伊特、德國電氣總公司（AEG）（德國為日本盟國）及日本日立訂購發電設備，共計8套，總容量52.5萬千瓦，計劃1940年起交貨。但自1939年起，第二次世界大戰全面爆發，德國、瑞士設備因在海運中途輪船被擊沉，僅到貨一半；美國與日本作戰，推遲供貨；日本設備亦因「軍備生產第一」而推遲。至1945年初，除3、5兩台水輪機組之主機外，其餘設備全數到齊。[3]:147-148
1943年2月15、20日，2台1250千瓦發電所用機組投入運行；3月25日，1號發電機組開始發電；4月1日，以154千伏向新京（長春）送電。5月13日，4號機組投產；15日，在新京和豐滿兩地同時舉行儀式，慶祝豐滿發電所發電。此後，又建成至哈爾濱、撫順的高壓輸電網。1944年6月22日、12月25日，又先後建成2、7號發電機組。1945年日本戰敗投降時，8號機組幾乎完成，3號機組正在安裝，土建工程完成87%。[3]:148
豐滿水電站最初設計預算為6740萬日元，後由於戰爭所累，逐步增長至2.5億日元，其中人工費僅占總預算的6.4%，用地和淹沒賠償費僅占2.8%[6]。
豐滿水電站是在中國勞工的白骨之上建造起來的。水電站建設期間，共投入勞工103,410人，多是日本侵略者用法西斯手段從占領區各處抓來的老百姓。時任永吉縣警務科長野崎茂在戰後供認，自1936年至1943年，七年間共有5,110名勞工死亡；僅其在永吉任職的兩年就有1,160名勞工死亡。慘死的勞工遺骸被扔進「萬人坑」中[3]:144-146。1963年，豐滿發電廠在「萬人坑」上設置展室；1964年由吉林市總工會接管，向全市開放；1997年定名為吉林市勞工紀念館[7]。豐滿萬人坑遺址於1983年11月24日被列入第三批吉林省文物保護單位[8]，並於2019年10月7日被列入第八批全國重點文物保護單位[9]。
至1945年日本戰敗投降時，八台機組有4台安裝發電，總裝機容量26.5萬千萬。
1945年9月，蘇聯進駐豐滿水電站，拆除搬走除1、4號機組和2台廠用機組外的幾乎全部設備，計有5.5台發電機、5台水輪機、5台主變及高壓斷路器及施工用機車、水泥輸送機、空氣壓縮機等，當作戰利品運至蘇聯。剩下的兩台發電機組總裝機容量13萬千瓦。這些設備均安裝在亞塞拜然的明蓋恰烏爾水電站。據日本技術人員估算，此批設備價值達1千萬美元。1950年2月14日簽訂《中蘇友好同盟互助條約》時，蘇聯外交部長維辛斯基和中國國務院總理兼外交部長周恩來就「蘇聯政府將蘇聯經濟機關在東北自日本所有者手中所獲得之財產無償地移交中華人民共和國政府的決定」交換了照會，但蘇聯始終未有歸還此批設備。[10]:46
1946年5月29日，國民政府資源委員會水利發電工程總處美籍工程師約翰·柯登來豐滿進行調查，並且給出了續建意見。柯登認為大壩穩定性不足，應當降低溢流壩段底坎增強泄流能力，並在縱縫處鑿豎井回填混凝土。此措施僅得到少部分實施，溢流壩底坎被炸低1至1.5公尺。[3]:148-149
1948年3月8日，國民革命軍第六十軍撤離吉林時計劃破壞豐滿發電廠，但在當班值長張文斌的周旋下，國民黨工兵將次要部位當作主要部位，炸毀配電盤，使得豐滿發電廠停止發電，但大壩和全部水輪機組保存了下來。[3]:243次日，吉林市解放。此後至1950年9月30日，共完成混凝土澆築15.97萬立方公尺。[10]:43
1950年2月，蘇聯電站部（後來的蘇聯動力和電氣化部，現為俄羅斯聯邦能源部）水電設計院派出以愛金別爾克為組長的設計專家小組到豐滿發電廠，進行四個月的勘測、調查。至1951年，由蘇聯設計院莫斯科分院編制全套的設計書，編號為366，後稱《366號設計書》，經政務院批准為豐滿水電站續建的技術設計。[3]:149
續建使用的水輪機組和發電機多由蘇聯製造；蘇聯並於1953年派遣水輪發電機安裝支援小組來到豐滿。1953年4月27日，裝機容量7.25萬千瓦的7號機組投產。這是中國第一台自行安裝的大型水輪發電機組。燃料工業部部長陳郁在竣工典禮上剪彩。1953年7月、1954年9月、1955年3月、1956年8月，又有4台裝機容量為7.25萬千瓦的發電機組投產。[3]:149
3號機組發電機利用現場遺留的德國制轉子、主軸，由哈爾濱電機廠配製定子，其他設備由蘇聯製造，裝機容量為6萬千瓦。1959年3月開始安裝，1960年8月併網。至此豐滿水電站一期工程全部竣工投入使用。[10]:46
至1960年，豐滿水電站的機組配置為：1號機組為瑞士產，容量6.5萬千瓦；4號機組為德國產，容量6.5萬千瓦；3號機組為組裝件，容量6萬千瓦；2、5至8號機組為蘇聯產，容量7.25萬千瓦；廠用機組1台，容量0.125萬千瓦，合共55.375萬千瓦，為當時中國僅次於水豐水電站的第二大水電站。[3]:149-150
1969年10月至1980年10月，因豐滿水電站早期建設遺留的5條154千伏高壓供電線路全數升壓為220千伏。[3]:159-1651975年至1981年，豐滿水電站技術人員對5台蘇聯製發電機進行增容改造，單台機組容量提升至8.5萬千瓦，總裝機容量曾提升至61.5萬千瓦（在二期工程投產後恢復為7.25萬千瓦額定容量）。[10]:184-186
後來擔任國務院總理、全國人大常委會委員長的李鵬，曾於1955年3月至1960年9月在豐滿水電站工作，任副廠長兼總工程師，這是李鵬留學回國後的第一個崗位[11]。後來豐滿水電站重建工程開工時，李鵬亦有致信祝賀[12]。
1988年4月1日，豐滿發電廠二期擴建工程開始施工。土建工程由水電六局承擔，機電安裝由發電廠自行組建的工程公司負責。計劃安裝2台8.5萬千瓦機組。[3]:150工程利用設計大壩預留的兩條引水鋼管建設。1991年12月、1992年6月分別投產。[13]:47
1970年，豐滿水電站在左岸增設泄水洞。1979年5月28日岩塞爆破成功。泄水洞全長688.5公尺。1984年9月18日完成驗收，開閘放水試驗成功。[3]:26
三期擴建工程利用該泄水洞引水建設，安裝2台14萬千瓦機組。工程由東北勘測設計研究院設計，主設備由哈爾濱電機廠和朝陽變壓器廠生產；水電六局承擔土建和一次設備安裝；豐滿發電廠檢修公司承擔二次設備安裝。1995年4月18日開工；1997年12月8日、1998年7月21日分別投產。三期擴建工程完成後，豐滿水電站有機組12台，總裝機容量100.25萬千瓦。[13]:47-48
2002年在大壩下游10.3km處建設永慶反調節水庫，作為豐滿三期擴建工程的配套。2002年9月19日開工，2005年11月12日投入試運行，2006年10月竣工。在豐滿大壩至永慶水壩間形成了阿什湖，它的總面積約4平方公里，正常蓄水位192.2公尺，相應庫容1036萬立方公尺；死水位189.3公尺，調節庫容828萬立方公尺。永慶反調節水庫解放了豐滿60MW基荷，增加了調峰能力，同時確保在豐滿所有機組全停時確保松花江下游161m3/s（包括引松入長工程向長春供水11m3/s）流量工業和城市用水需要。也即，豐滿電廠擔負著大電網調峰、調頻、備用任務，日內下泄流量變化巨大。為了確保水電站下游供水、灌溉、航運和生態需要，最小下泄流量161m3/s，將占用60MW發電能力。興建永慶反調節水庫就釋放了這個瓶頸。此後，豐滿水電站轉變為完全調峰電廠，發電時間為每日2次調峰發電。[14]
國家電監會於2004年開始組織豐滿水電站大壩第二輪定檢。2006年2月，國家電網公司向國家發改委報送《關於豐滿發電廠水庫大壩全面加固工程按基本建設程序開展前期工作的請示》，並在4月得到國家發改委批覆，同時確定「徹底解決、不留後患、技術可行、經濟合理」的原則。由於1995年首次定檢發現的一些問題沒有實質性改進，尤其是溢流壩段的滲漏和凍脹開裂問題較為嚴重，2007年被國家電監會大壩安全監察中心評定為「病壩」，安全換證註冊等級定為丙級，限制水位運行使得有效庫容降低了13%。2009年7月30日，國家電網公司組織召開豐滿水電站大壩全面治理方案論證會，會議成立了以潘家錚院士為組長，四位院士、三位設計大師、有關專家等13名成員組成的專家組。「下游重建」和「灌漿加固」被確定為重點研究方案，方案設計單位分別是中國水電顧問集團旗下的東北勘測設計研究有限責任公司和華東水電勘測設計院，兩個方案的設計投資分別為53.7億和23億。經深入論證、充分比選，才最終確定採用重建方案[15]。2010年2月，國家發改委發函〔2010〕356號同意「下游重建」方案，全面開展可行性研究階段前期工作，重建方案投資上升到接近100億元。2010年2月，吉林省人民政府通過其工作報告宣布將於年內開始大壩移址重建工作，並表示豐滿水電站重建期間的電力空缺將由當時即將開始興建的靖宇核電站填充[16]。2011年12月，可研設計報告通過審查，豐滿大壩重建費用最終由中國國際工程諮詢公司評估為95.36億元。
2012年10月11日，豐滿水電站全面治理（重建）工程項目獲得國家發展改革委核准[15]。2012年10月29日，豐滿水電站重建工程開工儀式在吉林市舉行。時任省委書記孫政才，省委副書記、省長王儒林，國家電網公司總經理劉振亞出席儀式。該工程總投資90.79億元，在原大壩下游120公尺處新建一座大壩，恢復原電站功能和任務，不改變水庫特徵水位。電站新建6台單機20萬千瓦混流式水輪發電機組，保留原三期工程2台14萬千瓦機組，總裝機容量達到148萬千瓦，屆時年均發電量17.09億千瓦時，以500千伏電壓接入吉林電網。電站樞紐由攔河壩、洩洪消能、引水發電、過魚設施等建築物和保留的三期電站組成。新建大壩為碾壓混凝土重力壩，壩長1068公尺，最大壩高94.5公尺。水庫正常蓄水位263.5公尺，死水位242公尺，總庫容103.77億立方公尺，調節庫容56.72億立方公尺，具有多年調節能力。當時計劃工程總工期78個月（至2019年5月），首台機組發電63個月（至2018年2月）。[12][17]此次重建工程，是全球首例百億庫容、百萬裝機、近百米高的大型水電站的重建工程[1]。業主為國網新源控股有限公司豐滿大壩重建工程建設局[18]；主要承建單位為中國電建水電十六局[19]和水電六局；輔助承建單位為水電一局、水電二局、水電三局和水電八局；監理單位為中國電建北京勘測設計研究院[20]。
2013年開始籌建期工程項目施工；2014年開始主體工程項目施工；2014年10月18日，豐滿水電站全面治理（重建）工程圍堰順利實現合龍。2015年4月24日，新大壩首倉混凝土澆築，新壩進入主體施工階段[21]。2015年7月，豐滿水電站新右岸電廠封頂。2018年10月完成大壩主體混凝土澆築施工。舊豐滿水電站大壩於2018年12月12日開始爆破拆除[15]，涉及到的壩體長度為18公尺、寬度為13.5公尺、高度為4.2公尺。採用的是鬆動爆破方式，即將舊壩目標壩體爆破鬆動然後利用機械進行清理。僅拆除老壩240公尺至267.7公尺這部分壩段，老壩剩餘部分的阻擋使得庫區240公尺以上水體才能進入新壩的壩前區域。至2019年5月20日11時16分，拆除至舊壩後水位241.1公尺處，松花湖水通過拆除的缺口流過舊壩，新建的大壩至此開始承擔蓄水作用[1]。至2019年6月5日，舊壩兩側的水平面達到齊平[22]。
2019年7月13日至16日，新大壩1號水力發電機組進行並順利完成72小時試運轉[23]。2019年9月20日，豐滿水電站首台機組—1號機組正式投產發電，國家電網在豐滿水電站舉行了正式的投產發電大會，宣告豐滿水電站新大壩1號水力發電機組正式投產[24]。11月16日，新大壩2號水力發電機組投產[25]。
根據本間德雄的初步設計，大壩為混凝土重力壩；壩頂高程為266.5公尺，壩高91公尺，底寬61公尺，壩頂長1080公尺，由60個18公尺長的壩段組成。滿水位266公尺，總庫容125億立方公尺，是當時僅次於美國鮑爾德和福特佩克水庫的世界第三大人工湖。設計控制面積4.25萬平方公里，設計多年平均來水量163億立方公尺，平均流量520立方公尺每秒，洪峰流量1.5萬立方公尺每秒。[26]:285
2010年前後，豐滿水電站舊壩最終狀態下參數為：壩長1080公尺，最大壩高91.7公尺，壩頂高程267.7公尺，壩寬9至13.5公尺[13]:184；正常蓄水位263.5公尺，死水位242.0公尺，最大庫容109.88億立方公尺[27]，相應庫容88.49億立方公尺，死庫容26.85億立方公尺，調節庫容61.64億立方公尺[14]；壩體總裝機10台，容量72.25萬千瓦時；多年平均來水量143億立方公尺；壩址控制流域面積4.25萬平方公里，多年平均入庫流量429m3/s；汛期限制水位在2008年降低至257.9公尺；防洪庫容24.57億立方公尺；大壩按防禦500年一遇洪水標準設計，防禦10000年一遇洪水標準校核[28]；左岸設置泄水洞，安裝有2台機組，容量28萬千瓦時；10台機組、11孔溢流門及泄水洞的總泄流量為12258m3/s[29]。
根據2012年的重建計劃，舊壩左岸起第6至43壩段（左邊距離左岸90公尺，長684公尺）將會拆出一個高27.5公尺的豁口，左岸90公尺、右岸306公尺的壩體將整體作為遺址保留[31]。
新的豐滿水電站大壩位於舊壩下游120公尺處。新壩為碾壓混凝土重力壩，設計全長1068公尺，高94.5公尺；水庫正常蓄水位263.5公尺，死水位242公尺，總庫容103.77億立方公尺，調節庫容56.72億立方公尺[12]；壩頂高程269.50公尺；全壩分56個壩段；混凝土總量為276萬立方公尺，其中碾壓及變態混凝土約184.41萬立方公尺[33]；新壩樞紐洩洪能力提高至22767m3/s[15]。
新壩設置過魚設施，設計方案為「升魚機+魚道」方案，由運魚軌道車將魚從下游189.00～194.00公尺處提升至上游庫區252.00～260.00公尺處。但有學者質疑該種設計由於水庫庫區的靜水條件和附近的遊船碼頭可能會對魚類洄游繁殖造成的不利影響[34]。
新壩安裝有6台水力發電機組，均為哈爾濱電機廠生產，單台容量為20萬千瓦。每台水力發電機組分為轉子、定子、轉輪、主軸等部分，轉子主要由中心體、扇形支臂、磁軛、磁極和附件組成，現場拼裝，設計半徑6.66公尺，重量約565噸[35]；定子機座分成6瓣，同樣現場拼裝，外徑18.1公尺，高度1.92公尺，起吊重量363噸[36]；轉輪直徑6.99公尺，高4.1公尺，重量178.5噸，轉輪與水輪機主軸聯軸後總重240噸，一次吊裝[37]。
豐滿水電站在1949年新中國成立時，是中國內地以至亞洲最大的水力發電站，被印在第二套人民幣的5角券上[31]。
流經豐滿水電站發電機組的松花江水，在冬季水溫仍保持在4攝氏度以上，因而松花江吉林市段冬季幾乎不結冰；大量水汽自江面上蒸發出來；而吉林市冬季氣溫可低至零下十餘度，因而水汽迅速凝結至松花江兩岸的樹木枝幹上，形成霧凇。霧凇各地皆有，但以冬季吉林市為最盛。吉林霧凇名列中國四大自然奇觀[31]。
豐滿水電站曾是東北電網的骨幹發電廠。滿洲國時期豐滿水電站聯網發電兩年又五個月，發電12.35億千瓦時；1951年至1960年發電量166億千瓦時。1961年起，由於吉林熱電廠等電廠投產，豐滿水電站的任務逐漸轉為向遼寧、黑龍江輸電以及東北電網電能調節、調相、調峰、調頻等[10]:143-144。1991至2002年間總發電量175.6億千瓦時（含1993年以後以豐滿水電站1、4號機組設置的隆華水電站）[13]:189-190。至2006年，豐滿水電站完全轉為調峰電廠[14]。
豐滿水電站和上下游白山水電站、紅石水庫、永慶反調節水壩聯合調度，使得下游流域對百年一遇級洪水抵抗能力大大增強[13]:201-202。1953年以後，豐滿水庫所在流域洪峰超過7000立方公尺每秒的大洪水總共發生過8次，分別發生於1953年、1957年、1960年、1964年、1971年、1975年、1995年和2010年，水庫削減下游洪峰分別為56.1%、63.8%、79.2%、44.6%、56.9%、76.3%、72%、79%。但遇到來源位於豐滿水電站下游的洪水（如2010年、2017年溫德河流域洪水[40]則無能為力。在2010年7月、8月的松花江超百年一遇的大洪水中，豐滿大壩的最大下泄流量控制在每秒4500立方公尺，有效緩解了下游防洪壓力。
在豐滿水電站建造期間，上游居民8000戶5.2萬餘人被迫遷移。[3]:144
本間德雄設計豐滿水電站時以不淹沒樺甸縣城和蛟河火車站為準，將壩高定為266.5公尺。[26]:284但該設計沒有考慮到回水頂托的影響，若考慮到該影響，樺甸縣城必然被淹沒。因而1943年至1955年期間又人工興建樺甸大堤，作為豐滿水庫的副壩。1995年7月，輝發河暴雨，樺甸大堤幾乎全線漫堤；7月31日大堤決口2處，縣城成為澤國，水深9公尺，死亡13人。[41]
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