Саяно-Шушенская ГЭС — это комплекс гидроэнергетических сооружений, расположенных на реке Енисей на юго-востоке Республики Хакасия в Саянском каньоне у выхода реки в Минусинскую котловину. Главное сооружение Саяно-Шушенской ГЭС — бетонная арочно-гравитационная плотина высотой 245 м и длиной 1074 м, к которой примыкает здание гидроэлектростанции.
Саяно-Шушенский гидроэнергетический комплекс (СШГЭК) включает в себя Саяно-Шушенскую ГЭС, расположенный ниже по течению контррегулирующий Майнский гидроузел (Майнскую ГЭС) и береговой водосброс — сооружение пропускной способностью до 4000 м3/с, предназначенное для пропуска экстремальных паводков и паводков редкой повторяемости.
Плотина ГЭС значительно поднимает уровень воды в реке, образуя водохранилище. В теле плотины имеются специальные водозаборные отверстия, через которые вода по специальным трубам — водоводам, проложенным на «внутренней» грани плотины, поступает к турбинам. Под большим напором она давит на лопасти турбины, заставляя ее вращаться, после чего сбрасывается в русло реки ниже ГЭС. Турбина приводит во вращение генератор, который и вырабатывает электроэнергию, выдаваемую через распределительное устройство в энергосистему.
Проектная, или как ее еще называют, установленная мощность Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6400 МВт — это самая мощная электростанция в России и одна из крупнейших в мире. Для сравнения, 1 МВт достаточно для энергоснабжения примерно 140 обычных квартир с электроплитой, стандартная 10-вагонная электричка потребляет мощность до 4 МВт. После аварии 17 августа 2009 года Саяно-Шушенская ГЭС была полностью выведена из строя и постепенно восстанавливается — один за другим вводятся в строй гидроагрегаты, в результате чего фактическая мощность станции постепенно увеличивается вплоть до проектной. С пуском в 2010 г. гидроагрегатов № 6, 5, 4 и 3 суммарная восстановленная мощность Саяно-Шушенской ГЭС достигла 2560 МВт.
Основной функцией Майнской ГЭС мощностью 321 МВт является выравнивание стока Енисея после Саяно-Шушенской ГЭС (котррегуляция). При изменении режимов работы гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС могут быстро и значительно изменяться расходы в реке ниже ГЭС, а соответственно и уровень реки, что нежелательно по хозяйственным и экологическим соображениям. Водохранилище Майнской ГЭС сглаживает эти колебания, обеспечивая постоянство расходов и уровней воды в Енисее ниже плотины Майнской ГЭС. Попутно, Майнская ГЭС вырабатывает электроэнергию. Организационно и технически, Майнская ГЭС является частью Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса.
Сток реки очень неоднороден в течение года — максимальные расходы воды в половодье могут в десятки раз превышать расходы воды в межень. Накоплением воды в водохранилище во время половодья эта неоднородность сглаживается, однако в некоторые годы притоки воды в половодье и паводки настолько велики, что не могут быть аккумулированы в водохранилище и пропущены через турбины. В этом случае, часть воды приходится сбрасывать вхолостую через водосброс. В годы, когда половодье не очень велико, водосброс не включают.
Установить вместо водосброса дополнительные турбины технически возможно, но с экономической точки зрения это невыгодно, поскольку дополнительные турбины и другое необходимое оборудование, работающее в течение месяца за год, а то и вовсе раз в несколько лет, в разумные сроки не окупятся.
Саяно-Шушенская ГЭС имеет два водосброса — основной эксплуатационный и береговой. Основной эксплуатационный водосброс размещен непосредственно на плотине — вода через 11 отверстий по водоводам и открытым лоткам сбрасывается вниз, после чего ее энергия рассеивается в водобойном колодце. Береговой водосброс расположен отдельно на правом берегу Енисея, состоит из входного оголовка, двух тоннелей и пятиступенчатого перепада. Сооружение может начать пропуск расходов после наполнения водохранилища до отметки 527 м. Только при достижении этой отметки может осуществляться транспортирование воды от входного оголовка по двум безнапорным туннелям к перепадным колодцам.
Строительство берегового водосброса СШГЭС, начавшееся в 2005 г., объясняется желанием минимизировать риск возникновения разрушений в водобойном колодце при пропуске очень больших расходов. Использование берегового водосброса планируется только при прохождении редких паводков высокой интенсивности, а также при необходимости проведения каких-либо работ с сооружениями эксплуатационного водосброса.
Согласно результатам официального расследования, проведенного Ростехнадзором, непосредственной причиной аварии стало усталостное разрушение шпилек, удерживающих крышку турбины гидроагрегата № 2. В результате крышку турбины «сорвало» и вода из шахты гидроагрегата под большим давлением стала поступать в машинный зал.
Разрушение шпилек произошло в результате воздействия вибраций, возникающих в определённых режимах работы турбины. Саяно-Шушенская ГЭС, участвуя в регулировании работы энергосистемы, по команде диспетчеров часто меняла мощность турбин, что приводило к тому, что турбины периодически находились в режимах, не оптимальных для работы, в которых функционирование турбины связано с повышенной вибрацией.
Авария такого типа не была предусмотрена логикой работы автоматики, кроме того, она развивалась очень быстро. В результате, существовавшие системы автоматического управления гидроагрегатом не смогли его остановить и сами были в короткие сроки уничтожены потоком воды.
Повторение такого рода аварии на Саяно-Шушенской ГЭС исключено. Восстанавливаемые гидроагрегаты оснащены большим количеством датчиков, контролирующих их состояние. При выходе контролируемых параметров за предельные величины агрегат автоматически останавливается, а доступ воды к нему перекрывается затворами. Проводится периодический контроль состояния шпилек. Станция исключена из процесса регулирования энергосистемы и ее агрегаты работают в наиболее оптимальном режиме, без значительных вибраций. Предпринятые после аварии меры исключают полное обесточивание станции. Установленные дополнительные дизельные электрогенераторы, автоматически запускаются при исчезновении основного питания, с чем бы это ни было связано. При необходимости вырабатываемая ими энергия будет использоваться для автоматического закрытия затворов на гребне плотины, что приведет к прекращению подачи воды к турбинам.
Это утверждение неверно. Саяно-Шушенская ГЭС в принципе не могла работать на полную мощность, поскольку из-за ограниченной пропускной способности линий электропередач максимальная выдаваемая ей мощность составляет 4400 МВт, при том, что установленная мощность станции составляет 6400 МВт, то есть в самых благоприятных условиях ГЭС может быть загружена лишь на 69% от своих возможностей. Кроме того, количество вырабатываемой ГЭС электроэнергии зависит не от желаний собственника, а от количества поступающей в водохранилище ГЭС воды, то есть от климатических особенностей конкретного года. В 2009 году на Енисее наблюдалось многоводье, соответственно выработка Саяно-Шушенской ГЭС превышала среднемноголетние значения. Кроме того, уровень загрузки станции не определяется компанией, за это отвечает специальная организация — «Системный оператор», которая контролирует состояние всей энергосистемы страны. Включение или выключение гидроагрегатов, в том числе Саяно-Шушенской ГЭС, осуществляется только по команде специалистов этой организации.
Работы по восстановлению Саяно-Шушенской ГЭС включают в себя не только устранение последствий аварии, но и комплексную реконструкцию ГЭС.
Первый этап восстановления ГЭС включал в себя разбор завалов в машинном зале и восстановление здания ГЭС. Этот этап был завершен к концу 2009 года.
На втором этапе, в течение 2010 года были восстановлены и пущены четыре наименее пострадавших гидроагрегата под станционными номерами 6, 5, 4 и 3. На третьем этапе, в 2011-2013 году на СШГЭС будут установлены шесть абсолютно новых гидроагрегатов, изготовление которых в настоящий момент ведется концерном «Силовые машины». На завершающем этапе реконструкции в 2013—2014 году на новые будут также заменены четыре гидроагрегата, восстановленные в 2010 году. Кроме замены гидроагрегатов, планируется провести ряд иных работ, например, заменить распределительное устройство ГЭС, автоматизировать работу контрольно-измерительной аппаратуры и т.п. В итоге СШГЭС будет полностью оснащена абсолютно новым и современным оборудованием, обладающим улучшенными рабочим характеристиками и соответствующим всем требованиям надежности и безопасности.
Ускоренное восстановление четырех гидроагрегатов необходимо для обеспечения безопасности станции, в частности для повышения пропускной способности ГЭС и недопущения работы эксплуатационного водосброса в зимнее время, приводящего к обледенению конструкций ГЭС. Кроме того, оперативное восстановление части мощностей позволило выработать дополнительную энергию, частично компенсировав дефицит энергии в регионе и повысив надежность энергосистемы России в целом.
По условиям контракта, заключенного ОАО «Силовые машины» и ОАО «РусГидро» в 2009 году, предприятия энергомашиностроительного концерна в 2011 году должны изготовить гидросиловое оборудование для пяти гидроагрегатов восстанавливаемой станции, в 2012 году — для четырех гидроагрегатов, и в 2013 году — для одного гидроагрегата. Другое оборудование, необходимое для восстановления станции, поставляют как отечественные, так и лучшие иностранные производители.
После аварии, когда все гидроагрегаты Саяно-Шушенской ГЭС были выведены из строя, пропуск воды в нижний бьеф пришлось осуществлять через эксплуатационный водосброс открытым способом (до аварии эксплуатационный водосброс открывали только в период весеннего половодья и, при необходимости, для прохождения обильных летне-осенних дождевых паводков). Зимой 2009—2010 гг. в результате работы эксплуатационного водосброса образовывалось облако водяной пыли, которая оседала на конструкциях водосброса и вызывала обледенение некоторых элементов плотины. Несмотря на то, что такой режим работы водосброса не был предусмотрен проектом, существенного ущерба сооружениям ГЭС обледенение не нанесло.
После возвращения в строй в 2010 г. четырех гидроагрегатов пропуск воды через СШГЭС осуществляется в штатном режиме — через водопропускные тракты работающих гидроагрегатов. Эксплуатационный водосброс СШГЭС не работает с октября 2010 г., и в зимнее время открывать его не планируется, что исключает образование водяной пыли и, соответственно, обледенения.
Плотина Саяно-Шушенской ГЭС имеет арочно-гравитационную конструкцию — ее устойчивость обеспечивается как за счет массы плотины, так и за счет ее упора в берега. Плотины такого типа давно известны, их надежность не вызывает сомнений — так, аналогичного типа плотина Гувера высотой 221 метр на реке Колорадо в США эксплуатируется более 70 лет без существенных проблем.
Для того чтобы убедиться в безопасности плотины, сразу после аварии было проведено детальное обследование сооружения. По его результатам никаких повреждений плотины не обнаружено. По данным натурных наблюдений, выполненных после аварии по всему объему установленной в теле плотины контрольно-измерительной аппаратуры, изменений в показаниях, не адекватных внешним нагрузкам и воздействиям, не было установлено. Арочно-гравитационная плотина Саяно-Шушенской ГЭС после аварии находилась и в настоящее время находится в работоспособном состоянии — это категория технического состояния, при которой гидротехническое сооружение, его состояние и строительные конструкции удовлетворяют требованиям обеспечения технологических процессов и безопасной эксплуатации. Контрольные показатели системы «плотина-основание» СШГЭС остаются существенно ниже предупреждающих критериев безопасности К1 — предельных значений количественных и качественных показателей состояния гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации, утвержденных в установленном порядке федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими государственный надзор за безопасностью гидротехнических сооружений (ГТС).
Контроль за работой ГТС СШГЭС посредством инструментальных и визуальных наблюдений осуществляет Служба мониторинга гидротехнических сооружений (СМ ГТС). Наблюдения ведутся по более чем 11 000 точкам контроля, расположенным на ГТС СШГЭС и прилегающих территориях, в том числе с помощью 6000 датчиков дистанционной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), заложенных в тело плотины в период ее строительства. Основные виды натурных наблюдений, по которым осуществляется оценка состояния сооружения, это наблюдения за фильтрационным режимом, а также геодезические наблюдения и тензометрические измерения по установленным в теле плотины датчикам. Вся полученная по результатам инструментальных и визуальных наблюдений информация поступает техническим руководителям станции, которые также отслеживают ситуацию и вместе со специалистами СМГТС принимают решения об изменении, при необходимости, уровневых режимов. Преимущества такой работы — в оперативности, а комплексный контроль обеспечивает эксплуатационную надежность плотины.
Для ведения непрерывных наблюдений за сейсмической обстановкой в районе гидроузла в 1990 году введена в работу сейсмологическая станция в поселке Черемушки, где по договору с СШГЭС Геофизическая служба Сибирского отделения Российской академии наук г. Новосибирска ведет непрерывный мониторинг сейсмической обстановки в районе гидроузла. На плотине с начала ее эксплуатации установлены автоматизированные системы сейсмологического и сейсмометрического контроля, контролирующие состояние отдельных элементов и сооружения в целом.
Полученная информация о сейсмологических событиях, а также буровзрывных работах, проводимых вблизи ГЭС, обрабатывается. Результаты анализируются, составляются отчеты, на основе которых разрабатываются рекомендации. Это дает возможность не только констатировать, а прогнозировать и оперативно корректировать гидростатическую нагрузку на сооружение, а значит, предотвращать негативные явления в системе «плотина-основание» СШГЭС.
Плотина СШГЭС спроектирована таким образом, что способна выдержать землетрясение силой 8 баллов по шкале Рихтера. То есть при таком землетрясении она не разрушится и будет нести нагрузку. За все время эксплуатации сооружения не единожды переживало различные сейсмологические события (землетрясения), наиболее сильное — 4 балла по шкале Рихтера (Алтайское землетрясение) — наблюдалось в октябре 2003 года. Результаты наблюдений свидетельствуют, что данное землетрясение никак не отразилось на состоянии плотины, она его просто не почувствовала.
Трещины образуются в любой бетонной плотине, это вполне обычное явление. В плотине Саяно-Шушенской ГЭС имело место образование трещин в нижней части плотины в слое бетона, обращенном в сторону водохранилища. Образование данных трещин привело к повышению фильтрации воды через бетон, что потребовало проведения мероприятий по заделке трещин. Такие работы, включающие в себя заполнение трещин специальными эпоксидными смолами, были проведены 1995—1996 годах французской фирмой «Солетанш» и показали отличные результаты — образование новых трещин прекратилось, фильтрация воды была подавлена.
Возникновение вибраций при работе водосброса закономерно и связано с огромной мощностью, развиваемой сбрасываемым потоком воды. Однако, как показали расчеты и результаты наблюдений, данные вибрации не представляют опасности для плотины, поскольку размах колебаний при вибрациях составляет десятые-сотые доли миллиметра, а создаваемые ими в теле плотины напряжения столь малы, что находятся в пределах погрешности измерений.
Сооружения Саяно-Шушенской ГЭС спроектированы исходя из параметров паводка, повторяемость которого реже, чем 1 раз в 10000 лет. При прохождении такого мощного паводка часть воды будет накапливаться в водохранилище, часть — пропускаться через турбины, а остальная сбрасываться через водосбросы (эксплуатационный и береговой). Суммарная пропускная способность СШГЭС составляет (вместе с береговым водосбросом) более 17300 м3/сек, кроме того, приток объемом порядка 10000 м3/сек аккумулируется в водохранилище. Максимальный расход воды в Енисее в районе расположения Саяно-Шушенской ГЭС отмечался в 1916 году и составлял 12900 м3/сек.
Действительно, на этапе строительства Саяно-Шушенской ГЭС дважды, в 1985 и 1988 годах, при пропуске половодья наблюдались серьезные разрушения в водобойном колодце станции. В ходе ремонта, конструкция водобойного колодца была усилена, и при последующей эксплуатации ГЭС существенных его повреждений не отмечалось. В частности, после непрерывной работы эксплуатационного водосброса в течение более чем года — с августа 2009 по октябрь 2010 года — разрушений в водобойном колодце обнаружено не было. Согласно проведенным расчетам и модельным испытаниям, через эксплуатационный водосброс без риска возникновения разрушений в водобойном колодце могут быть пропущены расходы воды до 7500 м3/сек (из 11200 м3/сек возможных).
Ежегодные поступления в бюджет Хакасии налогов непосредственно от Саяно-Шушенской ГЭС составляют более миллиарда рублей. К этой цифре необходимо добавить налоги, выплачиваемые энергоемкими производствами, появившимися на территории республики вследствие строительства ГЭС, в частности алюминиевыми заводами. Тысячи человек получили рабочие места на самой ГЭС и связанных с ней производствах. Само возникновение и существование города Саяногорск и поселка Черемушки напрямую связано с ГЭС.
Это неверно. Восстановление Саяно-Шушенской ГЭС осуществляется за счет средств, заложенных в инвестиционную программу ОАО «РусГидро». Повышение цен на электроэнергию для населения осуществляется ежегодно, авария на Саяно-Шушенской ГЭС не повлияла на размеры этого повышения. Средства федерального бюджета на восстановление Саяно-Шушенской ГЭС не выделяются, бюджет финансирует только строительство берегового водосброса станции, начатое еще в 2005 году.
ПАО РусГидро
