Оковы для воды: Гидроэлектростанции — плюсы и минусы

На волне интереса к возобновляемым источникам энергии в мире то тут, то там возводятся плотины гидроэлектростанций. некоторые из них поражают воображение своей грандиозностью. Но, отдавая должное смелым инженерным решениям, следует помнить, что удерживаемые плотинами огромные массы воды таят в себе страшную разрушительную мощь
15
36704
  • Считаясь одним из экологически чистых способов производства энергии, гидроэнергетика оказывает при этом серьезное воздействие на природу. И у этого воздействия есть как положительные, так и отрицательные стороны. На фото — плотина Чиркейской ГЭС в Дагестане
    Считаясь одним из экологически чистых способов производства энергии, гидроэнергетика оказывает при этом серьезное воздействие на природу. И у этого воздействия есть как положительные, так и отрицательные стороны. На фото — плотина Чиркейской ГЭС в Дагестане
  • Ингури ГЭС Плотина на грузинской реке Ингури может считаться гордостью советской гидроэнергетики: это самая высокая в мире бетонная плотина арочного типа. Ее высота составляет 272 м. Строительство плотины было начато еще в 1961 году, а полностью завершено лишь в 1987-м. В настоящее время Ингури ГЭС поделена между Грузией и недавно признанной Россией Абхазией, которой принадлежит 40% вырабатываемой энергии
    Ингури ГЭС Плотина на грузинской реке Ингури может считаться гордостью советской гидроэнергетики: это самая высокая в мире бетонная плотина арочного типа. Ее высота составляет 272 м. Строительство плотины было начато еще в 1961 году, а полностью завершено лишь в 1987-м. В настоящее время Ингури ГЭС поделена между Грузией и недавно признанной Россией Абхазией, которой принадлежит 40% вырабатываемой энергии
  • Зейская ГЭС Плотина, воздвигнутая на реке Зея в Амурской области (1965−1980), относится к уникальному для России массивно-контрфорсному типу. Она разделила реку на два не связанных друг с другом бьефа — конструкцией не предусмотрены ни шлюзы, ни рыбоподъемники. Водохранилище имеет большое противопаводковое значение.
    Зейская ГЭС Плотина, воздвигнутая на реке Зея в Амурской области (1965−1980), относится к уникальному для России массивно-контрфорсному типу. Она разделила реку на два не связанных друг с другом бьефа — конструкцией не предусмотрены ни шлюзы, ни рыбоподъемники. Водохранилище имеет большое противопаводковое значение.
  • Бурейская ГЭС Возводится на реке Бурея в Амурской области. Строительство этой ГЭС началось еще в 1978 году, однако работы на ней продолжаются и по сей день. С конца 1980-х до конца 1990-х годов строительство было фактически законсервировано. Проектом на станции предусмотрено шесть гидроагрегатов, из которых два уже введены в строй, а третий должен заработать в этом году. Плотина относится к гравитационному типу и имеет длину 736 м при высоте 140 м. Водохранилищем затоплены значительные участки леса, в основном в Хабаровском крае
    Бурейская ГЭС Возводится на реке Бурея в Амурской области. Строительство этой ГЭС началось еще в 1978 году, однако работы на ней продолжаются и по сей день. С конца 1980-х до конца 1990-х годов строительство было фактически законсервировано. Проектом на станции предусмотрено шесть гидроагрегатов, из которых два уже введены в строй, а третий должен заработать в этом году. Плотина относится к гравитационному типу и имеет длину 736 м при высоте 140 м. Водохранилищем затоплены значительные участки леса, в основном в Хабаровском крае
  • Америка: плотина Гувера Названная в честь президента Герберта Гувера самая высокая в США плотина гравитационно-арочного типа перекрыла реку Колорадо в 1936 году. Цели строительства — гидроэнергетика, орошение полей, улучшение условий судоходства, борьба с наводнениями
    Америка: плотина Гувера Названная в честь президента Герберта Гувера самая высокая в США плотина гравитационно-арочного типа перекрыла реку Колорадо в 1936 году. Цели строительства — гидроэнергетика, орошение полей, улучшение условий судоходства, борьба с наводнениями
  • Америка: Панамский канал Одно из самых известных гидросооружений в мире — Панамский канал (завершен в 1914 году). Суда проводят через шлюзы канала с помощью локомотивов-буксиров, которые движутся по зубчатым рельсам, проложенным вдоль шлюза
    Америка: Панамский канал Одно из самых известных гидросооружений в мире — Панамский канал (завершен в 1914 году). Суда проводят через шлюзы канала с помощью локомотивов-буксиров, которые движутся по зубчатым рельсам, проложенным вдоль шлюза
  • Америка: «дыра славы» Арочная плотина Monticello Dam, перекрывающая калифорнийскую речку Пьюта-Крик, ничем особо не знаменита, кроме «дыры славы». Такое странное название носит нерегулируемый водослив, выполненный в виде бетонной воронки. Когда уровень в водохранилище Берриесса превышает проектный, вода переливается через края воронки, создавая красивое, но немного жутковатое зрелище
    Америка: «дыра славы» Арочная плотина Monticello Dam, перекрывающая калифорнийскую речку Пьюта-Крик, ничем особо не знаменита, кроме «дыры славы». Такое странное название носит нерегулируемый водослив, выполненный в виде бетонной воронки. Когда уровень в водохранилище Берриесса превышает проектный, вода переливается через края воронки, создавая красивое, но немного жутковатое зрелище
  • Парад гигантов: ГЭС «Итайпу» Одна из крупнейших в мире плотин перегородила реку Парана вблизи бразильско-парагвайской границы. Для строительства плотины, сделанной из земли, камня и бетона, в скалах был пробит 150-метровый канал, по которому воду реки отвели в строну от русла. После высыхания русла в выбранном створе в 1979 году началось возведение плотины. Ее общая длина составляет 7235 м.
    Парад гигантов: ГЭС «Итайпу» Одна из крупнейших в мире плотин перегородила реку Парана вблизи бразильско-парагвайской границы. Для строительства плотины, сделанной из земли, камня и бетона, в скалах был пробит 150-метровый канал, по которому воду реки отвели в строну от русла. После высыхания русла в выбранном створе в 1979 году началось возведение плотины. Ее общая длина составляет 7235 м.

Строго говоря, строительство плотин и дамб не обязательно имеет отношение к гидроэнергетике. Московские плотины просто поднимают уровень некогда почти обмелевшей реки, а, например, Краснодарское водохранилище на реке Кубань создано для нужд ирригации. Но все же подавляющее большинство крупных гидросооружений в России связано с энергетической отраслью. Со времен утверждения в 1921 году IX Всероссийским съездом Советов плана ГОЭЛРО наша страна активно использует энергию малых и великих рек.

Коварное дно

Если не вдаваться в подробности классификации, плотины электростанций делятся в основном на гравитационные и арочные. Гравитационная плотина — как правило, имеющая треугольное поперечное сечение — строится из грунта, камня или бетонных блоков. Из самого термина «гравитационная» видно, что такая плотина удерживает массу воды за счет своей тяжести, — течение реки не в силах сдвинуть эту громадину с места, и вода начинает подниматься. Арочные плотины используются в горной местности. За счет своей формы (по сути это фрагмент купола, выгнутого в сторону напирающей воды) такая плотина передает нагрузку на борта каньона. Арочная плотина сложнее в строительстве, но экономичнее в смысле расхода материалов. При высоте 100 м гравитационная плотина должна иметь основание шириной 70−80 м, а у арочной плотины такой же высоты ширина основания составит всего около 5 м. Есть также плотины смешанного гравитационно-арочного типа (пример — плотина крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС) и контрфорсного типа. Читать далее

Чтобы плотина выполняла свою задачу и не преподносила неприятных сюрпризов, требуется тщательное геологическое исследование створов реки в месте, где предполагается строительство ГЭС. История знает случаи, когда плотину ставили на дно, в котором находились карстовые полости. После наполнения водохранилища вода просачивалась в эти полости, а затем находила выход в нижнем бьефе. Водохранилище начинало сливаться, и, чтобы не допустить этого, в карстовые пустоты пришлось закачивать бетон, объем которого был примерно равен объему самой плотины.

Идеальным для строительства плотины является скальное дно, менее предпочтительна скользкая глинистая почва. В последнем случае при недостаточном весе плотины она может просто «уехать» по течению.

Вода дырочку найдет

Плотина ГЭС — структурно сложное сооружение. В ее состав входят глухие плотины — через гребень которых вода не переливается (или, во всяком случае, не должна переливаться); станционные плотины, через которые вода из водохранилища поступает в камеры с турбинами, вращающими валы электрогенераторов; и водосливные плотины, через которые сбрасывается вода для регулирования уровня воды в верхнем бьефе (в водохранилище).

Система водосброса — один из ключевых элементов гидроузла. Уровень воды в перекрытой плотиной реке может значительно колебаться в зависимости от времени года и климатических факторов, таких как таяние снега и льда в верховьях или ливневые дожди. Неконтролируемый сброс воды из верхнего бьефа может привести к разрушению всей конструкции.

Пожалуй, большинство драматических событий, связанных с разрушением плотин, вызвано именно переполнением верхнего бьефа из-за попадания туда большого количества талых или ливневых вод. Последний подобный случай произошел в марте этого года в Индонезии, когда построенная еще голландскими колониальными властями в 1933 году дамба не выдержала натиска тропических ливней. Вырвавшаяся на свободу вода стала причиной гибели около ста человек. Одна из самых масштабных аварий на гидротехнических сооружениях произошла в США в 1976 году. Сначала в земляной дамбе, перекрывавшей реку Тетон (штат Айдахо), появилась небольшая течь. Поначалу на нее не обратили особого внимания, затем, когда течь стала заметнее, ее попытались ликвидировать с помощью строительной техники. В конце концов бульдозеры пришлось бросить, чтобы спасти человеческие жизни. Прорвав наконец земляную плотину, вода размыла ее за считаные минуты.

Хищные моря

Водохранилища — пожалуй, главная «ахиллесова пята» гидроэнергетики. И именно вокруг них ведутся непрекращающиеся дискуссии между энергетиками и экологами. Очевидно, что появившиеся в результате строительства гидроузлов искусственные «моря» нельзя считать лишь неизбежным злом. Водохранилища имеют большое значение для организации судоходства и рыбопромысла, служат резервуарами питьевой воды и выполняют рекреационную функцию (как, например, каскад водохранилищ водораздельного бьефа канала им. Москвы). Часто они помогают решить проблемы паводковых наводнений в районах, лежащих ниже по течению перекрытой реки. Однако цена этому — превращение суши в дно, серьезные перемены в экологической ситуации и даже изменения климата. Нередко затапливаются леса и анаэробное гниение на отмелях больших масс растительной органики приводит к выбросу в атмосферу метана — одного из «парниковых газов». Этот факт несколько портит имидж гидроэнергетики как альтернативы сжиганию ископаемого топлива.

Дитя первых пятилеток — гигантское Рыбинское водохранилище — поглотило, как известно, огромную издревле населенную территорию в самом центре Европейской России. «Море» заполнило собой Молго-Шекснинскую низменность, образовавшуюся в результате таяния ледника. Под водой оказались сотни сел и целый город Молога, церкви, монастыри, кладбища и даже три сотни жителей, не пожелавших покинуть свою «малую родину». «Лес рубят — щепки летят» — таков был один из основополагающих принципов сталинской политики. В более гуманные времена, при строительстве других водохранилищ Волжского каскада, рукотворным морям уже не давали разливаться бесконтрольно, отдавая их береговую линию на откуп рельефу. Однако единственный способ остановить разлив воды — обваловка, то есть сооружение по установленным границам водохранилища земляных дамб. На практике это означает, что находящиеся рядом с дамбой дома, дороги или промышленные объекты оказываются ниже уровня водоема и обеспечение их безопасности становится отдельной проблемой. Речь идет не только о поддержании дамб в исправном техническом состоянии, но и об ограждении этих гидросооружений от, так сказать, человеческого фактора. Сейчас вдоль дамб некоторых водохранилищ Волжского каскада ведется милицейское патрулирование и возводятся заборы.

Плотина и вечность

Нельзя забывать и еще об одной проблеме, связанной с появлением водохранилищ. Под давлением огромной массы влага просачивается в окружающий грунт, поднимая уровень грунтовых вод. Иногда этим можно воспользоваться: например, в районах, где регулярно пересыхают колодцы, запруживание местной речки поможет их наполнить. Однако, когда речь идет о макромасштабах, подъем грунтовых вод приводит к заболачиванию обширных территорий и другим малоприятным последствиям. В частности, одним из аргументов экологов, выступающих против строительства Эвенкийской ГЭС на реке Нижняя Тунгуска, является вероятная инфильтрация воды в полости, оставшиеся от проводившихся в этом районе подземных ядерных взрывов. В этом случае может возникнуть опасность попадания радиоактивных материалов в Нижнюю Тунгуску и Енисей. Создание водохранилищ также может привести к затоплению подземных коммуникаций, подвалов зданий и шахт на прилегающей территории. Разумеется, при проектировании гидроузлов подобные побочные эффекты стараются просчитывать, однако действие водной стихии не может быть предсказуемым на все 100%.

У крупных гидросоружений есть одна уникальная особенность. В отличие от шахты или карьера, их нельзя забросить, отдать на произвол сил природы. Либо плотину надо вечно поддерживать в рабочем состоянии (что практически вряд ли выполнимо), либо по истечении определенного срока гидроузел должен быть демонтирован, а водохранилище слито или превращено в замкнутый водоем. Только так можно избежать катастрофических последствий стихийного разрушения. В этом, кстати, просматриваются общие черты атомной энергетики и гидроэнергетики. Стоимость вывода из эксплуатации АЭС сравнима с затратами на ее постройку. То же самое касается и гидроэлектростанций. Сооруженные в СССР плотины ГЭС рассчитаны на работу в течение ста лет. С одной стороны, век — это немало, но с другой — некоторые гидроэлектростанции, например Жигулевская ГЭС на Волге, уже выработали около половины срока, а то и больше. Таким образом, вопрос о том, что делать с отработавшими свое гидросооружениями и во сколько обойдется их демонтаж или капитальная реконструкция, встанет уже перед ныне живущими поколениями.

Очевидно, что работа с огромными массами воды требует грамотных инженерных решений, технологической дисциплины и ответственности. К счастью, у нас в России — в стране, где ГЭС вносят огромный вклад в энергетическое хозяйство, — есть и технологии, и высококлассные специалисты, способные развивать гидроэнергетику на принципах эффективности, экологичности и безопасности.

Саяно-Шушенская ГЭС: Роccия — богатые традиции

  • Самая мощная в России электростанция и один из крупнейших в мире гидроузлов. Длина плотины — 1066 м, высота — 245 м.
    Саяно-Шушенская ГЭС
    Самая мощная в России электростанция и один из крупнейших в мире гидроузлов. Длина плотины — 1066 м, высота — 245 м.
  • Для строительства ГЭС Енисей перекрыли бетонной плотиной гравитационно-арочного типа, которая частично передает нагрузку на скалистые борта каньона
    Для строительства ГЭС Енисей перекрыли бетонной плотиной гравитационно-арочного типа, которая частично передает нагрузку на скалистые борта каньона
  • Мощность ГЭС равняется 6400 МВт, на станции работает десять гидроагрегатов. Сезонные перепады уровня Енисейского моря — образовавшегося за плотиной водохранилища — составляют до 40 м
    Мощность ГЭС равняется 6400 МВт, на станции работает десять гидроагрегатов. Сезонные перепады уровня Енисейского моря — образовавшегося за плотиной водохранилища — составляют до 40 м

Наличие в нашей стране больших полноводных равнинных рек определило стиль отечественной гидроэнергетики. Чаще всего при строительстве ГЭС реки перекрывались большими грунтовыми гравитационными или арочно-гравитационными плотинами. В южных гористых районах использовались арочные конструкции.

Вода против бетона

Главным бичом этого гидроэнергетического гиганта стали мощные паводки, в результате которых происходил неконтролируемый сброс воды из верхнего бьефа. Такие аварии случались в 1979, 1985 и 1988 годах. Падающие с высоты 220 м огромные массы воды разрушали стены и дно водобойного колодца — специальной ванны, в которой энергия сбрасываемой воды должна гаситься. За разрушением водобойного колодца могло последовать и разрушение самой плотины, что — учитывая масштабы гидроузла — привело бы к катастрофическим последствиям. Чтобы избежать таких аварий в будущем, на Саяно-Шушенской ГЭС строятся дополнительные береговые водосбросы в виде тоннелей.

Китай три ущелья

Строящаяся в Китае ГЭС «Три ущелья» — самый крупный гидроузел в мире. Главное назначение этого монстра — вклад в диверсификацию источников энергии для бурно развивающейся китайской экономики, а также защита от катастрофических наводнений на реке Янцзы. Однако цена реализации этого проекта весьма высока: около миллиона человек переселяются к новому месту жительства, а под водой оказались не только города и деревни, но и археологические памятники. Кроме того, строительство привело к исчезновению обитавшего в Янцзы уникального пресноводного дельфина. В наши дни Китай является мировым лидером в области строительства объектов гидроэнергетики.

Комментарии

15 комментариев