Безопасность ГЭС Сибири

Мощь гидросооружений впечатляет. Но она может быть и опасной
Фото Reuters

Значительная часть крупных ГЭС России расположена в суровых по природным условиям регионах, в зоне многолетнемерзлых пород (ММП). Это Вилюйская, Хантайская, Колымская, Курейская, Зейская, Мамаканская ГЭС, а на юге криогенных областей – крупнейшие гидроузлы Ангаро-Енисейского каскада. Функционирует также целая сеть небольших искусственных водоемов, образуемых плотинами. Все перечисленные гидросооружения активно эксплуатируются и являются надежными источниками водо-, электро- и теплоснабжения.

Плотины ГЭС и водохранилища являются одними из наиболее крупных инженерных сооружений в зоне многолетнемерзлых пород и активно с ними взаимодействуют. Около половины аварий на гидроузлах происходит в зоне ММП вследствие неучета криогенных процессов в теле плотин, их основаниях и в районах примыкания. Главными факторами развития таликов в районе гидроузлов, деградации мерзлоты и создания аварийных ситуаций является влияние водных масс водохранилищ, изменение гидрогеологических условий в основании плотин и на прилегающих участках, изменений микроклимата и условий теплообмена, физико-технических свойств мерзлых пород и др. Все это приводит к развитию на берегах водохранилищ термокарста, термоэрозии, солифлюкции, изменению наледеобразования. За счет просадок дна при оттаивании мерзлых пород происходит увеличение объемов водохранилищ на 15% и более, осложняет условия эксплуатации водохранилищ, снижает выработку энергии. Термопросадки наблюдались и у Вилюйского гидроузла: в первые четыре года многолетнемерзлые породы протаяли под плотиной, где ощущалось наибольшее воздействие на ММП, на глубину в 9 м, в остальные годы – на 6–9 м, а наибольшая величина протаивания достигала 14 м.

Катастрофическими могут быть в условиях сурового климата последствия зимней сработки уровней и обнажения значительных площадей мелководий в хвостовой части водохранилищ – мест зимовки, нагула и нереста рыб. Эти обстоятельства ухудшают условия жизни водных животных, лишающихся свободного выхода в воду подо льдом. Кроме того, значительная зимняя сработка, например, Зейского водохранилища способствует морозным деформациям мелководий, промерзает до 65% площади наиболее продуктивных мелководий Хантайского водохранилища – места нагула и нереста сиговых рыб.

Авария, связанная с недооценкой геологических условий и дефектами строительства, явилась причиной прорыва плотины Курейской ГЭС. Недостаточная изученность геологического строения, пород и их свойств привела к затоплению деривационного туннеля Ингурской ГЭС (не были учтены карстовые проявления слоистых известняков). Плохо выполненная гидроизоляция стала причиной фильтрации в деривационном туннеле Храмской ГЭС, дефекты в зоне сопряжения грунтовой плотины с основанием у Кривопорожской ГЭС в Карелии и, наконец, проявления фильтрации в плотине Саяно-Шушенской ГЭС.

В некоторых случаях возможные чрезвычайные ситуации (ЧС), в том числе неготовность ГЭС работать в нештатных или аварийных ситуациях, были «заложены» в проект. Так, на многих гидроузлах России и стран бывшего СССР из-за отсутствия глубинных водосбросов невозможна глубокая сработка водохранилищ в случае экстренной необходимости. Это заставляет прибегать к рискованным решениям, как было, например, при необходимости глубокой сработки Токтогульского водохранилища. А именно, раскрывать с помощью взрыва уже заделанные отверстия временных водосбросов строительного периода.

Важным последствием прогнозируемого роста стока рек России в связи с глобальным потеплением климата является увеличение выработки электроэнергии ГЭС. О масштабах увеличения производительности ГЭС можно судить по наблюдающимся изменениям соотношения стока и выработки в современных условиях. Так, в январе–феврале 2007 года объем производства электроэнергии в России составил 185 млрд. кВт-ч, что оказалось на 2,1% ниже аналогичного периода 2006 года. Причем в это время снизилась выработка на АЭС на 3,9% и ТЭС – на 3,4%, а на ГЭС увеличилась на 18,4%, что связано с аномальными погодными условиями на всей территории страны и с увеличением в последнем случае притока воды в водохранилища. На Волжско-Камском каскаде (на водохранилищах Иваньковском, Угличском, Рыбинском, Горьковском, Чебоксарском и Жигулевском) приток был наибольшим за всю историю наблюдений – в январе 2007 года 19,5 куб. км при норме 7,1 куб. км, в феврале 12,8 куб. км. Количество поступившей воды в водохранилища каскада было сопоставимо с весенними паводочными расходами, что вызвало зимние попуски и наводнения, открытие донных водосбросов у большинства водохранилищ для освобождения места для весеннего половодья.

На востоке страны приток воды к водохранилищам также превысил норму: у Саяно-Шушенской ГЭС – на 40%, Новосибирской ГЭС – на 20%, Бурейской ГЭС – на 70%. За счет повышенной водности рек ГЭС выработали более высокие объемы электроэнергии. В январе–феврале выработка на Волжско-Камском каскаде была на 60% выше плановых показателей, а в целом для всех станций, контролируемых ОАО «Гидро ОГК», – на 24% выше плана. На Саратовской ГЭС выработка в феврале 2007 года была наивысшей за всю 40-летнюю историю ее эксплуатации.

Рассмотренные ЧС, связанные с созданием плотин и водохранилищ, приурочены в значительной степени к периодам многоводных лет или сезонов. Но маловодные периоды оказывают нередко не меньшее влияние на функционирование гидротехнических систем. Роль маловодья в создании ЧС наиболее остро проявилась в Сибири в 1976–1982 годах, а также в 1982–1984 маловодных годах, когда происходили нарушения нормального электроснабжения на значительных территориях. Электроснабжение на многих промышленных предприятиях ограничивалось в связи с этим постановлениями Совмина СССР.

Главная причина сложившейся ситуации – в длительном маловодье, охватившем верхние участки бассейнов рек Енисея и Ангары и бассейн Байкала, начавшемся в зимнюю межень 1975–1976 годов и длившемся до весеннего половодья 1982 года. Экономические ущербы вследствие маловодья были весьма существенны. На всех водохранилищах Ангаро-Енисейского каскада были снижены санитарные и судоходные попуски, на Братском водохранилище в межень нарушена работа всех водозаборов, ограничились сроки судоходства, из-за снижения выработки энергии остановился ряд предприятий или работал с недогрузкой, произошел размыв сложившегося профиля равновесия береговой зоны водохранилищ.

В маловодные годы, так же как на Ангаре, был введен в эксплуатацию еще ряд водохранилищ – Верхнее-Волжские, Бухтарминское, Вилюйское, что намного снизило их энергоэффективность в период заполнения водоемов и некоторые последующие годы.

Критическая ситуация со снабжением потребителей электроэнергией и водой явилась следствием крена в Сибири в сторону гидроэнергетики, что обусловило нерациональную структуру генерирующих мощностей и привело в период маловодья к лимитированию использования электроэнергии потребителями или даже ее отключению. И, наоборот, в последующие многоводные годы производились «холостые» сбросы воды, вызвавшие недовыработку миллиардов кВт-ч электроэнергии, то есть большие экономические потери.

Необходима разработка нескольких «сценариев» прогноза ЧС и последствий, учитывающих внутривековые колебания водности рек и изменения в связи с глобальными изменениями климата. Опыт эксплуатации ГЭС в различных странах свидетельствует о том, что полностью исключить ЧС на гидроузлах невозможно, но необходимо свести их к минимуму с помощью серии мероприятий, прежде всего путем осуществления прогноза возможных бедствий. С целью прогноза ЧС необходим непрерывный мониторинг, включающий:

– не только наблюдения за работой оборудования, но и контроль за правильностью действий эксплуатационного персонала, так как инструкции не всегда строго их регламентируют. В связи с этим важны квалификация персонала и его способность к принятию решений и грамотным действиям в условиях ЧС;

– прогноз и заблаговременное предупреждение ЧС позволяют (при проведении соответствующих мероприятий) не допустить развития неблагоприятных ситуаций и снизить тяжесть последствий. Так, использование только гидрометеорологических прогнозов позволяет сократить экономические потери от ЧС различного характера на 40%;

– необходимо соблюдение требований к обеспечению безопасности всех элементов ГЭС как при их проектировании, так и при эксплуатации, особенно у гидроэлектростанций, работающих в изолированных системах;

– использование эффективных механизмов предотвращения ЧС на гидроузлах и обеспечения их безопасности представляет собой существенный аспект проблемы национальной безопасности Российской Федерации.