Чему нас научили энергоколлапсы

Последствия катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году. Фото Reuters

Дыхание приближающейся зимы бросает в дрожь не так давно вполне благополучный западный мир. Учесть бесценный отрицательный опыт, накопленный минувшей зимой поклонниками зеленой энергетики, пока, судя по всему, не получается. Парадоксально, но факт: агитирующие за увеличение поставок углеводородов многие западные политики не спешат срочно запускать в работу трубопровод «Северный поток – 2». Более того, они тормозят этот процесс с оглядкой на США, газ которых успешно поставляется туда, где он дороже, а не в уже начавшую замерзать Европу.

Опыт холодных зим

Россия, правопреемница СССР, всегда боролась с холодом, сковывающим зимой ее обширные просторы. В отдельные годы ситуация становилась прямо-таки катастрофической. Приведу пример, описанный в книге Егора Лигачева «Кто предал СССР»:

«Зима 1984/85 года стояла необычайно суровая, со снежными заносами, которые в иных регионах достигали высоты двух-трех метров. Из-за сильных холодов и обильных снегопадов возникли большие трудности в промышленности, а особенно на транспорте. Не будет преувеличением сказать, что народное хозяйство оказалось на грани паралича. Хорошо помню обстановку тех месяцев: 54 крупные теплоэлектроцентрали, составлявшие наш главный энергетический потенциал, могли в любой день погасить котлы, на некоторых ТЭЦ загрузка углем шла буквально с колес. На магистралях стояли сотни брошенных поездов. Двадцать две тысячи вагонов замерзли на подъездных путях – разгрузить их не представлялось возможным из-за намертво смерзшегося груза. В правительстве готовили страховочный вариант на случай катастрофы: предполагалось остановить, вывести из эксплуатации сотни крупнейших предприятий, потреблявших газ и мазут, чтобы обеспечить теплом и светом жилые кварталы, не допустить замерзания квартир. Ситуация складывалась критическая, по существу, речь шла о крупном стихийном бедствии, охватившем не какой-то один регион, а почти три четверти территории страны».

Руководство страны приняло тогда поистине отчаянные меры, чтобы не допустить развала энергетической системы, предотвратить катастрофу. При этом основной акцент был сделан на обеспечение бесперебойной работы железных дорог. В условиях необычно суровой зимы был создан оперативный штаб, в задачу которого входила координация мер по предотвращению хозяйственного паралича и остановки железных дорог. Коллапс удалось предотвратить благодаря усилиям людей, болевших за интересы страны и способных умело вмешаться в сложившуюся ситуацию.

Минувшая холодная зима 2020/21 года убедительно показала, что современный индустриальный мир безотносительно типа общественного строя в конкретной стране не может быть застрахован от энергетических коллапсов. К похолоданиям – как временным, так и глобальным – следует готовиться заранее, не уповая на сомнительные прогнозы о всемирном потеплении. К слову, долговременные прогнозы геофизиков свидетельствуют именно в пользу всемирного похолодания, а не потепления.

Уроки чернобыльской трагедии

Взрыв реактора на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), случившийся 26 апреля 1986 года, привел к самому сильному радиационному загрязнению за всю человеческую историю. В атмосферу попало радиационное облако, в 400 раз большее, чем при бомбардировке Хиросимы. Облако прошло над западной частью Советского Союза, а также затронуло Восточную, Северную и Западную Европу. При взрыве реактора погибли 50 человек, но количество подвергшихся воздействию радиации людей, которые оказались на пути радиоактивного облака, по некоторым данным, составило более миллиона.

Считают, что ЧАЭС стала жертвой непродуманного «смелого эксперимента». При плановой предпраздничной остановке станции, намеченной для ее ремонта, предполагалось испытать один из турбогенераторов на «выбег», то есть на его способность за счет собственной инерции поддерживать напряжение в сети в случае аварийного отключения станции и разрыва трубопровода, обеспечивающего водяное охлаждение реактора. Кроме того, были намечены эксперименты с вибрацией турбины. Поскольку моделировалась аварийная ситуация, была заблокирована система аварийного отключения реактора, после чего началось ускоренное снижение его мощности. Чтобы ее поднять до требуемого для эксперимента уровня, из активной зоны реактора вывели почти все регулирующие стержни. Мощность поддержать удалось, но управляемость реактора была утеряна. Вскоре после закрытия заглушки турбогенератора мощность реактора стала неуправляемо расти. Стал выделяться взрывоопасный водород, а станция пошла «вразнос». Попытки опустить стержни к успеху не привели, возможно в связи с их заклиниванием. Неуправляемый рост давления пара и водорода привел к газовому взрыву, радиоактивный пар с кусками реактора и радиоактивного топлива вырвался наружу. К этому предположительно добавилась цепная реакция в реакторе, завершившаяся его взрывом. Очевидцы на месте аварии увидели сначала черное облако, затем голубое свечение, потом – белое облако, закрывшее луну.

Основная причина чернобыльской аварии состояла в однобоком подходе к поискам путей удешевления технических возможностей без полновесного учета факторов риска, имеющих при этом место. Считается, что возможность повторения чернобыльской аварии на других АЭС вполне реальна, особенно в условиях растущего в мире терроризма. Сейчас преступный мир мобилизует в свои ряды достаточно грамотных ученых, способных устроить аварию на аналогичных объектах. Кроме того, трудно прогнозируемые природные катаклизмы способны спровоцировать не менее трагические аварии, исключить которые пока просто невозможно. Примеры таких аварий приведены ниже.

Советская пресса довольно скупо освещала чернобыльскую аварию. Три дня спустя о ней можно было прочесть следующие строчки:

«…авария произошла в одном из помещений 4-го энергоблока… привела к некоторой утечке радиоактивных веществ… три остальных энергоблока остановлены, исправны и находятся в эксплуатационном резерве… два человека погибли… радиационная обстановка на электростанции и прилегающей местности стабилизирована, пострадавшим оказывается необходимая медицинская помощь…»

Авария на японской АЭС «Фукусима» во многом определила направление развития энергетики в Европе.   Фото Reuters

Ликвидация чернобыльской аварии обошлась стране в 14 млрд руб., эта цена в то время была сопоставима с ее долларовым эквивалентом. 15 ноября 1986 года взорванный реактор накрыли железобетонным «саркофагом». Однако со временем он начал быстро ветшать и к настоящему времени к его герметичности появились обоснованные претензии.

В результате аварии радиационному воздействию подверглось более 659 тыс. человек, в том числе свыше 284 тыс. ликвидаторов (включая 55 752 военнослужащих). Это вызвало рост числа онкологических заболеваний и снижение иммунитета жителей севера Украины, востока Белоруссии, Молдавии, Брянской, Тульской, Смоленской и Калужской областей России.

Чернобыльская авария убедительно показала, что сложно организованный технологический объект типа ЧАЭС не может надежно существовать без полной автоматизации, исключающей накапливающиеся человеческие ошибки.

Когда виноваты природные катаклизмы

Предвестниками коллапсов в энергетике являются природные явления, наиболее грозные из них – землетрясения и цунами.

Самая масштабная авария после трагедии на ЧАЭС случилась 11 марта 2011 года в Японии, когда на эту страну обрушилось землетрясение силой 9 баллов по шкале Рихтера, за которым последовало мощное цунами. Через два дня после землетрясения отказала система охлаждения, и произошел взрыв на АЭС «Фукусима». Из зоны бедствий было эвакуировано 17 тыс. жителей. После этой трагедии многие страны стали поспешно отказываться от строительства АЭС, а вполне успешно работавшие станции – закрывать, опасаясь аналогичных коллапсов.

Называют и другие причины взрыва на АЭС «Фукусима». Японию ведь трясло всегда, поэтому там постоянно строят самые прочные дома и сейсмостойкие промышленные сооружения. Атомные электростанции изначально строились настолько прочными, что могли выдержать мощные подземные толчки в 10 баллов. Тогда что же вывело из строя несколько реакторов АЭС? Есть версии, что сценарии японского землетрясения имеют свои нюансы: в районе атомной электростанции подземные толчки были гораздо сильнее объявленных 9 баллов. Именно эти точечные сверхмощные удары и явились причиной катастрофы. Такой точки зрения, опирающейся на механизм точечных землетрясений, придерживался российский геофизик Евгений Барковский. К слову, причину чернобыльской аварии он видел именно в воздействии таких землетрясений на ЧАЭС.

Отказ в работе системы охлаждения на АЭС случался уже до Чернобыля и Фукусимы. Так, 28 марта 1979 года на АЭС «Три-Майл-Айленд» в Пенсильвании произошла крупнейшая в истории США авария. Система охлаждения не сработала, что вызвало частичное расплавление ядерных топливных элементов реактора. К счастью, полного расплавления удалось избежать, и катастрофы не произошло. Однако, несмотря на благоприятный исход, эта авария заставила американцев усомниться в целесообразности широкого использования атомной энергетики. В последующие десятилетия они отменили множество осуществляемых проектов.

В 1990 году рассекретили информацию, касающуюся аварии на химкомбинате «Маяк» около города Кыштым (Южный Урал). Там взрыв произошел более 30 лет назад также в результате сбоя в системе охлаждения емкостей с радиационными отходами. В результате этого сотни километров окружающей местности подверглись радиационному заражению. 10 тыс. человек были эвакуированы из местности, где уже начали проявляться симптомы лучевой болезни. По некоторым данным, от радиации погибли как минимум 200 человек.

Анализ причин взрывов ядерных реакторов позволил оперативно вносить изменения в их конструкцию. Ярким примером может быть авария, случившаяся 3 января 1961 года в штате Айдахо (США). Там реактор взорвался, убив троих рабочих и вызвав расплавление топливных элементов. Причиной послужил неправильно вынутый стержень регулирования мощности реактора. Этот инцидент позволил улучшить строение ядерных реакторов таким образом, чтобы один стержень регулирования мощности реактора не смог привести к подобным коллапсам.

Аварии на гидроэлектростанциях (ГЭС) в разных странах происходят главным образом из-за повреждения дамб плотин.

В Китае крупная авария произошла в 1975 году на реке Ру. Тайфун под названием «Нина» повредил дамбу плотины ГЭС, а образовавшаяся огромных размеров волна прошлась по рекам Ру и Хуай, где были повреждены 62 дамбы. В результате погиблио 100 тыс. человек. 5 октября 2007 года прорвалась плотина на реке Чу, где расположена станция «Кыадат». Жертвами трагедии стали 35 человек. Также было затоплено около 5 тыс. домов.

В Пакистане 11 февраля 2005 года прорвало дамбу ГЭС «Шакидор» высотой 15 м. В результате аварийной ситуации была затоплена ближайшая к электростанции деревня, где погибли 130 человек.

6 ноября 1977 года на территории США погибли 39 работников из-за прорванной в штате Техас дамбы городской ГЭС.

Техногенные аварии

Речь ниже пойдет об аварии на крупнейшей в мире Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС), случившейся 17 августа 2009 года. Считается, что непосредственной причиной аварии стало усталостное разрушение шпилек крепления крышки гидроагрегата, что привело к ее срыву и затоплению машинного зала. Из-за затопления машинного зала и помещений под ним начались короткие замыкания на работающих гидроагрегатах. Это вывело их из строя. Дальше оказалась обесточена уже вся ГЭС. Не работали центральный пульт управления, приборы автоматики и сигнализации, системы связи. Это означало, что закрыть аварийно-ремонтные затворы, чтобы остановить воду, заливавшую станцию, можно только в ручном режиме.

Также было установлено, что срок службы, требования к объему и периодичности контроля состояния металла шпилек, а также условия их замены не были определены ни одним нормативным актом. При этом 3 из 10 гидроагрегатов были полностью уничтожены, а остальные повреждены. Авария привела к гибели 75 человек, в Енисей из ГЭС попало 40 т машинного масла. Восстановительные работы на этой ГЭС заняли пять лет, прежде чем станция вышла на прежнюю мощность.

Авария на СШГЭС вызвала много вопросов у специалистов, скептически оценивших феномен злополучных изношенных шпилек и паразитных вибраций гидроагрегатов. Думается, что предотвращение техногенных аварий, аналогичных случившейся на СШГЭС, возможно лишь после создания адекватной математической модели этого архисложного объекта и его основных узлов. Для этого требуется серьезная научно-исследовательская работа, направленная на изучение механизмов аварии, а также на повышение надежности и безопасности гидроэнергетики.

К слову, насчет вреда от излишней секретности. Оказывается, что авария, аналогичная происшедшей на СШГЭС, случилась за четверть века до этого в Таджикистане на Нурекской ГЭС. Примечательно, что там также сорвало шпильки креплений с крышек гидроагрегатов, что и явилось якобы причиной аварии. Тогда Министерство энергетики СССР засекретило информацию об аварии, и материалы о ней не попали к специалистам. А зря – этот драматический случай вполне бы потянул на хрестоматийный пример… Данные же об аварии на СШГЭС были опубликованы, хотя и с месячной задержкой.

Из других версий причин аварии на СШГЭС вполне подходит гипотеза Евгения Барковского о локальных (точечных) землетрясениях. Эти землетрясения отличаются настолько большой интенсивностью, что, по словам Барковского, для формирующихся при этом гравитационных импульсов подбросить танк или турбогенератор, весящий тысячу тонн, все равно что подбросить коробок спичек. «Фукусима», по его мнению, не выдержала подземных толчков именно потому, что под ней они были гораздо мощнее, чем в других районах Японии.

Усугубляются такие мощные толчки наличием разломов земной коры даже в сейсмически благоприятных зонах. Если на подобный разлом «повезло» местоположению СШГЭС, то станция эта обречена на очередную аварию, и это лишь вопрос времени. При этом никакое усовершенствование конструкции турбогенераторов или упрочение пресловутых шпилек помочь не сможет…

К слову, Чернобыльской АЭС, по словам ученых, снова грозит катастрофа. Саркофаг, которым накрыт взорвавшийся атомный реактор, в очень ветхом состоянии, в стенах появились трещины, а потолок просел. Земля сейчас находится на пике гравитационной активности, поэтому в любой момент точечные сверхмощные землетрясения снова могут повториться. Это обрушит устаревший купол Чернобыльской АЭС, а тогда 200 т ядерного топлива вырвутся наружу и отравят все живое в радиусе 70 км.