Саяно-Шушенской ГЭС нужны регулирующие емкости

У меня есть опасения, что после опробования берегового водосброса (полноценные испытания возможны только при уровне водохранилища 540 м) может создастся впечатление, что все проблемы Саяно-Шушенского гидроузла решены. Я вынужден вновь и вновь повторять, что это совсем не так.

Как раз наоборот, этот водосброс вполне может спровоцировать регулировщиков на малый сбросной расход воды в начале пропуска половодья, особенно при заниженном прогнозе притока воды, и тогда уж точно крупной аварии избежать не удастся. Ведь регулирование ведется по гидрографу года средней водности.

Уже всем стало предельно ясно, что водосброс с поверхностным водозабором в принципе не может оказывать помощь водосбросу с глубинным водозабором, что он не может участвовать в регулировании скорости наполнения водохранилища при пропуске половодья, что действующий водосброс вынуждены будем перегружать. Иначе нельзя создать запас порожней емкости водохранилища для безопасного пропуска дождевого паводка.

Еще и еще раз приходится повторять, что в проектах старых и новых гидроузлов необходимо, прежде всего, проверять соответствие расчетов гидрологической безопасности требованиям действующих нормативных документов, которые, кстати, тоже нуждаются в корректировке.

Например, было создано Саяно-Шушенское водохранилище с переменным объемом 18,3 км³ (15,3 км³ – полезный объем при заполнении до НПУ 540 м, и 3,0 км³ – резервный при заполнении до ФПУ 544,5 м).

Согласно теории резервный объем должен предусматриваться для безопасного пропуска дождевого паводка при заполненном до НПУ водохранилище, поскольку дождевые паводки пока практически не прогнозируются.

Строительные нормы и правила (СНиП 33.01-2003 п. 5.4.2) обязывают:

“Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода, полученного в соответствии с 5.4.1 с учетом трансформации его создаваемыми для данного гидротехнического сооружения или действующими водохранилищами и изменения условий формирования стока, вызванного природными причинами и хозяйственной деятельностью в бассейне реки”.

СНиП 33.01-2003 “Гидротехнические сооружения. Основные положения”, п.п. 5.4.3 и 5.4.4 предписывают:

“Пропуск поверочного расчетного расхода воды должен осуществляться при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне, а пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться, как правило, при НПУ”.

В створе Саяно-Шушенского гидроузла годовой гидрограф, как правило, имеет два максимальных значения расхода притока воды (пика): в половодье может достигать 25000 м³/с (увеличение в 100 раз по сравнению с минимальным зимой), в дождевой паводок может достигать 16300 м³/с (увеличение в 65 раз). Именно на такие максимальные расходы притока воды должны быть выполнены расчеты гидрологической безопасности.

Иначе говоря, для Саяно-Шушенского гидроузла обязаны были выполнить два отдельных расчета гидрологической безопасности: один для пропуска половодья и другой – для пропуска дождевого паводка.

Ленгидропроект выполнил один расчет только для пропуска половодья, считая, что в одном году маловероятно формирование половодья и дождевого паводка с максимальными расходами притока воды. Этот расчет предусматривал заблаговременное начало холостого сброса воды, начиная с уровня 532 м (позднее пересчитали на 535 м), заполнение водохранилища до ФПУ 544,5 м в объеме 18,3 км³, максимальный расход воды через водосброс 13640 м³/с при этом уровне и расход воды через все турбины 3400 м³/с, то есть максимальный сбросной расход воды в нижний бьеф должен был достигать 17040 м³/с.

Согласно третьему правилу СНиП 2.06.01 “Гидротехнические сооружения. Основные положения” п.п. 2.11, 2.12 пропуск расчетных расходов воды должен обеспечиваться при одновременной работе всех турбин ГЭС.

Это третье справедливое требование Правил было необоснованно изменено СНиП 33.01-2003 п.п. 5.4.3 и 5.4.4. И до сих пор не созданы условия для выдачи всей установленной мощности Саяно-Шушенской ГЭС в энергосистему (именно в энергосистему без жесткой привязки к энергоемким производствам).

Третье правило изменено потому, что из-за отсутствия простой и наглядной расчетной схемы работа турбин ошибочно представлялась необходимой для срезки так называемого пика половодья, хотя на самом деле должна была решать проблему срезки также пика расхода притока воды, но трансформированного (сниженного) в объеме водохранилища.

Именно здесь нужна кратковременная работа всех турбин ГЭС с целью увеличения выработки электроэнергии без превышения максимального сбросного расхода воды, допустимого по условиям нижнего бьефа, и без заполнения резервного объема водохранилища, предназначенного исключительно для срезки пика трудно прогнозируемого дождевого паводка.

Очевидно, что все три основополагающих правила для расчета гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла были грубо нарушены изначально по одной и той же причине отсутствия простой и наглядной расчетной схемы. И по этой же причине за счет применения более заблаговременного начала холостого сброса воды с уровня 523 м был снижен максимальный расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф с 17040 м³/с до 13300 м³/с.

В ходе создания и эксплуатации Саяно-Шушенского гидроузла произошли три серьезнейшие аварии на водосбросе, плотине, ГЭС, снизившие все основные расчетные параметры гидрологической безопасности: на 3 км³ (если не будет дальнейшего снижения НПУ и ФПУ) снижен допустимый для заполнения объем водохранилища, безопасный для действующего водосброса расход воды при пропуске половодья на 2500-3000 м³/с стал меньше необходимого, а для пропуска половодья и дождевого паводка — на 13300 – (5000 +4000 + 2200) = 2100 м³/с меньше необходимого даже после завершения строительства берегового водосброса. И это еще при оптимистической оценке создавшегося положения.

Теперь для полной гарантии гидрологической безопасности холостые сбросы воды при пропуске половодья обязаны начинать независимо от прогноза притока воды еще до начала заполнения водохранилища с расходом воды через действующий водосброс не менее 7500 м³/с. Регулирование обязаны выполнять по расчетному гидрографу половодья, но никак не по гидрографу года средней водности.

В статье “Даже катастрофический приток воды может быть не опасен” я подробно изложил, почему необходимо заполнение Саяно-Шушенского водохранилища до уровня минимум 537,5 м. Если в конце сентября закроют действующий водосброс, то такой уровень вполне можно будет обеспечить за счет притока воды. Подъем уровня необходим, прежде всего, для получения более достоверных данных по деформации плотины для новой математической расчетной модели, для проведения испытаний берегового водосброса при максимально возможном напоре. Ведь действующий водосброс так и не был испытан.

Кроме того, нужно обеспечить максимально большую паузу для осушения и ремонта водобойного колодца и бетона в закрытой безнапорной части действующего водосброса СШГЭС. Эта пауза также должна включать в себя тот минимум времени, который необходим для набора прочности материалом, применяемым в ходе ремонта.

В течение всего периода ремонта необходимо гарантировать санитарный попуск воды в нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС в размере не менее 700 м³/с даже в случае остановки всех гидроагрегатов. Такой расход один тоннель берегового водосброса может обеспечивать только до снижения уровня водохранилища 531 м.

При этом необходимо учитывать, что осенью и зимой 2009-2010 года были рекордно высокие среднемесячные расходы воды: в октябре 1886 м³/с (1 раз за весь период наблюдений с 1936 года только в 1952 году достигал 1850), ноябре 830 м³/с (1 раз в 2006 году – 765), декабре 656 м³/с (1 раз в 1991 году — 612), в январе 2010 года 517 м³/с (1 раз в 1996 году — 466 м³/с).

Необходимо также учитывать, что в течение 12 месяцев, начиная с 12 сентября 2009 года по 12 сентября 2010 года приток воды в Саяно-Шушенское водохранилище составил всего около 63 км³ (таблица 1), а максимальный расход притока воды 7 июня достиг всего 9100 м³/с (обеспеченность примерно 5,2%), то есть год по притоку воды может характеризоваться как год чуть ниже средней водности.

Но за этот период в Саяно-Шушенском водохранилище при уровне 534,9 м было аккумулировано 12,35 км³, на выработку электроэнергии было израсходовано примерно 12 км³ воды, то есть мимо турбин было сброшено около 38,6 км³ (более 61% объема притока воды).

Таблица 1

В любом случае регулировать скорость наполнения водохранилища СШГЭС при пропуске половодья сможет только действующий водосброс. Если приток воды в 2011 году окажется близким к расчетному, то большого разрушения водобойного колодца водосброса избежать не удастся.

Таблица 2

Если регулировать иначе, то нельзя создать запас порожней емкости водохранилища между уровнями 533 и 540 м для трансформации (снижения) максимального расхода притока воды в дождевой паводок с 16300 м³/с до допустимого сбросного расхода воды в нижний бьеф 13300 м³/с. Если примут окончательное решение по снижению уровня заполнения водохранилища, например, до уровня 537,5 м, то положение гидроузла еще более усложнится.

После завершения всех восстановительных работ в аналогичный по притоку воды год из-за снижения НПУ и ФПУ при последовательной схеме регулирования холостые сбросы воды в год, аналогичный притоку воды в период с сентября 2009 года по сентябрь 2010 года не превысили бы 7 км³(таблица 2). Но последовательная схема регулирования без регулирующих емкостей невозможна, а при параллельной схеме регулирования холостой сброс воды окажется как минимум в два раза выше.

Если же зима окажется суровой, то к большому разрушению водобойного колодца прибавятся проблемы температурных перенапряжений в плотине Саяно-Шушенской ГЭС. И весь этот круг проблем нельзя решить иначе, как путем создания регулирующих емкостей в верховье на притоках в Туве и перехода на последовательную схему регулирования.

Только при последовательной схеме регулирования береговой водосброс СШГЭС становится действительно эффективным при пропуске половодий и дождевых паводков.

Затяжка создания регулирующих емкостей при притоке воды расчетной обеспеченности неминуемо приведет к крупной аварии не только на Саяно-Шушенском гидроузле, но и на всем каскаде ГЭС, включая их нижние бьефы.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
ветеран труда и энергетики, участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 1962 по 2001 год,
специально для "Плотина.Нет!"