СШГЭС: как перенести вероятное будущее в прошлое

Без какого-либо преувеличения следует признать, что к пропуску высоких вод Саяно-Шушенский гидроузел в нынешних условиях не готов, прежде всего, из-за отсутствия резервов гидрологической безопасности, наличия в верхней части водохранилища порожнего объема, который заполнять запрещено (поскольку при заполнении он перегружает плотину СШГЭС), и низкой пропускной способности нижнего бьефа. Однако создание водохранилища-регулятора позволит вероятное будущее, к встрече с которым мы не готовы, перенести в прошлое, минуя настоящее:

В 1972 году было утверждено "Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ СССР", в состав которого впервые был включен раздел № 9, определяющий порядок пропуска высоких вод через сооружения гидроузла [1].

Впервые порядок пропуска через гидроузлы высоких половодий вероятностью превышения менее 1% (выделено жирным в таблице 1) стал регламентироваться специальными правилами, а режим водохранилищ в нормальных эксплуатационных условиях — диспетчерскими графиками и правилами регулирования стока.

В таблице 1 приведены гидрологические сведения по расчетным расходам и объемам стока воды с площади водосбора в Саяно-Шушенское водохранилище, откорректированные Ленгидропроектом ([2], стр. 16, 457).

Таблица 1

Особенностью Енисея является вероятность многоводных дождевых паводков в июле и августе.

Средний надежно гарантированный расход воды через турбины 2100 м³/с в расчетах принимался, исходя из вероятности среднего годового расхода притока воды в створах Саяно-Шушенского и Майнского гидроузлов при обеспеченности 1% по таблице 2, [2], стр.15.

Таблица 2

За 30 суток половодья на выработку электроэнергии будет израсходован объем воды 2100 ? 30 ?24 ?60 ? 60 =5,44 км³, в течение 153 суток 2100 ? 153 ?24 ?60 ? 60 =27,76 км³.

Порожний полезный объем водохранилища служит для приема объема притока воды 25,9 – 5,44 = 20,46 км³ (таблица 1) в половодье длительностью 30 суток вероятностью превышения 0,1% (основной расчетный случай) без выполнения холостого сброса воды.

Резервные объемы водохранилищ предусматриваются исключительно для кратковременного приема разницы объема притока воды вероятностью превышения 0,01% + ? и 0,1% 01% + ? и 0,1% (поверочный расчетный случай) в половодье и дождевые паводки (34,1 – 25,9) : 2 = (68,2 – 60,0) : 2 = 4,1 км³ (таблица 1).

Холостой сброс воды должен выполняться крайне редко: при пропуске половодья вероятностью ? 0,1%, а при пропуске дождевых паводков, если заполнен полезный объем водохранилища и расход притока воды превышает расход воды через турбины.

Логика регулирования по СНиП, на самом деле, проста, но, как оказывается, труден для понимания сам процесс. Через порожний полезный объем и через порожний резервный объем каждый раз проходит два равных объема воды. Это можно видеть при разложении максимальных объемов притока воды.

68,2 = 2? 34,1 = 2? (25,9 + 8,2) = 2? (20,46 +5,44 + 8,2) = 2? 20,46 +2? 5,44 + 2? 8,2, то есть в течение 5 месяцев многоводного года (153 суток = май – сентябрь) через порожний полезный объем водохранилища может пройти два объема притока воды, равных объему притока в половодье длительностью 30 суток, в том числе транзитом через турбины 5,44 км³ в половодье и 27,76 – 5,44 = 22,32 км³ в дождевые паводки.

34,1 — 25,9 = 8,2 = 68,2 – 60,0 = 8,2 = 2? 4,1 = 8,2, то есть порожний резервный объем будет использоваться три раза: один раз в половодье и два раза в дождевые паводки: в июле для срезки пика расхода притока воды 15200 м³/с и в августе для срезки пика расхода притока воды 9600 м³/с (таблица 1).

По расчету порожний полезный объем водохранилища 20,46 км³ в нормальном режиме работы заполняется и опоражнивается ежегодно 1 раз, турбины в течение многоводного года работают со средним надежно гарантированным расходом 2100 м³/с, порожний резервный объем заполняется и опоражнивается 3 раза: при пропуске половодья, дождевого паводка в июле и дождевого паводка в августе, холостой сброс воды в объеме 68,2 – 27,76 – 20,46 = 19,98 км³ выполняется с расходом не выше 4900 м³/с.

Принципиальная разница заключается только в длительности использования: порожний полезный объем используется при годичном регулировании стока в течение года, а резервный объем на Енисее при максимальном расчетном притоке воды используется кратковременно три раза: в половодье максимум в течение 11,8 суток, в дождевой паводок в июле максимум в течение 10 суток и в дождевой паводок в августе максимум в течение 6,5 суток.

Резервный объем является полноправным участником пропуска высоких вод при расчетах вероятностью превышения расхода менее 1%, поэтому его, строго говоря, нельзя считать резервным. Ему больше подходит название объем-стабилизатор колебаний расхода воды в нижний бьеф или объем для срезки пиков расхода притока воды. Он располагается в верхней части водохранилища, используется кратковременно и крайне редко при одновременной работе водосброса с равномерным расходом воды так, чтобы не превышался сбросной расход воды в нижний бьеф.

Другое дело порожний полезный объем. Он заполняется и опоражнивается без холостого сброса воды (использование холостого сброса воды для регулирования скорости заполнения полезного объема следует считать нарушением Правил) в течение длительного времени. Именно поэтому появляется возможность использовать холостой сброс воды в качестве резерва на непредвиденные случаи.

При возникновении непредвиденного обстоятельства (приток воды выше принятого в расчете, отказ в работе оборудования, авария) немедленно начинается холостой сброс воды (холостой сброс воды при заполнении и опорожнении полезного объема водохранилища в нормальном режиме работы не предусматривается) и включаются в работу все турбины ГЭС.

Без какого-либо преувеличения следует признать, что к пропуску высоких вод Саяно-Шушенский гидроузел в нынешних условиях не готов, прежде всего, из-за отсутствия резервов гидрологической безопасности, наличия в верхней части водохранилища порожнего объема, который заполнять запрещено, поскольку при заполнении он перегружает плотину, и низкой пропускной способности нижнего бьефа.

На практике большие объемы холостого сброса воды и высокие сбросные расходы воды в нижние бьефы, соответствующие пропуску высоких вод, наблюдаются довольно часто в маловодные годы и оправдываются, как правило, заниженными прогнозами притока воды, не позволяющими своевременно начать холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища.

Например, в 2006 году половодье было маловодным (обеспеченность притока 54% в мае (такое событие случается 1 раз за 1,85 лет), 8% в июне (такое событие случается 1 раз за 12,5 лет). И только в дождевой паводок 12- 15 июля пик расхода притока воды достиг 7900 м³/с. В июльский дождевой паводок 1%-ной обеспеченности пик расхода достигает 9025 м³/с (таблица 1). Иначе говоря, 2006 год следует относить к году ниже средней водности.

На практике сбросной расход воды в нижний бьеф достиг величины 7700 м³/с, то есть превысил допустимую для нижнего бьефа величину 7000 м³/с. Такой сбросной расход мог быть только при притоке вероятностью 0,1 — 0,01% + ?. Малое по объему водохранилище было заполнено преждевременно по прогнозу, который оказался заниженным.

При отсутствии нарушений требований СНиП в расчетах пропуска высоких вод сбросной расход воды в нижний бьеф не мог быть выше расхода воды через турбины 2100 м³/с.

Объем холостого сброса воды достиг астрономической величины 15 км³. При отсутствии нарушений требований СНиП в расчетах объема водохранилища при таком притоке воды он оказался бы нулевым, а при самом маловероятном – не более 20 км³.

Требования СНиП можно выполнить только путем создания водохранилища-регулятора объемом 20,46 + 4,1 – 15,33 = 9,24 км³.

Водохранилище-регулятор, по своей сути, позволит вероятное будущее, к встрече с которым мы не готовы, перенести в прошлое, минуя настоящее.

Задерживая в верховье вполне вероятный приход заранее известного объема воды, кроме очевидного повышения активной и пассивной гидрологической безопасности в Туве, Хакасии и Красноярском крае, мы можем получить множество других плюсов.

Например, наличие водохранилища-регулятора в верховье в Туве объемом 9,24 км³ позволит:

1. — понизить НПУ Саяно-Шушенского гидроузла до уровня 532,8 м при ФПУ 540,0 м;
2. — полностью восстановить основной резерв гидрологической безопасности, то есть отказаться от холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища;
3. — в нормальных рабочих режимах гарантировать гидрологическую безопасность независимо от наличия прогноза притока воды в водохранилища;
4. — за счет наличия резерва гарантировать гидрологическую безопасность при пропуске катастрофического притока воды (притока выше принятого в расчетах), в случаях отказов в работе оборудования или авариях;
5. — обеспечить регулирование скорости заполнения водохранилища без выполнения холостого сброса воды, а путем заполнения водохранилища-регулятора;
6. — повысить эффективность использования дополнительного берегового водосброса при пропуске высоких вод;
7. — отказаться от создания дополнительного водосброса на Майнском гидроузле;
8. — увеличить выработку электроэнергии и мощности на всех енисейских ГЭС;
9. — построить на зарегулированном водотоке Очурский и Минусинский гидроузлы (сегодня их строительство невозможно из-за большого сбросного расхода воды в нижний бьеф Майнского гидроузла).

Литература:

[1] Методические указания по составлению правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций, введенные с 01.01.2000

[2] А.И.Ефименко, Г.Л.Рубинштейн “Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС”. СПб: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 2008.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС (1978 – 2001 гг.), участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 01.06.1962 года,
специально для "Плотина.Нет!"