Ликбез №42: Готовься к весне

На прошлой неделе Енисейское бассейновое водное управление (ЕнБВУ) Росводресурсов в очередной раз за эту зиму изменило объем расходов Иркутской ГЭС. С уровня в 2,2 тыс. кубометров в секунду, установленных в начале декабря, первая станция в Ангарском каскаде 16 января перешла на среднесуточные сбросы в 2 тыс. кубометров в секунду, 17 января – на 1800 кубометров в секунду, а с 18 января «и до особого указания» – на 1700 кубометров в секунду. «С оперативной корректировкой режима в зависимости от складывающейся гидрологической и ледовой обстановки», - по традиции уточнил регулятор. 

Поводом для очередных изменений, явно не последних в этом осенне-зимнем сезоне, стали, хотя официально об этом нигде не сказано, сообщения о подтоплении берега реки Ангара в Усолье-Сибирском. Судя по картам города, перемерзло и вышло из берегов не основное русло, а одна из проток между материковым берегом и островами. В Иркутской области подобное случается и на других реках и даже ручьях, никто этому давно не удивляется, тем более что в Усолье-Сибирском никто от инцидента и не пострадал. Город химиков находится в нижнем бьефе Иркутской и в верхнем бьефе Братской ГЭС, но достаточно далеко от двух связанных одним каскадом станций, чтобы они могли оказывать на него серьезное влияние. Но тот факт, что Иркутская ГЭС в ноябре-декабре 2018 года работала на повышенных расходах, разумеется, сказался.

Напомним, в отличие от предыдущих зим (и лет), когда первая ГЭС в каскаде работала на стабильном уровне в 1300 кубометров в секунду, эта зима потребовала от регулятора и энергетиков вспомнить о «ручном управлении». Дело в том, что в конце октября 2018 года уровень Байкала вопреки всему продолжал повышаться и впервые за последние годы даже достиг отметки 457 метров над уровнем Тихого океана (это уровень НПУ). И если с 2014 года, в годы экстремального маловодья, Иркутская ГЭС, по сути, работала в режиме санитарных попусков, то этой зимой перед станцией встала задача предотвратить возможное подтопление побережья Байкала и Иркутского водохранилища весной 2019 года. Для этого до 1 мая уровень озеро нужно понизить до отметки 456,15 метров ТО. А это значит, что нужно постоянно менять расходы. В середине декабря ЕнБВУ установило максимальный объем сбросов - 2,2 тыс. кубометров в секунду, но уже тогда регулятор предупреждал, что будет корректировать режимы в любой момент в зависимости от складывающейся гидрологической обстановки. И когда нестандартная ситуация сложилась, реакция последовала незамедлительно.

Особенности зимнего режима

Это локальное событие – яркий пример того, как функционируют крупные ГЭС в зимний период. Традиционно считается, что для всех ГЭС с регулирующими водохранилищами зима – это период повышенной нагрузки, ведь в холода энергопотребление растет – и в быту, и на производстве к обычным потребностям добавляется еще и спрос на отопление. Увеличивается нагрузка и на тепловых станциях: ТЭЦ должны больше энергии отдавать на отопление, ГРЭС – на выработку электричества, из-за чего чаще обычного выходят из строя и их оборудование, и связанные с ними тепловые сети. Хотя даже самые серьезные аварии на ТЭС устраняют гораздо быстрее, чем ГЭС успевают израсходовать несколько кубических километров гидроресурсов своих водохранилищ, гидроэнергетика вынуждена принимать на себя функции и по обеспечению спроса, а не только регулированию частоты. А это не так просто: если летом есть надежда на компенсацию увеличенных расходов за счет дождей, то зиму необходимо пройти на том объеме воды, который удалось накопить за лето и осень – до весеннего паводка пополнения не случится. 

У каждого водохранилища есть собственный цикл пополнения и сработки – интервалы времени, в течение которых полезный объем заполняется, а затем полностью или частично срабатывается. Специалисты различают водохранилища многолетнего, сезонного, месячного, недельного и даже суточного регулирования. В первом случае вода, накопленная в полноводные годы, срабатывается в маловодные. Сезонное регулирование ориентировано на аккумуляцию в водохранилищах стока половодья и паводков для использования в маловодные периоды одного года (такие водохранилища полезны для защиты от наводнений). Месячное, недельное и суточное регулирование встречаются реже, на небольших водоемах и используются в основном в целях гидрогенерации. Впрочем, так работают и некоторые мощные ГЭС – например, Нижнекамская в Татарстане. Но так сложилось потому, что эта станция использует водохранилище, не достроенное до проектной отметки (подробнее - в нашем кейсе). 

Водохранилища Ангарского каскада всегда относились к многолетним, но экстремальное маловодье 2014-2018 годов превратило их в сезонные – даже в самом большом, Братском, гидроресурсов в последние годы накапливалось меньше нормы. И даже «большая вода» прошлого года не помогла полностью исправить ситуацию. «Приток в Братское море вернулся к среднемноголетним значениям, так что мы набрали воды на 1,27 метра больше, чем годом ранее. Но риск остается: если в этом году опять придет маловодье, то ситуация, когда уровень водохранилища был почти на минимальной отметке, может повториться. Мы за этим следим постоянно. Предлагаем на заседания межведомственной рабочей группы [по установлению режимов пропуска паводков, специальных попусков, и регулированию режимов работы водохранилищ] свои предложения по ведению режимов», - говорил в недавнем интервью Сергей Кузнецов, глава ООО «ЕвроСибЭнерго – Гидрогенерация» (входит в En+, управляет тремя ангарскими и Красноярской ГЭС). 

Зимой в Сибири практически все ручьи и многие мелкие реки перемерзают, а потому боковая приточность в водохранилища сокращается во много раз. Если в период паводка расходы через гидроагрегаты могут достигать сотни и тысячи кубометров в секунду, то зимой – сокращаются до нескольких десятков. А если лето выйдет маловодным, то зимой ГЭС придется экономить, а то и вовсе прекращать работу. Именно от такой напасти спасает большое водохранилище, запасов которого хватает на несколько месяцев работы. Например, не так давно реку Бурею в Хабаровском крае перегородило разрушенной горной породой. А Бурейская ГЭС продолжала работать на накопленной воде (сейчас завал готовятся расчистить за счет управляемых взрывов; к этому даже привлекли военных). 

В особенно сложном положении зимой оказываются так называемые деривационные ГЭС – то есть станции, построенные без водохранилищ, в горах или на ирригационных каналах. Для таких станций зима – период минимальной загрузки, поскольку наступает зимняя межень и сток резко падает; некоторые такие станции вообще останавливаются на зиму. Небольшие горные реки в особенно суровые зимы могут промерзнуть буквально от поверхности до самого дна, и тогда ГЭС приходится останавливать, а потребителей подключать к другим источникам. Но в схожей ситуации работает и Мамаканская ГЭС на реке Мамакан в Иркутской области, построенная в зоне многолетней мерзлоты. Если в весенний паводок и летом приток к створу ГЭС позволяет производить до 50 млн кВт*час в месяц, сбрасывая через плотину в нижний бьеф до 70% годового стока реки, то зимой – всего лишь 4 млн. Дело в том, что из-за своей небольшой емкости в Мамаканском водохранилище невозможно создать запас воды, который позволил бы более равномерно в течение года вырабатывать электроэнергию. По этой же причине оно не вмещает в себя и всю воду, поступающую в течение весенне-летнего половодья. 

Кстати, благодаря регулирующей емкости водохранилищ, выработка ГЭС в теории могла бы быть практически равномерной в течение всего года, или зависела бы только от спроса потребителей. Но на практике так практически не бывает. Некоторые ГЭС, например, Богучанская на Ангаре и Красноярская на Енисее, вынуждены ежегодно срабатывать накопленную за время весеннего паводка воду ради поддержания уровня реки в период навигации. Из-за этого выработка этих ГЭС имеет некоторый перекос в пользу летних месяцев, причем разница между зимой и летом может достигать 40-50%.

Что зимой нежелательно?

Резкое увеличение или частые колебания объемов сброса. Это плохо для любой конструкции, ведь с морозным воздухом сталкивается вода из более глубоких и теплых слоев – это приводит сначала к образованию пара, а затем и наледи на всех ближайших поверхностях. Помимо того, что по таким поверхностям (и рядом с ними) не могут передвигаться ни люди, ни техника, многотонные наледи разрушить и металл, и бетон. Именно поэтому бетон, расположенный в плотине в зоне колебания уровня между максимальной отметкой осенью и минимальной отметкой накануне паводка, проверяют особенно часто и особенно тщательно. 

Лед образуется не только на остывших поверхностях, но и в самой воде – сейчас с таким явлением сталкиваются в основном на небольших деривационных горных ГЭС, а в прошлом это явление становилось проблемой и на Ангаре. При массовом образовании такого льда, или шуги, забиваются водоприемники, сороудерживающие решетки и деривационные каналы. Не трудно представить, что за этим следует: сокращается объем воды, поступающей на лопасти гидроагрегатов, падает давление, и встает риск остановки станции. С шугой приходится вести борьбу специальными приемами, которыми хорошо владеют энергетики небольших горных ГЭС. Но не только – например, на первенце ГОЭЛРО, Волховской ГЭС в Ленинградской области, с шугой тоже воюют ежегодно и весьма успешно (подробнее - в нашем кейсе). 

Очевидно, что зимой сложнее выполнять любые работы на открытом воздухе, некоторые виды (покраска, нанесение штукатурки и т.п.) в холода вообще не делают – и качество пострадает, и платить придется дороже. Поэтому все подобные действия энергетики планируют на весну и лето, как и большую часть научного мониторинга, в котором необходимо личное участие и приборы с ручным управлением. Установки, способные работать в автоматическом режиме, тоже становятся все более распространенными – станции сеймического контроля, например, не требуют не только участия человека, но даже и внешнего питания, поскольку их оснащают солнечными батареями. 

Это вовсе не означает, что зимой жизнь на ГЭС полностью замирает: многие водохранилища становятся местом проведения соревнований по подледной рыбалке, буерному спорту, лыжных гонок и гонок на собачьих упряжках. Да что говорить: если ГЭС расположена рядом с крупным населенным пунктов, то иордань в канун Крещения Господня тоже делают рядом с плотиной – качество воды всегда под контролем и опытные спасатели рядом. 

Главное – во всем знать меру и соблюдать требования безопасности. Аномалии технического или природного характера каждый раз становятся испытанием для энергетиков, хотя большую часть проблем за сто с лишним лет активного строительства и эксплуатации ГЭС уже выявили и научились с ними бороться. Практически все ГЭС, к примеру, имеют в своем составе конструкции для экстренного сброса избытка воды из верхнего бьефа в нижний – водосбросы глубинного или поверхностного типа. Тут стоит отметить, что ни одна электростанция в нашей стране не обойдется без паспорта готовности к работе в осенне-зимний период, который выдает Министерство энергетики РФ. Полная проверка готовности электростанций и объектов электросетевого комплекса проводится в соответствии с Правилами оценки готовности субъектов электроэнергетики к работе в отопительный сезон, утвержденными постановлением правительства РФ №543 от 10 мая 2017 года. Эти правила вступили в силу с 1 июля 2018 года; в соответствии с ними для каждого предприятия энергетики подсчитывается индекс готовности, включающий в себя данные о выполнении условий и соответствие 87 показателям, зафиксированных в Правилах.

Еще одна важная задача любой ГЭС в зимний период – подготовить свое водохранилище к весне. Ученые – гидрологи и метеорологи – каждую зиму наблюдают за обстановкой, оценивают количество снега на водосборной территории той или иной реки и прогнозируют предстоящий паводок. Если допустить ошибку, то весной в практически полное водохранилище хлынут тысячи кубометров воды и его свободной емкости может не хватить. Решение в таком случае будет только одно: пропускать воду через все возможные каналы – водосбросы и турбинные водоводы. Риска обледенения весной уже не будет, но в нижнем бьефе могут возникнуть проблемы. Вода может пойти поверх не вскрывшегося льда, промерзшая почва не сможет впитать в себя сколько-нибудь заметное ее количество – и пострадают населенные пункты, дороги и объекты инфраструктуры. А может все сложится и иначе: снег растает, но вода быстро испарится – и тогда до летних дождей водохранилище, а вместе с ним и ГЭС, окажутся на «голодном пайке». По счастью, в последние годы в нашей стране ничего похожего не случалось. Но эта непредсказуемость остается отличительной чертой гидроэнергетики.