28 Февраля 2018

Четыре факта о Волховской ГЭС

Первая из плана ГОЭЛРО, одна из старейших в России гидроэлектростанций более 90 лет работает на энергосистему Северо-Запада. Символизируя долговечность и возобновляемость гидроэнергетики.

Поделиться в социальных сетях

В начале феврале мне удалось побывать на Волховской ГЭС. Среди десятков гидротехнических объектов, раскиданных по стране, этот «замок на воде» сильно выделяется. Вроде бы все, как и везде – есть почти 150-метровый по длине машзал, в котором привычно гудят турбины и генераторы. Но зал уникален – практически во всю 17-метровую по высоте боковую стену, выходящую на верхний бьеф, вмонтированы арочные окна, причем в бетонных рамах. Такая «открытость» позволяет максимально использовать дневной свет.

Есть плотина, которая также, как и на любой ГЭС, преграждает путь реке. Есть здание гидростанции, построенное под углом к водному потоку – такого технического решения нигде больше не увидеть. На портике над входом сохранился профиль Ленина.

Есть судоходный шлюз, сейчас – замерзший и сонный, но востребованный в период навигации. Есть, наконец, главный пульт, тоже вроде бы похожий на аналогичные – и все-таки неповторимый. Его панели сделаны из самого дорогого в мире Каррарского мрамора, добываемого в Апуанских Альпах и знакомого многим по статуям Микеланджело (сорт имеет минимальную электропроводность). А сводчатые потолки и максимум естественного освещения напоминают зал музея, а не «сердца» станции.

Волховская ГЭС работает уже более 90 лет, и, нет сомнений, прослужит еще как минимум столько же. Таковы особенности гидроэнергетических объектов – меняются поколения, политические режимы, экономические расклады. Но энергия воды продолжает поступать в сеть, и остается востребованной. И, естественно, возобновляемой.

Александр Попов
Для монумента в честь строителей Волховской ГЭС использовали настоящее рабочее колесо с одной из первых турбин, установленных еще при запуске станции, в 1926 году

Факт первый: с нее началось гидростроительство в стране!

Многим известно, что Волховская ГЭС – первенец Плана ГОЭЛРО, одна из старейших действующих гидроэлектростанций России, а также исторический памятник науки и техники. Известный инженер Генрих Графтио, бюст которого сегодня в машинном зале наблюдает за самым новым, недавно модернизированным гидроагрегатом, разработал первый проект гидроэнергетического использования реки Волхов еще в 1902 году. Но столкнулся с активным противодействием владельцев паровых станций Петрограда, испугавшихся появления конкурента с дешевой электроэнергией, способной заменить киловатты, производимые на ископаемом топливе. Они развернули против строительства настоящую войну; доказывали, что ГЭС – это очень дорого, опасно (ненадежность геологического основания), да и в принципе невозможно (опыта такого строительства в стране не было). (Насколько же этот сюжет актуален и сегодня, правда, место ГЭС в нем занимают другие ВИЭ). 

Построить станцию удалось только при большевиках, когда идеи Графтио поддержал лично Владимир Ленин. Можно, конечно, сказать, что он был вынужден это сделать: после революции город на Неве столкнулся с топливным кризисом из-за прекращения поставок английского угля и трудностями транспортировки донецкого угля и бакинской нефти. Но наверняка Ленин видел и другие плюсы. Например, сооружение плотины и шлюза на порожистой части Волхова позволяло создать отличный речной путь для подвоза в Петроград грузов. В итоге вождь принял историческое решение. 

«На одном из проектов и смете Волховстроя рукой В.И. Ленина написано: «Волхов строить». И его строила вся страна, строила в тяжелые годы разрухи, без всякой техники, лопатами и тачками. Характерная деталь: на строительстве работал всего один экскаватор с ковшом емкостью 1 кубометр! На этот ковш, как на чудо, приходили посмотреть люди из окрестных деревень… Вступившая в строй в 1926 году Волховская ГЭС явилась одним из первенцев комплексного освоения рек. Она решила две проблемы: Ленинград получил гидроэлектроэнергию и были улучшены судоходные условия на Вышеволоцком водном пути, в районе Пчевских порогов. Вслед на Волховстроем были построены сотни ГЭС, но Волховская ГЭС вошла в века, в историю как первая в этой могучей семье», - писал в изданной в 1961 году книге «Сокровища наших рек» Николай Кузнецов.

Он также приводил сравнение: с 1958 года в СССР работал сверхмощный шагающий экскаватор ЭШ-20/65 с емкостью ковша 20 кубометров, для доставки которого до строительства требовалось более ста железнодорожных платформ. И заменял он труд порядка 20 тыс. землекопов. Но у «Волховстроя» такой техники еще не было, тем и впечатляющим выглядит подвиг первостроителей.

Александр Попов
Бюст инженера Генриха Графтио в машинном зале сегодня наблюдает за самым новым, недавно модернизированным гидроагрегатом

Сам вождь мирового пролетариата на Волховской станции никогда не был. Строить объект начали в 1921 году (строительство было включено в план ГОЭЛРО и стало приоритетной задачей недавно образованного советского правительства), а запустили ГЭС в эксплуатацию 19 декабря 1926 года (подачу электроэнергии ленинградским заводам станция начала еще в ночь на 5 декабря). К тому времени Ленин уже умер. Немногим позже, в 1936-м, станцию назвали его именем. И вообще здесь максимально увековечили образ вождя. Например, в конференц-зале я увидел портрет Ленина, написанный Исааком Бродским в 1927 году – на нем Ильич в полный рост стоит на фоне ГЭС, голубого неба и белоснежных облаков, чего в реальности, конечно, просто не могло случиться.

Важно даже не то, что Волховская ГЭС стала первой – именно с нее в принципе началось гидростроительство в советской России. Отрасль, которая всего за полвека окрепла до масштабов, позволивших покорить Енисей, Ангару и Амур. Но первые шаги гидростроители и гидротехники, совершали именно на берегах и в русле реки Волхов. Изначально на станции запустили четыре гидроагрегата шведского производства ASEA – своего оборудования в СССР просто не было (высоковольтные трансформаторы, выключатели, электрооборудование для собственных нужд также поставляла эта фирма). Но уже в 1927 году (то есть через год после запуска станции!) на станции заработали советские гидроагрегаты! На мраморной доске в машзале в память о тех временах высечены слова: «Ленинградским заводом «Электросила» для намеченной товарищем Лениным электрификации СССР выполнены впервые из русских материалов, русскими силами: четыре главных генератора, два вспомогательных генератора, восемь мотор-генераторов». 

Благодаря запуску Волховской ГЭС советское машиностроение в рекордно короткие сроки освоило новые технологии. И до сих пор их не растеряло – достаточно напомнить, что новые рабочие колеса для Красноярской ГЭС произвели на ЛМЗ «Силовых машин», что и полвека назад, когда эту вторую по мощности станцию в России запускали. 

После Волховской Графтио спроектировал и построил Нижне-Свирскую ГЭС, которой в 1949 году, после смерти инженера, было присвоено его имя. Первый гидроагрегат этой ГЭС был пущен в эксплуатацию 19 декабря 1933 года, причем поворотно-лопастные турбины большей мощности (по сравнению со шведскими ASEA на Волховской ГЭС) были изготовлены ЛМЗ. «За кратчайшие в истории развития техники срок с 1928 года по 1941 год на реках Советского Союза было построено большое количество гидростанций, каналов, плотин и водохранлищи для водоснабжения промышленности, для осушительных и оросительных мероприятий. Отличительной особенностью всех этих сооружений, свойственной только социалистическому народному хозяйству, является их комплексной использование. Так, первенец советского комплексного гидротехнического строительства – Волховский гидроузел – дал стране не только миллиарды киловатт-часов дешевой электроэнергии, но он также создал на реке Волхове глубоководный судоходный шлюз, ликвидировав Гостинопольские пороги, затруднявший сквозное судоходство на этой реке», - писал в 1959 году в книге «Преобразование рек СССР» профессор, д.т.н. и инженер-полковник Александр Ахутин.

Картина Исаака Бродского является фантазией художника - в реальности Ленин на Волховской ГЭС никогда не был

Юбилей Волховской ГЭС

Факт второй: с нее шел кабель жизни в блокадный Ленинград

Историческое значение Волховской ГЭС наиболее ярко проявилось в годы Великой Отечественной войны. Графтио был еще жив, и с августа 1941 года, при подходе к станции немецких войск, руководил демонтажем и вывозом оборудования. Трудно даже представить, что переживал инженер в те дни, когда на его глазах, по сути, разбирали его же детище. Почти все оборудование вывезли на Урал и в Среднюю Азию. Как вспоминал в интервью корпоративной газете ПАО «ТГК-1» ветеран и легенда ГЭС Алексей Васильев, проработавший на станции 42 года, «до начала блокады Ленинграда оборудование станции было эвакуировано – все, кроме двух вспомогательных генераторов. Что было невозможно вывезти по железной дороге, скажем, рабочие колеса турбин, осталось на месте, было заминировано и в случае сдачи Волхова подлежало уничтожению. До декабря два действующих агрегата были, можно сказать, «на пороховой бочке», на ГЭС оставалось 28 человек». 

Но уже в декабре 1941-го, после стабилизации фронта, часть оборудования (три гидроагрегата по 8 МВт) вернули и поставили под напряжение. «Тогда-то я и попал на Волховскую ГЭС, еще подростком, и стал работать с отцом, мастером механического цеха, - вспоминал Васильев. – Помню пустой машинный зал с отверстиями кратеров для турбин и генераторов. Оставшиеся рабочие их начали заделывать, восстанавливать освещение. В то же время по «дороге жизни» до станции добрались работники Ленинградской энергосистемы и заводов – чтобы восстанавливать ее. Этих едва дышащих людей в прямом смысле слова оживляли». С 7 ноября 1942 года каждая семья в Ленинграде могла на два часа в день включать лампочку мощностью в 40 Вт, что в условиях блокады выглядело чудом. Но самое главное – электрическая энергия «помогала производству мин и снарядов, лавиной обрушивавшихся на врага», писал в своей книге Кузнецов.

Трудно представить, чтобы с этой целью справился какой-то другой тип электрогенерации. А ведь тогда альтернативой были только тепловые станции – но для их работы необходимы налаженные поставки топлива. Да и дымящие трубы могли стать прекрасной мишенью для авиации противники. ГЭС же в этих условиях оказалась идеальным источником – ведь река продолжала свой бег, несмотря ни на что, и для выработки энергии нужно было только направить ее напор на агрегаты.

Необходимо было решить и вопрос с перетоком электроэнергии до Ленинграда. Сооружение всех объектов электропередачи, включая три подстанции, более 200 км воздушных линий (опорные столбы которых были вморожены в лед Ладоги) и пять ниток подводного кабеля, выполнили за 45 дней – вместо определенных Военным Советом 56 дней! Электрический кабель, проложенный по дну Ладожского озера, изготовили на заводе «Севкабель», под артобстрелами, и изолировали бумагой с водяными знаками, предназначенной для выпуска денег (другой в городе просто не нашли). Прокладывать «кабель жизни» приходилось только ночью, вблизи от линии фронта – днем было опасно из-за возможных налетов противника. Настоящий подвиг! 

В целом ввод в строй восьми главных гидроагрегатов станции суммарной мощностью 64 МВт завершили в октябре 1944 года. А полностью восстановили ГЭС к 1949 году. В 1960-х смонтировали затворы на правобережной водосбросной плотине, изначально переливного типа. А в 1970-х в ходе реконструкции были созданы щиты надстройки плотины, что позволило увеличить напор с 10 до 12,9 метров – для улучшения условий судоходства и увеличения потенциала станции. Неизменным оставался лишь удивительный по красоте ансамбль, воплощенный в жизнь архитектором Оскаром Мунцем – другом инженера Графтио.

ПАО «ТГК-1»
Электрический кабель, проложенный по дну Ладожского озера, позволил подать в блокадный Ленинград электричество. Его назвали «кабелем жизни».

Факт третий: она работает на всю систему!

В структуре ПАО «ТГК-1» (контролирующим акционером которой является «Газпром энергохолдинг») Волховская станция сегодня входит в Каскад Ладожских ГЭС (вместе с Нижне- и Верхне-Свирской ГЭС, пущенными в 1933 и 1952 годах соответственно на реке Свирь). Но в каскаде станция не работает – просто и Волхов, и Свирь впадают в Ладожское озеро, а потому для удобства управления их и объединили в «каскад». Это позволило минимизировать количество персонала – всего на Волховской ГЭС работает 37 человек, но в течение дня больше 12 работников на ней не встретишь. Из-за этого даже создается впечатление, что на станции вообще нет людей. Интересно, что в здании ГЭС никогда не было столовой для персонала – работники привыкли приносить еду с собой.

На старте установленная мощность ГЭС составляла 58 МВт, сегодня — 86 МВт. Это немного, особенно на фоне гигантов отрасли – сибирских ГЭС и крупных звеньев Волжско-Камского каскада. И даже некоторых других станций Северо-Запада. Но первые гидроэнергетические объекты в СССР, построенные именно в этом макрорегионе, обычно имели такую мощность. Кстати, «ТГК-1», которой сегодня и принадлежат все эти станции, сильно выделяется на фоне коллег-конкурентов – госхолдинга «РусГидро» (47 ГЭС, более 39 ГВт) и En+ Group Олега Дерипаски (три ступени Ангарского каскада ГЭС и вторая по мощности в России Красноярская ГЭС, всего более 15 ГВт). В структуре «ТГК-1» – 40 ГЭС в Ленинградской и Мурманской областях, а также Карелии общей мощностью всего около 3 ГВт, на которые приходится порядка 40% выработки всей компании (остальное – в основном, газовые ТЭЦ в тех же регионах). 

Долгие годы у Волховской ГЭС был крупный потребитель – Волховский алюминиевый завод. Кстати, он был первым алюминиевым заводом в СССР, и первым, построенным рядом с гидростанцией (с тех пор отрасль в основном и развивалась в комплексе с гидроэнергетикой). Завод был маленьким – всего два корпуса электролиза и литейное отделение, и выпускал порядка 24 тыс. тонн алюминия. Как рассказали «Кислород.ЛАЙФ» в ОК «РУСАЛ», с такими объемами в мире больше не существует алюминиевых производств. В декабре 2003 года предприятие разделили на химическое и металлургическое, и химия перешла под крыло компании «Метахим». С 2013 года она вошла в структуру холдинга «ФосАгро». Сейчас там выпускают минеральные удобрения. Этот завод сегодня заметен в Волхове с любой точки – как гигант химии, он постоянно дымит и выбрасывает пар из многочисленных труб. 

Алюминиевый же завод «РУСАЛ» законсервировал в 2013 году. И с тех пор, сообщили в компании, «ищет партнеров для создания совместного предприятия по производству автокомпонентов, площадка находится в собственности компании». Интересно, что в карельских Надвоицах ОК «РУСАЛ» реализовал другую схему – Ондская ГЭС, по мощности сопоставимая с Волховской, перешла в итоге под крыло алюминиевого гиганта. После чего станцию вывели с ОРЭМ и перевели на снабжение Надвоицкого алюминиевого завода. Он мощнее и новее Волховского (запуск производства состоялся в 1954 году). «РУСАЛ» планирует построить на площадке завода ЦОД для «предоставление высокотехнологичных IT-сервисов, включая специальные услуги для анализа «больших данных», машинного обучения, майнинга криптовалют». 

Волховская ГЭС же продолжает работать в интересах всей энергосистемы Северо-Запада и оставаться важным энергоузлом, обеспечивающим надежное электроснабжение потребителей Ленинградской области. По данным ОДУ Северо-Запада, выработка ГЭС в ОЭС этого макрорегиона по итогам 2017 года выросла на 6,4% по сравнению с предыдущим годом, до 14,1 млрд кВт*часов (13,1% в структуре выработки). Порядка 400 млн кВт*часов – вклад Волховской ГЭС (среднемноголетняя выработка электроэнергии — 382,5 млн кВт*часов). Интересно, что, в отличие от большинства ГЭС, Волховская не используется для покрытия пиковых нагрузок в системе – сказывается малая мощность. Станция работает, по сути, в базовом режиме, «по постоянной нагрузке», которую получает от «Системного оператора».

Факт четвертый: на ней установлены разные по мощности гидроагрегаты

Волхов – небольшая река, всего 223 км от истока в озере Ильмень до впадения в Ладожское озеро (ГЭС находится от него всего в 25 км). Общее падение реки — 14 метров, поэтому Волховская ГЭС – низконапорная ГЭС руслового типа. Расчетный напор гидроагрегатов – всего 10,5 метров. Средний многолетний расход воды — 580 кубометров в секунду, регулирующая емкость водохранилища — 35,8 млн кубов. Пропускная способность водосливной плотины – 1418 кубометров в секунду. Мощность станции выдается на напряжении 110 кВ через закрытое распределительное устройство. 

Как вспоминал бывший в 1979-2010 годах директором ГЭС Николай Ледянков, в годы полной централизации непросто было «пробить вопрос» с модернизацией станции, которая остро нуждалась в замене оборудования и реконструкции гидротехнических сооружений: «Помню, в 1970-х секретарь обкома Романов, посетив ГЭС, выразил мнение, что не надо ничего делать – пусть станция останется музеем». Но в 1990-х, как раз при Ледянкове, на ГЭС была реализована крупная программа модернизация. После чего станция может похвастаться еще одной интересной технической особенностью – разными по мощности гидроагрегатами., расположенными в одном машзале. 

Сегодня на станции работает восемь турбин: четыре мощностью 10 МВт, и столько же – по 12,25 МВт. Если посмотреть в машзал с высоты ремонтной площадки, можно легко заметить разницу. Сильно выделяются массивные корпуса новых гидроагрегатов №6, №7 и №8, которые заменили еще в 1990-х. Последний такой же под №1 ввели в эксплуатацию в 2009 году (до этого на их местах работали турбины мощностью по 9 МВт). Все они оснащены системами автоматического управления. Между ними яркими сине-желтыми вкраплениями стоят те, самые первые турбины, на которых можно увидеть и логотипы ASEA, и штампы «Электросилы».

Александр Попов
Эти яркие сине-желтые гидроагрегаты - первые, установленные еще в 1926 году и до сих пор выполняющие свою функцию

Тип турбин не изменился – все они радиально-осевые, конструктивно схожие, диаметр рабочих колес – 4,5 метра. Интересно, что в дальнейшем на низконапорных ГЭС (в том числе и на Нижне-Свирской, которую строили вслед за Волховской) стали ставить поворотно-лопастные турбины, более эффективные для работы в подобных режимах. Но в 1920-х годах гидроэнергетическое строительство делало первые шаги, и потому был сделан казавшейся в то время правильным выбор. Турбины Волховской ГЭС способны работать при низких напорах, развивая вращение в 75 оборотов в минуту. КПД у них нормальный – в среднем 86%, но генераторы работают с коэффициентом в 95-96,5%, что для гидроэнергетики является весьма неплохим показателем. 

Интересно, что на станции действует два небольших гидроагрегата по 1 МВт каждый – эти вспомогательные турбины используются для собственных нужд ГЭС, а также как страховка на случай потери внешнего энергоснабжения. Работают они от возбудителя на валу генератора. «С их помощью можно поднять станцию с нуля, они самовозбуждающиеся. На других ГЭС для этого может использоваться дизель-генератор или аккумуляторные батареи. На всех станциях должно быть несколько резервных вариантов. Но вот у нас – такое решение исторически реализовано», - объяснили «Кислород.ЛАЙФ» в дирекции ГЭС. 

Одна из главных проблем станции – шуга, рыхлая масса, напоминающая мокрый снег. «Зимой на наших реках повсеместно образуется внутриводный (донный) лед. С постройкой плотин появляется новый источник внутриводного льда – он возникает на металлических сороудерживающих решетках. На них даже при малейшем переохлаждении воды образуется внутриводный лед, решетка обмерзает, и в итоге могут остановиться гидроагрегаты ГЭС. так, например, в 1928 году внутриводный лед настолько забил решетки и водоподводящие галереи турбин Волховской гидростанции, что она остановилась. Для борьбы с обмерзанием решеток через них пропускают электричество, которое нагревает их», - писал в уже упоминавшейся книге «Сокровища наших рек» Николай Кузнецов

Для борьбы с этим природным явлением в конструкции со зданием самой ГЭС построены ледозащитная стенка, образующие вместе с водораздельной стенкой шлюза аванкамеру. Вода из реки через подводные арки ледозащитной стенки попадает в аванкамеру, а из нее к турбинам. «Мы ставим шуголовки, наблюдаем, смотрим, есть ли намерзание. С шугой никак не справиться, это природное явление. Если мы не успеем защитить решетки, мы должны будем остановиться, разгрузить станцию, и ждать, пока шуга всплывет наверх. Либо, если забились решетки, опять же останавливать, снимать решетки и оттаивать. Но шуга обычно идет недолго, пока река не замерзнет. Так что научились справляться», - рассказали «Кислород.ЛАЙФ» на станции.

https://e-strannik.livejournal.com
Два вспомогательный гидроагрегата по 1 МВт каждый (в центре) используются для собственных нужд ГЭС, а также как страховка на случай потери внешнего энергоснабжения.
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»