Вторая молодость

В декабре 2017 года на Жигулевской ГЭС (Самарская область, вторая по мощности гидроэлектростанция Европы) была введена в эксплуатацию последняя новая гидротурбина – двадцатая по счету. Это событие – хороший повод поговорить о модернизации гидроэлектростанций, входящих в состав одной из крупнейших российских энергетических компаний, ПАО «РусГидро».

В 2008 году прекратило свое существование РАО «ЕЭС России», и перед возникшими в результате ее раздела энергокомпаниями встала задача масштабного обновления мощностей. Собственно, привлечение средств для модернизации и было одной из главных задач реформирования всей отрасли. Большинство гидроэлектростанций в результате реформы вошло в состав ОАО «ГидроОГК» (позднее переименованного в ПАО «РусГидро»). Более 60% акций этой компании находятся в собственности государства.

Большинство ГЭС, которые получила новая компания, отработали к тому времени более 30 лет, а значит, пришло время замены оборудования. В 2009 году произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС – и хотя она не была напрямую связана с возрастом оборудования (аварийная турбина отработала меньше нормативных 30 лет), но дала дополнительные аргументы в пользу скорейшей модернизации станций. В результате в 2011 году была принята программа комплексной модернизации, поставившая беспрецедентно амбициозную для российской энергетики задачу – замену всего оборудования с истекшим нормативным сроком службы. За прошедшие шесть лет было реализовано несколько интересных проектов, и еще больше – запущено в работу.

Жигулевская и Волжская: десятки турбин под замену

Крупнейшие станции Волжско-Камского каскада, Волжская и Жигулевская ГЭС, к данному моменту отработали более 50 лет каждая. Эти станции строились в одно время, имеют близкие параметры, их турбины одинаковы по конструкции и мощности. При этом на обеих станциях суммарно установлены 42 гидротурбины (не считая небольшой турбины рыбоподъемника на Волжской ГЭС). Масштаб предстоящей работы, даже с учетом того, что к замене гидротурбин на станциях приступили несколько ранее (к концу 2011 года было заменено шесть агрегатов на Жигулевской и восемь – на Волжской ГЭС) впечатлял. В достаточно короткие сроки предстояло заменить 28 гидротурбин мощностью более 3 ГВт; помимо этого, на Волжской ГЭС предстояло полностью заменить гидрогенераторы, а на Жигулевской – частично их реконструировать.

За изготовление оборудования взялся концерн «Силовые машины» - к слову, на входящих в его состав предприятиях были изготовлены и изначально установленные на станциях гидроагрегаты (кстати, так же случилось и на Красноярской ГЭС «ЕвроСибЭнерго» - новые рабочие колеса, которые сегодня там ставят вместо отработавших более полувека, изготовлены тем же Ленинградским металлическим заводом «Силовых машин»). Замена гидротурбин ведется быстрыми темпами – в год на каждой станции меняют по две-три штуки. Больше нельзя уже физически, части гидроагрегатов и так приходится раскладывать по всему машинному залу.

Как уже отмечено, на данный момент на Жигулевской ГЭС заменены все гидротурбины, на Волжской – обновлены 17 турбин и девять гидрогенераторов. При этом за счет повышенного КПД и увеличения пропускной способности растет и мощность гидроагрегатов, каждого – на 10,5 МВт. В результате получается солидный прирост мощности, около 400 МВт на обе станции. Для сравнения: мощность крупнейшей гидроэлектростанции, начатой строительством в России в постсоветский период, Нижне-Бурейской ГЭС, составляет 320 МВт.

Стоит также отметить, что замененные турбины Волжской и Жигулевской ГЭС мощностью по 125,5 МВт – крупнейшие по мощности турбины поворотно-лопастного типа в России.

Помимо замены турбин, меняется и другое оборудование. В первую очередь это касается распределительных устройств, от которых зависит надежность выдачи электроэнергии станции в энергосистему. На Жигулевской ГЭС в настоящее время выполнена замена большей части оборудования ОРУ 500 кВ. На Волжской решили пойти другим путем и заменить распределительное устройство на новое, закрытого типа – КРУЭ-500 кВ; эти работы должны начаться в ближайшее время.

Саратовская ГЭС. Турбины и завод

Между Волжской и Жигулевской ГЭС расположена Саратовская станция, пожалуй, самая необычная по своей конструкции в каскаде. Она имеет самый низкий напор – менее 10 метров, на ней вообще нет водосбросной плотины (отверстия водосбросов совмещены со зданием ГЭС). Наконец, на ней установлено рекордное для России количество гидроагрегатов – 24, причем трех различных типоразмеров.

Станцию постепенно начали реконструировать еще с 1990-х годов, и к настоящему времени там полностью заменили гидрогенераторы, силовые трансформаторы, оборудование распределительных устройств. В 2013-2014 годах была завершена замена уникальных, крупнейших в России горизонтальных капсульных гидроагрегатов – их также поставили «Силовые машины». Нужно отметить, что в России всего две гидроэлектростанции, на которых работают гидроагрегаты такого типа – помимо Саратовской, это еще небольшая Шекснинская ГЭС в Вологодской области. По конструкции горизонтальные капсульные гидроагрегаты напоминают подводную лодку – все их оборудование смонтировано в герметичной обтекаемой капсуле, заканчивающейся впечатляющих размеров «винтом» – рабочим колесом диаметром 7,5 метра. Горизонтальные гидротурбины Саратовской ГЭС были первыми в своем роде, экспериментальными, работали ненадежно. Но в 2005 году их вывели из эксплуатации.

Самым масштабным проектом модернизации Саратовской ГЭС стала замена вертикальных гидротурбин. При умеренной мощности в 60 МВт рабочие колеса турбин станции имеют самые большие габариты в России – их диаметр составляет 10,3 метров (рабочие колеса турбин Красноярской ГЭС имеют диаметр в 8,5 метра). На создание столь крупных турбин пришлось пойти, чтобы обеспечить необходимую мощность станции при небольшом напоре. Учитывая уникальный характер гидротурбин и высокую загруженность отечественных предприятий, в 2011 году было решено заключить договор на замену вертикальных гидротурбин с компанией VoithHydro, европейским производителем с огромным опытом. При этом в контракт было включено условие о том, что гидротурбины будут частично производиться в России. И в настоящее время в Балаково полным ходом идет строительство завода «Волга Гидро» – совместного предприятия VoithHydro и «РусГидро».

Первые новые вертикальные турбины заработали на Саратовской ГЭС в 2015 году, в настоящее время замена ведется полным ходом. Уже обновлены шесть машин, ведется замена еще трех. Особенностью станции является размещение крана машинного зала на крыше станции – это позволило снизить стоимость строительства, но для работ по замене гидроагрегатов крышу приходится разбирать. Зато вид парящего в небе огромного рабочего колеса турбины мало кого оставляет равнодушным. Традиционно, замена гидротурбин сопровождается ростом мощности станции, примерно на 10%.

Чебоксарская ГЭС. Турбина старая, внутренности – новые

Самая молодая станция Волжско-Камского Каскада, Чебоксарская ГЭС, заработала в самом конце 1980 года. При этом ее гидротурбины оказались куда более проблемными, чем турбины более старых станций. Советские инженеры решили сделать турбину Чебоксарской ГЭС полностью экологически безопасной, отказавшись от использования турбинного масла для смазки трущихся поверхностей во втулке рабочего колеса. Нет масла – нет риска того, что в результате аварии оно попадет в воду. Увы, первый блин вышел комом – новые материалы трущихся поверхностей, не требующие смазки, оказались недостаточно долговечными, что выяснилось уже после ввода турбин в работу. В результате огромные 10-метровые турбины утратили возможность разворачивать свои лопасти, для достижения оптимального КПД при данном напоре и расходе воды.

Учитывая, что сам корпус турбины и ее лопасти находятся в хорошем состоянии, было решено не заменять турбины полностью, а ограничиться их реконструкцией с полной заменой «внутренностей» – механизма разворота лопастей. Для этого турбину разбирают и отвозят на уже знакомые нам предприятия концерна «Силовые машины», где изготавливают и монтируют новый механизм разворота лопастей.

К настоящему времени реконструкцию прошли 12 из 18 гидротурбин. Также ведется работа и по модернизации части гидрогенераторов – на конструкции некоторых из них также проводили инженерный эксперимент, оказавшийся не очень удачным.

Баксанская ГЭС. Все под замену

Наиболее глубоко модернизированной гидроэлектростанцией «РусГидро» (пожалуй, и всей России) стала небольшая, мощностью всего 27 МВт, Баксанская ГЭС в Кабардино-Балкарии. Ее история вообще необычайно богата на неординарные события.

ГЭС была построена по плану ГОЭЛРО в далеком 1936 году, став одной из первых электростанций на Северном Кавказе. В 1942 году советские войска при отступлении взорвали сооружения станции – впрочем, с таким расчетом, чтобы ее можно было относительно быстро восстановить. Немцы задержались на Кавказе ненадолго и уже в январе 1943 года отступили, предварительно взорвав ГЭС еще раз – причем они-то уже не сдерживались, и Баксанская станция предстала перед советскими энергетиками в руинах.

Немедленно были начаты восстановительные работы. Выяснилось, что один из гидроагрегатов не подлежал ремонту, но подходящая машина нашлась на Дзорагетской ГЭС в Армении. В результате была проведена не имеющая аналогов в мировой истории гидроэнергетики операция по «пересадке» гидроагрегата с одной станции на другую. В 1962 году один из гидроагрегатов Баксанской ГЭС переоборудовали в испытательный стенд для отработки оптимальной формы рабочих колес для строящейся тогда Красноярской ГЭС, на тот момент крупнейшей в стране. Но после завершения этой работы экспериментальная гидротурбина осталась в работе.

В результате всех этих приключений к 2010 году Баксанская ГЭС представляла собой уже очень старую, изношенную станцию, все три турбины которой имели отличия друг от друга. Планы по постепенной модернизации станции прервало очередное чрезвычайное происшествие – 21 июля 2010 года Баксанскую ГЭС захватили и подорвали боевики. После осмотра сгоревшего машинного зала и оценки технического состояния станции в целом было принято решение комплексно заменять все – гидроагрегаты, напорные водоводы, гидротехническое и электротехническое оборудование. Фактически, станцию отстраивали заново – большая часть конструкций здания ГЭС была разобрана, поскольку старые стены не обеспечивали возросших требований по сейсмоустойчивости. При этом проектировщики сохранили исторический облик станции.

Под замену пошли силовые трансформаторы, абсолютно вся электрическая часть (в частности, вместо открытого распределительного устройства смонтировали первое на Северном Кавказе КРУЭ). Полностью заменили все затворы, реконструировали облицовку деривационного канала, построили новые акведуки деривации. Все работы завершили за два года – в декабре 2012-го станция была введена в эксплуатацию.

Каскад Кубанских ГЭС. Что нам стоит водосброс построить?

Модернизация гидроэлектростанций – это не только гидротурбины, затворы и всевозможная электротехника, это еще и реконструкция гидротехнических сооружений. По большей части это не очень зрелищные и малопонятные для специалистов вещи вроде замены бетона в зоне переменного уровня и реконструкции дренажных систем плотин. Но иногда в рамках модернизации возводят и новые сооружения – как это случилось на Егорлыкской гидроэлектростанции Каскада Кубанских ГЭС.

Сам Каскад Кубанских ГЭС – весьма примечательный объект. Это девять ГЭС и одна гидроаккумулирующая электростанция, расположенные на отходящих от Кубани оросительных каналах – Большом Ставропольском и Невинномысском. Большинство из них – деривационного типа, напор создается с помощью каналов и трубопроводов, а плотин нет вообще. Но Егорлыкская ГЭС мощностью 30 МВт – исключение, напор на этой ГЭС создается плотиной.

Станцию пустили в 1961 году, и строили ее в соответствии с идеями Хрущева, настаивавшего на максимальной экономии (собственно, здание этой ГЭС по своему внешнему виду весьма напоминает «хрущевку»). Увы, присущая тому времени экономия сказалась на долговечности водосброса ГЭС, а отремонтировать его в связи со специфичной конструкцией (труба водосброса проходит прямо под плотиной) оказалось затруднительно. Поэтому было решено построить новый водосброс, поверхностного типа. Новое сооружение возвели всего за два года и ввели в эксплуатацию в 2015 году. Его конструкция проста и надежна, а пропускная способность в 250 кубометров в секунду с запасом обеспечивает безопасность гидроузла.

Новым водосбросом модернизация ГЭС Кубанского каскада не ограничивается. В самых ближайших планах – замена силовых трансформаторов и распределительных устройств сразу на всех станциях каскада (кроме совсем недавно введенной в эксплуатацию Егорлыкской ГЭС-2), необходимое оборудование уже закуплено. При этом все распределительные устройства будут заменены на современные КРУЭ – элегазовые распредустройства закрытого типа, компактные, очень надежные и безопасные.

Программа комплексной модернизации «РусГидро» находится в самом активном этапе своей реализации. Впереди еще немало интересных проектов, таких как замена уникальных диагональных гидротурбин Зейской ГЭС, гидроагрегатов Чиркейской ГЭС (станции со второй по высоте плотной в России), модернизация сложного водохозяйственного комплекса Чирюртских ГЭС и многое другое.