Об активной и пассивной гидрологической безопасности на Енисее

Известно, что цивилизации погибали от затоплений при избытке воды, процветали у воды и погибали от недостатка воды. До появления ГЭС люди стремились обеспечивать пассивную гидрологическую безопасность за счет соответствующего обустройства плотин, создающих водохранилища для борьбы с паводками и засухами. С появлением ГЭС в расчетах регулирования стока стали учитывать расход воды через турбины, то есть появилась очень существенная зависимость регулирования стока от надежной работы схем выдачи установленной мощности ГЭС в энергетическую систему и от надежности работы самой энергетической системы.

Именно поэтому необходимо различать активную гидрологическую безопасность, обеспечивающуюся всеми средствами гидроузла, включая ГЭС, и пассивную гидрологическую безопасность, которая обязана обеспечиваться без участия ГЭС.

1. Об активной гидрологической безопасности

Катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года при зимних холостых сбросах воды высветила только краешек существования проблемы обеспечения активной гидрологической безопасности.

При остановке Майнской ГЭС в многоводный год перед началом половодья максимальная расчетная пропускная способность обоих гидроузлов снижается до 11200 м³/с, а уровни воды Майнского водохранилища становятся недопустимо высокими: до 330,0 м в нижнем бьефе Саяно-Шушенского гидроузла, до 328,0 м у поселка Черемушки (подтопление прибрежной застройки поселка начинается при уровне 324,6 м).

В случае длительной остановки Красноярской ГЭС максимальная расчетная пропускная способность гидроузла снижается с 20600 до 13400 м³/с. Если учесть, что пороги поверхностного водосброса расположены на уровне 233,0 м, то заполнение порожнего объема 12,339 км³, расположенного между уровнем мертвого объем (УМО) 225,0 м и 233,0 м, произойдет без участия турбин значительно раньше, чем предусмотрено расчетами, а нижний бьеф Красноярского гидроузла окажется сухим.

Отсутствие водосброса с глубинным водозабором на любом гидроузле лишает гидроузел основного резерва гидрологической безопасности на непредвиденные обстоятельства, которым может быть только холостой сброс воды при заполнении порожнего полезного объема водохранилища.

На практике вероятностями появления расчетного притока воды и длительной остановки ГЭС пренебрегают и предполоводную сработку водохранилища осуществляют в режиме многолетнего регулирования до уровня 230,0 м, то есть исключают из регулирования около 10,0 км³ порожнего полезного объема Красноярского водохранилища. Рассчитывают, как правило, на своевременность включения в работу поверхностного водосброса. Тем самым еще в большей степени усугубляют без того тяжелое положение гидроузла, связанное с отсутствием водосброса с глубинным водозабором.

Если вероятности появления расчетного притока воды и длительной остановки ГЭС совпадут, то катастрофы избежать не удастся.

Отсутствие водосброса с глубинным водозабором на Зейском гидроузле практически исключает из регулирования стока объем водохранилища около 22,85 км³, расположенный между УМО 299,0 м и уровнем 310,0 м и лишает гидроузел основного резерва гидрологической безопасности на непредвиденные обстоятельства.

Изолированная энергосистема Востока не способна обеспечивать эффективную работу ГЭС и в летний период года, когда приток воды в водохранилище наибольший, и в зимний период времени, когда обязаны работать тепловые электростанции с повышенной нагрузкой. Если произойдет длительная остановка Зейской ГЭС, то в случае появления расчетного притока воды катастрофа окажется неизбежной.

Затопление машинного зала на строящейся Загорской ГАЭС-2 является еще одним подтверждением того, что ГЭС может оказаться в неработоспособном состоянии на длительное время по многочисленным причинам, зависящим далеко не только от ГЭС.

Расход воды через все турбины ГЭС, кратковременно работающие одновременно, является дополнительным резервом активной гидрологической безопасности гидроузла, поскольку в расчетах, как правило, используется средний надежно гарантированный расход воды через турбины обеспеченностью притока до 1%.

В любом случае необходимо решать проблему повышения пропускной способности электрических связей внутри и вне энергосистемы Сибири и Востока и в первую очередь связей ГЭС с энергосистемой.

2. О пассивной гидрологической безопасности

Пассивная гидрологическая безопасность может быть обеспечена при наличии:

– водосброса с глубинным водозабором, способным работать при частичном и полном открытии отверстий от резервного самопередвигающегося механизма подъема и опускания затворов, работающего от независимого источника питания;

– порожнего полезного объема водохранилища, расчет которого выполнен по притоку воды ежегодной вероятностью превышения расхода притока воды 0,1% без участия турбин ГЭС;

– порожнего резервного объема водохранилища, расчет которого выполнен как половина разницы объема холостого сброса воды при ежегодной вероятности превышения расхода притока воды 0,01 % + ? и 0,1%, то есть при кратковременном заполнении и опорожнении порожнего резервного объема при максимальном расходе воды через водосброс без участия турбин ГЭС;

– нижнего бьефа, обустроенного на пропуск максимального сбросного расхода воды основного расчетного случая (0,1%).

Если расчеты порожнего полезного объема предусматривают холостой сброс воды с уровней ниже НПУ с целью снижения максимальных расчетных сбросных расходов в нижние бьефы, то объемы окажутся заниженными на величину объема холостого сброса воды.

В результате регулирование стока окажется в полной зависимости от прогнозов, достоверность которых остается крайне низкой, а эксплуатация гидроузлов будет лишена основного резерва гидрологической безопасности, которым является холостой сброс воды с уровней ниже НПУ.

Если расчеты порожнего резервного объема предусматривают заполнение и опорожнение с расходом, превышающим максимальный расчетный сбросной расход основного расчетного случая, объем окажется заниженным на величину повышенного объема холостого сброса воды.

Таким образом, пассивная безопасность вышеуказанных гидроузлов может быть обеспечена только путем регулирования притока воды в водохранилище, то есть путем задержания части объема притока воды в верховье или на боковом притоке в водохранилищах, плотины которых обустроены с учетом обеспечения требований пассивной гидрологической безопасности.

Для решения проблемы активной безопасности на Енисее вполне достаточно построить Сейбинское водохранилище на Большом Енисее в Туве порожним объемом 12,6 км³ без ГЭС и схемы выдачи мощности ГЭС и создать условия для выдачи всей установленной мощности Саяно-Шушенской ГЭС напрямую в энергосистему.

В наших нормативных документах, к сожалению, отсутствуют термины гидрологическая безопасность, резерв гидрологической безопасности, активная гидрологическая безопасность и пассивная гидрологическая безопасность.

На практике пассивную гидрологическую безопасность Саяно-Шушенского гидроузла после катастрофы 17.08.2009 частично (только при опорожнении водохранилища) обеспечили с большим риском по максимальному притоку за 108 лет наблюдений (см. правую сторону диспетчерского графика).

Вовсе не случайно, совет директоров РусГидро одобрил заключение договора на разработку дополнительного диспетчерского графика Саяно-Шушенского водохранилища с уровнем максимального наполнения до отметки 536,5 м, а также временных правил использования водных ресурсов (ПИВР) водохранилищ Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса.

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!"