На проектном напоре

Вопреки обыденным представлениям, заполнение водохранилища – процесс не стихийный: дескать, перекрыли реку, и вода сама набралась, а строго регулируемый и довольно сложный. Все годы строительства водоток Ангары шёл через шлюз и донный водосброс, который почти не влиял на уровень реки. В мае 2012 года строительный водосброс перекрыли: по сложной, специально проработанной схеме и с использованием мощных гидравлических устройств стальные затворы навсегда закрыли входы в водосброс, а его тоннели постепенно забетонировали. Поток воды был переведён на стационарный водосброс № 1. К сентябрю 2012 года уровень воды в Богучанском водохранилище поднялся на 36 метров и достиг отметки 178 метров. Это позволило персоналу ГЭС приступить к испытаниям агрегатов на холостом ходу. 

К началу 2015 года, после завершения всех работ по подготовке ложа в Красноярском крае и Иркутской области, оставалось лишь дождаться весеннего паводка, чтобы завершить процедуру. В начале мая 2015 года до проектной отметки оставался всего метр, и, несмотря на затянувшуюся весну, к середине июня водохранилище достигло проектных параметров: площадь Богучанского водохранилища уже составляет 2326 квадратных километров (в том числе в Иркутской области – 365), длина – 375 км, полный объём – 58,2 кубического километра. По площади это всего лишь пятое водохранилище в России, зато новая станция даёт треть всего производства электроэнергии в Красноярском крае. Этого вполне достаточно, чтобы полностью обеспечить, например, весьма энергоёмкую Республику Хакасия, занимающую третье место по потреблению энергии в Сибирском федеральном округе. 

– Водохранилище заполнено до проектной отметки. Для нас это означает завершение очередного этапа возведения гидростанции. Проектный уровень водохранилища позволит агрегатам ГЭС работать на оптимальном напоре, – отмечает генеральный директор ГЭС Всеволод Демченко. – Теперь станция сможет выйти на полную мощность 2997 мегаватт и производство 17,6 миллиарда киловатт-часов электроэнергии в год. У нас достаточно много потребителей среди действующих предприятий Сибири, но в новом статусе ГЭС позволяет ввести в строй Богучанский алюминиевый завод и многие другие промышленные предприятия и объекты инфраструктуры, развивающиеся в рамках проекта освоения Нижнего Приангарья. 

Плотина работает на всех

Однако ГЭС – это не только производство электроэнергии, это искусственный регулятор уровня воды в реке, являющейся крупной транспортной артерией. Енисейское речное пароходство ежегодно перевозит по реке сотни тысяч тонн грузов: оборудование для промышленных предприятий, спецтехнику, уголь и бензин, продукты и пассажиров. Со второй половины мая 2015 года Богучанская ГЭС работает в режиме поддержания навигационных уровней, то есть пропускает воды столько, чтобы даже самые тяжеловесные баржи могли пре­одолеть порожистые места. В недавнем прошлом эту обязанность, а вместе с ней и холостые сбросы, брала на себя Усть-Илимская ГЭС. 

Сейчас в это трудно поверить, но в 1930-е годы даже для речного транспорта с моторами путь от Братска до Енисея по ангарским порогам занимал два месяца – настолько сложным был фарватер. В 1970-е, после постройки Усть-Илимской ГЭС, при необходимости можно было увеличить сброс и провести тяжёлые караваны из барж через пороги на искусственной волне. Но и тогда это была сложная операция, доступная лишь самым опытным судоводителям. Богучанская ГЭС решила многие проблемы в речном судоходстве. 

Мало кто об этом задумывается, но режимы наполнения и сработки водохранилищ, пропуск паводков и прочие условия работы ГЭС устанавливают не энергетики по собственной прихоти, а Федеральное агентство водных ресурсов (Росводресурсы). ФАВР старается учитывать рекомендации Межведомственной рабочей группы, в состав которой входят представители МЧС РФ, Минсельхоза, Росрыболовства, Росморречфлота, ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы» и органов исполнительной власти субъектов федерации. Это чрезвычайно сложный процесс, потому что у каждого ведомства свои интересы, зачастую не совпадающие во времени. А чтобы и население, и предприятия могли жить и работать в нормальном режиме, ГЭС и служит тем регулятором на реке. Но для этого станция должна обладать разными инструментами. 

Уникальный водосброс

Именно для расширения диапазона возможностей и увеличения надёжности станции на Богучанской ГЭС был построен водосброс № 2, предназначенный для пропуска воды при больших паводках. Каждая ГЭС может пропускать воду через агрегаты, при этом станция может вырабатывать энергию, а для увеличения пропуска в сезон паводка используется глубинный водо­сброс. К такому типу относится, например, Иркутская ГЭС. Если этих двух режимов недостаточно, а паводки бывают сильными, на ГЭС строят водосброс – такие есть на Братской и Усть-Илимской ГЭС. В некоторых случаях, когда ГЭС находится выше густонаселённой местности и есть необходимость сократить риски до минимума, нужно строить дополнительные сооружения, что, разумеется, сложно и дорого. На Саяно-Шушенской ГЭС удалось построить дополнительный водосброс на правом берегу Енисея, но это довольно дорогостоящий проект. 

На Богучанской ГЭС нашли своё решение. Изначально водосброс не входил в состав проекта станции, созданного ещё в советские годы. Затем, уже в 2000-х годах, было принято решение о повышении уровня безопасности гидроэлектростанции путём строительства нового водо­сброса, который должен быть размещён вместо трёх планировавшихся ранее гидроагрегатов. Задача стояла нестандартная, так как водосброс необходимо было «вписать» в уже построенные сооружения. Но эта задача была успешно решена путём использования уникальной, ранее не используемой в российской гидро­энергетике ступенчатой конструкции водосброса. Чтобы понять, насколько это сложная задача, нужно представить себе размеры сооружения. Длина водосброса – 90 метров, высота – более 70 метров. При максимальном открытии всех затворов вода может сливаться через пять пролётов шириной 10 метров каждый. Водобойный колодец, принимающий на себя удар водного потока, сформирован из бетонных плит толщиной ­

4,5 метра.

На каждой ступени (полметра высотой в верхней четверти и полтора метра на остальном протяжении), рассуждали проектировщики, возникают встречные потоки воды – они-то и погасят энергию потока. Теорию нужно было проверить практикой. 23 июня на Богучанской ГЭС начались первые испытания поверхностного водосброса № 2. Сотрудники станции и представители генерального проектировщика должны были проверить соответствие режима работы водосброса проектным значениям. Программу испытаний составил генеральный проектировщик станции – ОАО «Институт Гидропроект». Было решено, что во время первого этапа откроют центральный из пяти пролётов, во время второго – два крайних, на третьем этапе – все пять. Устройство затворов позволяет регулировать расход воды от 50 до 2800 кубометров в секунду. То есть при минимальном расходе в секунду пролетает железнодорожная цистерна, а при максимальном – олимпийский плавательный бассейн длиной 50 и шириной 25 метров. 

Все участники испытаний понимали, что водосброс рассчитан на маловероятное, практически фантастическое стечение обстоятельств, при котором оказались бы переполненными Байкал, Братское и Усть-Илимское водохранилища вместе взятые. Но даже такая вероятность была учтена, и в целях повышенной безопасности был построен второй водосброс. Проектировщики да и сам персонал станции уверены, что его больше никогда не откроют, а полученная во время испытаний информация может пригодиться при строительстве других ГЭС. Поэтому при пропуске воды через ступенчатый водосброс лаборатория гидротехнических сооружений ОАО «Богучанская ГЭС» организовала непрерывные вибрационные и сейсмометрические измерения, измерение уровней воды в верхнем и нижнем бьефе с интервалом 30 минут, фото- и видеофиксацию режимов течения воды по сооружениям водо­сброса с четырёх разных точек. 

В назначенный час над ГЭС дважды проревела сирена, предупреждая всех о начинающихся испытаниях. Эксплуатационный кран, установленный на плотине, поднял многотонную стальную плиту затвора, поток воды хлынул на бетонные ступени, плавно растекаясь по всей площади водосброса. Несмотря на огромную массу воды, летящую с высоты в 30 этажей, никто из наблюдателей не почувствовал никакой вибрации. Это, конечно, не означает, что всё ограничится только собственными ощущениями специалистов: после проведения каждого этапа испытаний бетон на оголовке водосброса и ступенях осмотрят, а показания приборов подвергнут анализу. Только после этого будет принято решение о переходе к следующему этапу.

После завершения испытаний будет проведено водолазное обследование дна водобойного колодца и участка русла реки за водосбросом. Эксплуатационные службы выполнят внеочередной цикл измерений телеметрической, фильтрационной и геодезической аппаратуры и визуальный осмотр бетонных поверх­ностей в транспортном туннеле, в смотровых и кабельных галереях. Результаты испытаний станут основой для акта о готовности водосброса № 2 к постоянной эксплуатации.