Теория катастроф
В первые дни после катастрофы в Хакасии царила классическая авральная неразбериха. Власти путались с числом жертв, специалисты откровенничали, что понятия не имеют, что же на самом деле произошло на станции, ну а перепуганное население ближайшего к ГЭС поселка Черемушки в массовом порядке двинуло по направлению к «местам возвышенностей».
К счастью, те, кто в панике окрестил аварию «енисейским Чернобылем», оказались не правы. Но эксперты знают - были все основания опасаться, что события могут принять самый скверный оборот. Какой именно? Расчеты специалистов показывают, что если бы вода все-таки прорвала плотину, вниз по Енисею пошла бы волна высотой от 30 до 50 метров.
Сначала эта титаническая волна разнесла бы в щепки расположенный неподалеку контррегулятор Саяно-Шушенской станции - Майнскую ГЭС (вторая плотина, ниже основной по течению). Это дало бы новый импульс водяному столбу - пройдя второй водный каскад, он обрушился бы на многочисленные городки и поселки в окрестностях Енисея. Включая 50-тысячный Саяногорск, 9-тысячные Черемушки, поселок Майна с 5 тыс. жителей и знаменитое село Шушенское. Что стало бы с ними? Проще напомнить, что ураган Катрина, полностью разрушивший Новый Орлеан и погубивший тысячи человек, сумел поднять волны «всего лишь» шестиметровой высоты...
Одно хорошо: до Красноярска стихия дошла бы сильно ослабленной. Хотя и в этом случае город могло бы изрядно потрепать: и без всякого прорыва плотины, из-за одного только сброса воды при аварии 17 августа, Енисей в районе столицы края поднялся на 73 сантиметра.
Впрочем, у четырнадцатого по величине населенного пункта России другая проблема с плотинами: если вдруг прорвет вторую по мощности ГЭС страны - Красноярскую, тогда через полчаса на 900-тысячный город обрушится волна высотой 60 метров...
Не верится? Между тем нечто подобное уже случалось. Самая крупная в мире гидрокатастрофа произошла на итальянской плотине Вайонт. Там в 1963 г. обломилась и рухнула в водохранилище часть горы объемом в четверть кубического километра. 50 млн. кубометров воды перелились через плотину: возникла волна высотой... 90 метров, которая смыла несколько окрестных поселков. В итоге число жертв превысило 2 тыс. человек.
В общем, остается только скрестить пальцы и поблагодарить небеса за то, что нечто подобное не произошло в нашей стране. Благо эксперты уверены, что вероятность такого развития событий - очень невелика. «Риск прорыва Шушенской плотины с образованием огромной волны, которая способна смыть расположенные ниже по течению города и населенные пункты, включая Красноярск, составляет менее одного процента», - успокаивает один из проектировщиков ГЭС, почетный энергетик России Валентин Межевич.
Цепочка ошибок
С другой стороны, в свое время ученые утверждали, что и шансы крупной аварии на ядерной станции - один на миллион... Так что вопрос, насколько опасны такие циклопические сооружения, как Саяно-Шушенская ГЭС, остается открытым.
Вот только несколько фактов: за последние 15 лет по всему миру разрушились более 300 из 17 тыс. крупных плотин. Что касается российских реалий, то еще 10 лет назад МЧС официально признало Саяно-Шушенскую плотину «крайне опасным объектом». Оно и понятно: специалисты давно предупреждали, что данная ГЭС - бомба замедленного действия.
Это стало ясно еще 24 года назад (в 1985 г.), после первого же крупного паводка, случившегося, как назло, именно в год окончательного пуска станции. Тогда обрушившаяся с 200-метровой высоты вода разметала, точно гальку, бетонные блоки 80-метрового колодца-водоотбойника. Между прочим, каждая плита - толщиной два метра и весом с железнодорожный локомотив, а сам водоотбойник нужен, чтобы уберечь от разрушения основание плотины в случае резкого сброса стоков.
Что было потом? Разрушив бетон, вода пробила скальное основание, на котором лежали плиты - на глубину в 7 метров. Из-за этого в 245‑метровой стене дамбы пошли трещины - на инженерном жаргоне такой поворот событий называется «фильтрация тела». К счастью, плотина устояла.
После разбора полетов выяснилось, что виной всему оказался инженерный просчет. Ну а потом, когда аварии на станции пошли косяками, оказалось, что ее разработчики ошиблись далеко не с одним только колодцем. Увы, счет инженерных промашек при проектировании Саяно-Шушенской ГЭС идет на десятки.
Самая «безобидная» из них - уникальная «перекрестно-стержневая» конструкция перекрытия окон гигантского машинного зала. Вроде бы ее создатель - Московский архитектурный институт (МАРХИ) предусмотрел все - от ветровой нагрузки до защиты от сейсмического удара (стоит учесть, что землетрясения в окрестностях Шушенской ГЭС - далеко не редкость).
Вот только в институте не учли, что во время планового сброса воды стены машинного зала очень сильно вибрируют. А металлические стержни, на которых держатся огромные витражные окна, при этом расшатываются и могут рухнуть. Итог: персоналу станции приходилось постоянно «ползать по стенам», проверяя на устойчивость тысячи узлов конструкции. Вдобавок оказалось, что крыша машзала может упасть, если толщина снежного покрова на ней приблизится к отметке 20 сантиметров. Из-за этого зимой кровлю приходится непрерывно чистить.
Кстати, сейчас от этих злосчастных «перекрестно-стержневых» окон ничего не осталось: когда 17 августа разметало в клочки три из десяти громадных турбин станции, а еще две поломало, огромные панорамные окна рухнули. Будем надеяться, что, когда зал восстановят, «стекольный просчет» больше не повторится.
Гравитационная дыра
А вот от какой ошибки избавиться практически невозможно - так это от не менее уникальной «гравитационно-арочной» конструкции титанической дамбы. Суть проблемы такова: во всем мире ГЭС строят по принципу «кирпича» - бетонная махина весом в сотни тысяч тонн перекрывает поток воды, сопротивляясь его напору своим весом.
Проблема в том, что при возведении Саяно-Шушенской ГЭС конструкторы решили сэкономить и время, и материалы. Для этого придумали такой принцип: дамба, построенная в виде арки, пружинит, упираясь своими распорками в берега. Благодаря этому сопротивление конструкции увеличивается, а значит, массу дамбы можно сделать значительно меньше, чем в случае классического «кирпича». Так и поступили: благодаря арочной конструкции удалось сэкономить 10 тыс. кубометров бетона.
Но «гениальная задумка» сработала не вполне успешно. Виной всему те самые трещины, которые пошли в бетоне после аварии 1985 года. «Тогда было разрушено более 30 тыс. куб. м конструкций и скального основания. И это при паводке вдвое слабее расчетного! Каверны и траншеи вблизи основания плотины нарушили ее прочность и дали импульс к деформации плотины, сдерживающей колоссальный напор воды в водохранилище», - объясняет один из проектировщиков дамбы, бывший начальник научно-исследовательского сектора КБ «Гидросталь» Павел Хлопенков.
Иными словами, под давлением воды плотина постепенно начала терять связь с почвой - давление ее массы на дно ослабело. В итоге со временем дамба может превратиться из «распорки-кирпича» в одну только «распорку», а на это она, мягко говоря, не рассчитана. Поэтому, чтобы не допустить катастрофы, трещины в бетоне приходится постоянно латать, используя для этого очень дорогие эпоксидные смеси.
...И тем не менее, как ни старался персонал станции, десятилетиями подлечивая давно известные больные места дамбы, беда пришла откуда не ждали. Катастрофу 17 августа не предсказал никто. Основная версия на данный момент: взявшийся невесть откуда мощный гидроудар прорвал заслонки и затопил сердце станции - машинный зал. Под этим залом расположены несколько технических этажей - в момент аварии в них работали сотни человек. Люди мгновенно ушли под воду. Есть, впрочем, и другая версия, ее озвучил член правления «Русгидро» Александр Толошинов. По его словам, никакого гидроудара не было, авария произошла из-за поломки турбины (причиной чему могла стать, например, усталость металла). Турбина пошла вразнос, разворотила стену, и в машинный зал хлынула вода...
В любом случае о масштабах аварии можно судить по тому, насколько сильно деформировались турбины. Их рабочее колесо из прочнейшей кавитационностойкой стали - около 7 м в диаметре и весит 156 тонн. Тем не менее при аварии один из этих немаленьких агрегатов подбросило вертикально вверх, он пробил многотонную крышку турбины, а затем завалился набок, раскурочив помещение зала. Итог: вышли из строя 5 из 10 турбин, а полностью уцелела только шестая турбина, в момент аварии находившаяся на профилактическом ремонте.
Помимо прочего это значит, что Саяно-Шушенская ГЭС еще очень не скоро сможет выйти на проектную мощность. Когда именно? Ремонт растянется на срок от двух до трех лет. «Сначала новые турбины надо еще изготовить, а это занимает 1,5 года. Потом их надо доставить в верховья Енисея от завода, который расположен в Ленинградской области. Дорога тут одна - по воде через Северный Ледовитый океан, получается расстояние длиной 10 тыс. километров. Из-за зимнего перерыва в навигации такой путь может отнять до полугода», - объяснили нам на заводе - производителе турбин - электротехническом объединении «Электросила».
Где построят новые плотины
Не секрет, что новые ГЭС не строились в России уже более 20 лет. Между тем еще в конце 1980-х годов в СССР разработали стратегию создания в Сибири и на Дальнем Востоке гигантского гидроэнергетического центра. Предполагалось, что этот узел возникнет на основе крупнейшей по мощности Туруханской ГЭС (12 ГВт) и ряда каскадных станций. Это должно было обеспечить дешевой энергией промышленность Урала и Сибири, а также позволило бы экспортировать огромные объемы энергии в Китай и Корею.
Но за последние 20 лет наша страна так и не достроила 16 ГЭС, возведение которых началось в 1980-е годы. Эту дыру призвана закрыть «Программа развития гидроэнергетики России на период до 2020 года и на перспективу до 2030 года». Она предполагает возведение десятков новых плотин. «АН» изучили этот громадный документ и выяснили, где именно хотят построить новые ГЭС.
Итак, наиболее масштабный мегапроект - это возведение Эвенкийского гидроэнергокомплекса. Он должен появиться на реке Нижняя Тунгуска и стать самой крупной ГЭС в России и - второй по мощности в мире (после китайской мегаплотины Санься на реке Янцзы - длиной 2,3 км и высотой 185 метров). Эвенкийский комплекс включит в себя Нижнекурейскую ГЭС, Эвенкийскую ГЭС и ее станцию-контррегулятор.
Но это - достаточно отдаленные планы, поскольку строительство Эвенкийского комплекса не начнется ранее 2015 года. А в ближайшей перспективе - уже до 2015 года - в стране появятся четыре новые ГЭС: Богучанская, Нижнебурейская, Граматухинская и Толмачевская ГЭС-4. Само собой, авторы программы не забыли про развитие европейской части страны. Прежде всего - Северо-Западного региона. Основная часть неиспользованных гидроресурсов расположена в бассейнах рек Северная Двина, Печора, Мезень, Онега. Их потенциал оценивается в 20 млрд. кВт.ч в год. Однако в связи с наличием в данных бассейнах месторождений нефти и газа строительство ГЭС там не планируется.
А вот что построят почти наверняка, так это Белопорожскую ГЭС мощностью 130 МВт. Ее возведение намечено в срок до 2020 года. Также в этом регионе появятся две ГЭС Водлинского каскада мощностью 32 и 20 МВт. Позднее, в период 2021-2030 годов, на Северо-Западе планируется возвести Иоканьгский каскад из 2 ГЭС суммарной мощностью 386 МВт, каскад Чирко-Кемь из 2 малых ГЭС мощностью 14 и 16 МВт и Рындинский каскад из 4 ГЭС общей мощностью 206 МВт.
А что планируется возвести в богатых гидроресурсами республиках Северного Кавказа? До 2015 г. там завершат строительство Кашхатау ГЭС, Зарамагских ГЭС. Также введут в строй Краснополянскую ГЭС-2, Верхнекрасногорскую, Малую Черекскую и Гоцатлинскую ГЭС.
В Сибири прежде всего появятся три новые станции на Нижней Ангаре: строящаяся Богучанская ГЭС, а также Нижнебогучанская и Выдумская ГЭС. В верховьях Енисея расконсервируют Крапивинскую ГЭС. В Бурятии достроят Мокскую ГЭС и ее контррегулятор Ивановскую ГЭС.
На Дальнем Востоке завершится строительство Светлинской ГЭС в Республике Саха (Якутия). В Амурской области появится Бурейская ГЭС, на Магадане - Усть-Среднеканская ГЭС, а на Камчатке - Толмачевская ГЭС-2.
Новая угроза
В том, что станцию отремонтируют, - сомнений нет. Но остаются два ключевых вопроса.
Прежде всего: есть ли смысл продолжать эксплуатацию настолько опасного сооружения? Конечно, машинный зал залатают, но что, если из-за трещин в уникальной «арочной» конструкции в конце концов прорвет саму дамбу? Вот тогда точно приключится второй Чернобыль...
К счастью, закрывать гордость российской энергетики нет никакой необходимости. Специалисты объясняют, что у них давно готово антиаварийное решение. Чтобы сделать дамбу надежной, нужно проложить дополнительный береговой водосброс: он спасет станцию в случае, если водохранилище, которое удерживает плотина, начнет переполняться слишком быстро.
Вот только цена спасительного решения... 5 млрд. рублей. Впрочем, она не кажется слишком высокой, учитывая, что за эти деньги построят два тоннеля внутри горы на правом берегу Енисея, а также проведут по горе пятиступенчатый каскад отводного канала.
Собственно, строительство этого «обходного пути» началось еще в 2003 году. Водосброс обещали сдать в 2010 г., но прошлой осенью работы забуксовали. А теперь судьба проекта и вовсе повисла в воздухе: по предварительным оценкам, владельцу Саяно-Шушенской ГЭС - компании «Русгидро» - понадобится более 10 млрд. руб. на срочный ремонт машинного зала станции. Поэтому ясно, что дело должно взять под контроль государство: станцию ни в коем случае нельзя запускать на полную мощность, пока не будет готов отводной канал.
И последний вопрос: какие еще ГЭС таят потенциальную угрозу?
С одной стороны, с применением неудачной «арочно-гравитационной» схемы все не так уж плохо: кроме Саяно-Шушенской плотины она использовалась только на одном проекте - Гергебильской ГЭС в Дагестане. Но эта станция в десятки раз меньше по мощности и размерам.
С другой стороны, ни одна из 80 крупных российских ГЭС не может считаться достаточно надежной. Причина проблемы давно известна. «В целом по стране износ оборудования на гидроэлектростанциях превышает 60%. А, например, Волховская ГЭС уже в четыре раза превысила заложенный в проекте рабочий ресурс оборудования», - объясняет академик РАН, почетный энергетик России Юрий Васильев.
«Взять, допустим, затвор на водосливной плотине Свирской ГЭС в Ленинградской области. Он давно нуждается в замене. Не дай бог случится серьезный паводок - все населенные пункты, расположенные вниз по течению, снесет мощной волной», - добавляет генеральный директор ЗАО «Спецгидромонтаж» Александр Алыпов.
Конечно, оборудование постепенно меняют, но очень выборочно и неспешно. Результат налицо: в последние годы по ГЭС прокатилась череда аварий. Например, в декабре 2006 г. неожиданно хлынула вода из водозабора Бурейской плотины. Работники станции чудом предотвратили попадание влаги на трансформаторы.
В том же году из-за гидроудара разорвало водозаборную камеру Гельбахской ГЭС. В результате произошел крупный выброс воды и погиб один из сотрудников станции. Ну а Усть-Хантайская ГЭС из-за цепочки аварий и вовсе вынуждена была резко снизить мощность и ограничить подачу энергии Норильску и близлежащим предприятиям.
Каков итог? Когда утонул «Курск», военный флот получил новейшие батискафы и спасательное оборудование. Когда сгорела Останкинская башня, ее ветхое электротехническое хозяйство полностью перетряхнули и расчистили многолетние завалы. И, будем надеяться, события, послужившие этому отправной точкой, больше не повторятся.
Ну а как быть с гидроэнергетикой? Тем более что большая плотина потенциально может оказаться не меньшей угрозой, чем атомная бомба? Видимо, есть только один способ обезвредить эту проблему. Прежде всего нужно немедленно провести независимую ревизию технического состояния станций. А затем, обнаружив болевые точки, срочно принять план модернизации оборудования - при этом кому помочь рублем, а кому и кнутом.
Может ли Россия обойтись без ГЭС?
Ответ - отрицательный.
Во-первых, закрыв ГЭС, мы лишим страну почти четверти электроэнергии. На гидростанции приходится 22% мощности всех электростанций России (это 18,6% выработки электроэнергии).
Во-вторых, в отличие от энергетики США, где каждый крупный город снабжен, по сути, автономной генерацией, наша энергосистема - единая. Все станции объединены в одну сеть, сибирские узлы компенсируют нехватку энергии в европейской части России. При этом именно сибирские ГЭС, в первую очередь - Саяно-Шушенская и Красноярская - работают в качестве крупнейших регуляторов перепадов напряжения в этой единой сети.
«Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются самыми «маневренными» - при необходимости они способны в считанные минуты существенно увеличить объемы выработки, покрывая пиковые нагрузки», - объясняют в компании «Русгидро».
В-третьих, если не будет ГЭС, Россия может лишиться... алюминиевой промышленности. Стоит обратить внимание, что крупнейшие ГЭС всегда соседствуют с заводами-гигантами, выплавляющими крылатый металл. Вплоть до аварии 17 августа, 75% энергии, вырабатываемой Саяно-Шушенской ГЭС, потреблял Саянский алюминиевый завод. 80% мощности Красноярской ГЭС уходит КрАЗу (Красноярский алюминиевый завод). Это сделано не случайно: производство алюминия требует огромных затрат энергии.
Поэтому такие предприятия обычно строятся одновременно с плотинами: завод «поедает» избыточную мощность станции, тем самым регулируя систему. Неспроста достройку одной из крупнейших ГЭС страны - Богучанской - отчаянно лоббирует и частично финансирует компания РусАл. Ей жизненно необходимы эти новые мощности.
В-четвертых, гидростанции - пожалуй, самый дешевый источник энергии. Для справки: себестоимость производства киловатт-часа на Шушенской и Красноярской ГЭС не превышает... 1,5 копейки. Проще говоря, норма прибыли ГЭС достигает тысяч, а то и десятков тысяч процентов. Для справки: до аварии месячная выручка Саяно-Шушенской ГЭС была более 900 млн. рублей.
Вдобавок строительство таких гигантских сооружений всегда было очень выгодно с коммерческой точки зрения. В частности, Саяно-Шушенская ГЭС обошлась государству в 8 млрд. советских рублей. Первую турбину на станции запустили в 1978 г., а уже к 1986 г. она вышла на полную проектную мощность. Причем за эти 8 лет ГЭС уже выработала 80 млрд. кВт.ч электроэнергии. Тем самым полностью возвратила государству все затраты, которые пошли на ее возведение. Таким образом, последние 23 года станция приносит чистую прибыль.
В-пятых, у нашей гидроэнергетики - блестящие перспективы. Перед ней раскинулось непаханое поле неосвоенных ресурсов. По гидропотенциалу мы стоим на втором месте в мире после Китая. Но при этом по мощности гидроагрегатов и выработке электроэнергии на ГЭС мы уступаем Канаде, Китаю, Бразилии и США. Как ни печально, но наша страна постепенно отстает в области гидроэнергетики: за последние 15 лет по производству электроэнергии на ГЭС мы переместились с третьего на пятое место в мире.
Для сравнения: в Канаде на ГЭС производят 60% всей вырабатываемой в стране энергии, в Швейцарии - 79%, в Норвегии - до 99%. В России этот показатель не превышает 20%. Сейчас общая выработка электроэнергии на наших ГЭС - 165 млрд. кВт.ч в год. А потенциально мы могли бы «выжать» из воды 850 млрд. кВт.ч в год. Проще говоря, одни только ГЭС могли бы дать стране столько энергии, сколько сейчас производят все российские электростанции.