Журнал «Вокруг Света» №02 за 2010 год

13 ноября 2009-го в газете «Красноярский рабочий» появилось открытое письмо жителей Хакасии и Красноярского края к президенту и премьер-министру. «Все мы очень обеспокоены состоянием плотины Саяно-Шушенской ГЭС, и не только в связи с аварией 17 августа этого года. Многое из того, что мы знали на уровне слухов, подтверждается выводами авторитетных ученых и специалистов… Обращаясь к вам, уважаемые Дмитрий Анатольевич и Владимир Владимирович, мы просим ради безопасности сотен тысяч человеческих жизней принять решение о полном спуске Саяно-Шушенского водохранилища и закрытии Саяно-Шушенской ГЭС».

Обжегшись на молоке, люди склонны дуть на воду. Но так ли беспочвенны их страхи и что на самом деле происходит с плотиной СШГЭС?

Большой скачок

В прессе сейчас много пишут о слабых места плотины, несовершенстве ее конструкции, ошибках проектировщиков и строителей. Валентин Анатольевич Стафиевский, занимавший с 1983 по 2005 год должность сначала заместителя главного инженера, а затем главного инженера станции, предлагает исходить все же из того, что новое неизбежно сопряжено с риском: «Надо понимать, что ни в мире, ни тем более в нашем государстве не было достаточного опыта проектирования таких плотин». Правда, в случае Саяно-Шушенской риск этот он оценивает как чрезмерный: «...нормы на проектирование такой мощной станции — сразу агрегаты по 640 МВт на таких высоких напорах — сохранились старые, от опыта эксплуатации равнинных станций. Практически был поставлен эксперимент». Такого рода масштабные, связанные со значительным риском эксперименты в СССР были обычной практикой. Воспетая советскими поэтами, композиторами и художниками Братская ГЭС с ее 124-метровой плотиной тоже для своего времени была уникальной. К тому же спешка, вызванная стремлением закончить стройку непременно к 7 ноября 1967 года — 50-летию Октябрьской революции, — сильно сказалась на качестве конструкций. В результате проблемы с плотиной возникают у эксплуатационников по сию пору и постоянно. Уроки Братской ГЭС были учтены при проектировании и строительстве Красноярской ГЭС, плотина которой имеет ту же высоту.

Но, в отличие от Саяно-Шушенской, плотины обеих этих станций были уникальны именно своей высотой, по конструкции же они относились к хорошо уже изученным гравитационным, то есть прямым, тяжелым, опирающимся на дно плотинам, которые ставятся на равнинных реках. Для того чтобы построить аналогичную плотину вдвое большей высоты, как планировалось в случае СШГЭС, пришлось бы уложить колоссальное количество бетона. Поэтому была выбрана более экономичная, не имеющая аналогов в мире конструкция: арочногравитационная. Это позволило уменьшить объем бетонных работ примерно на четверть.

Арочная конструкция имеет то замечательное свойство, что в ней материал работает не на изгиб, как в плоском перекрытии, а на сжатие, которое хрупкие материалы — бетон, камень, кирпич — выдерживают гораздо лучше. Арочная плотина — это, по сути, та же арка, только не вертикальная, а положенная на бок выгнутостью в сторону водохранилища и опирающаяся на высокие скальные берега. Они и воспринимают значительную часть нагрузки. Наиболее напряженные участки — места заделки арки в берег, поэтому плотина СШГЭС слева и справа врезана в скалу на глубину соответственно 15 и 10 метров.

Арочные плотины обычно строят в узком каньоне, здесь же расстояние — километр с лишним, поэтому проектировщики Саяно-Шушенской решили подстраховаться и сделать плотину отчасти гравитационной, то есть заложить такую площадь основания и такой вес, чтобы бетонная стена «держалась» не только за берега, но и за скальное дно, в которое конструкция заглублена на пять метров. Гладко было на бумаге — как пишет в своей книге генеральный директор СШГЭС с 1977 по 2001 год Валентин Брызгалов: «Опыт сооружения за сравнительно короткое время — 10–15 лет — высоких гравитационных плотин (100–125 метров) Братской, Красноярской и Усть-Илимской ГЭС был расценен как полная готовность к возведению принципиально иной конструкции плотины, к тому же вдвое превышающей высоты». Время показало — расценен ошибочно: на СШГЭС уже с пуском первого агрегата все пошло вкривь и вкось.

Саяно-Шушенская ГЭС

Строительство: с 1968 (начата отсыпка перемычек котлована) по 1990 (водохранилище заполнено до проектной отметки 540 метров). Официально принята в эксплуатацию только в 2000 году (приказ РАО «ЕЭС России» от 13.12.2000 № 690), хотя вырабатывала электроэнергию с конца 1980-х. Плотина: бетонная арочно-гравитационная высотой 245, длиной 1066, шириной в основании 110, по гребню — 25 метров. Включает левобережную глухую часть длиной 246,1, станционную часть длиной 331,8, водосбросную часть длиной 189,6 и правобережную глухую часть длиной 298,5 метра. Для ее сооружения потребовалось 9 075 000 кубометров бетона. Энергетические параметры: Мощность — 6400 МВт (вместе с Майнским гидроузлом — 6721 МВт), среднегодовая выработка 24,5 млрд кВт[?]ч. Гидроагрегаты: 10 гидрогенераторов номинальной мощности 640 МВт каждый, с номинальным напряжением 15 750 В и частотой вращения 142,8 об/мин. Масса гидрогенератора — 1860 тонн, внешний диаметр статора — 14 800 миллиметров. Номинальный расчетный напор — 194 метра водяного столба. Водохранилище: объем — 31,34 км3 (полезный объем — 15,34 км3), площадь 621 км2. Максимальный ожидаемый приток воды в водохранилище в период паводка с вероятностью (уровнем обеспеченности) 0,01% — 24 700 м3/с, с вероятностью 1% — 13 800 м3/с. Расход воды через плотину: максимальный проектный расход воды через водобойный колодец — 13 640 м3/с, реальный (при неполном открытии затворов водосбросов) — 6000–7000 м3/с. Расход через гидроагрегаты при номинальной вырабатываемой мощности станции — около 3500 м3, при мощности 3950 МВт — 2100 м3/с. Строящийся береговой водосброс обеспечит дополнительно 4000 м3/с на каждый из двух планируемых тоннелей.

Авария за аварией

В конце 1978 года на недостроенной плотине, при отсутствии каких-либо средств сброса воды в случае непредвиденных обстоятельств, был в срочном порядке (чтобы успеть к 6 декабря, дню рождения Брежнева) сдан в эксплуатацию первый гидроэнергетический агрегат. Брызгалов, ненавидевший, как всякий настоящий инженер, штурмовщину, по этому поводу пишет: «Предполагалось, что к пуску агрегата в 1978 г. будет уложено в плотину 1592 тыс. куб. м, фактически (уложили. — Прим. ред.) — 1200 тыс. куб. м». В результате к половодью 1979 года (самому большому за все время эксплуатации плотины) станция оказалась не готова. Паводок просто перехлестнул через край плотины, и 23 мая 1979 года первый агрегат и машинный зал были затоплены.

Следующая крупная авария случилась через шесть лет, и связана она с ошибками при проектировании водосбросной системы СШГЭС. Эта система зимой, когда воды мало, не работает — вся вода поступает на турбины через 10 водоводов станционной части плотины. Но в другие сезоны их пропускной способности не хватает, поэтому открывают задвижки 11 колодцев водосбросной части. Через них вода попадает на общий лоток, по форме напоминающий трамплин, и далее в так называемый водобойный колодец, расположенный у основания плотины. Нагрузки колодец, особенно во время паводка, должен выдерживать чудовищные — как если бы в него с 250-метровой высоты каждую секунду падал стандартный панельный дом.

И когда в 1985-м случилось большое половодье, вода разрушила до 80% дна колодца: бетонные плиты двухметровой толщины поток выбрасывал, как пенопластовые кубики, а крепящие их к скальному основанию анкерные болты диаметром 50 миллиметров рвал, как нитки. Такая же авария, но несколько меньшего масштаба повторилась в 1988 году.

Эксплуатационники были вынуждены ограничить пропускную способность водосбросных колодцев. Однако для потока воды есть всего два пути — либо через водосброс, либо через турбины гидроагрегатов. Но функционирование последних в режиме максимального расхода (то есть максимальной вырабатываемой мощности) на практике невозможно — может оказаться, что энергию попросту некуда будет девать.

Так, в первой половине 1990-х годов не хватало пропускной способности тогдашних линий электропередач, и станция в среднем выдавала лишь половину номинальной мощности. Из-за явно недостаточной пропускной способности водосбросов плотины сброс экстремальных (с вероятностью раз в 100 лет) или даже просто неверно предсказанных паводков практически невозможен — плотину захлестнет, как это было в 1979 году. Заметим, что на пропуск всего паводка плотина и не рассчитана. Нормальная ее эксплуатация предусматривает превентивное снижение уровня водохранилища в зимне-весенний период. Но слишком сильно снижать нельзя — летом воды может не хватить, и напор будет ниже оптимального для работы турбин.

Вопрос о строительстве дополнительного берегового водосброса, не предусмотренного проектом, обсуждался давно, но начало работ все время откладывалось. Главным образом, из-за непомерной стоимости объекта — 5,5 миллиарда рублей, что превышает годовую выручку от эксплуатации СШГЭС, составившую в самом урожайном 2006 году 3,9 миллиарда, и равно приблизительно трети стоимости всей станции. Но в 2005 году строительство началось, и первую очередь с пропускной способностью 4000 м3/с планируют завершить к июню 2010 года, то есть к периоду максимального заполнения водохранилища. Учитывая, что сброс воды через водоводы турбин после аварии стал невозможен, это более чем своевременно. Иными словами, проблема сброса к лету 2010 года так или иначе будет решена, а вот состояние самой плотины вызывает большую тревогу.