Совсем недавно, 3 августа, Владимир Путин принял участие в пуске трех гидроагрегатов Нижне-Бурейской ГЭС, сказав при этом, что эта электростанция стала первой стройкой такого масштаба в истории современной России. Президент России прав, но есть одна «изюминка» в его словах.
Да, Нижне-Бурейская ГЭС была построена именно в наше с вами, постсоветское время. Но у российской энергетики есть несколько объектов, строительство которых началось в одну эпоху, а вот ввод в эксплуатацию – в нашу с вами. Их к какой категории надо относить – к ударным стройкам социализма или капитализма? На самом деле, для энергетиков, для единой энергетической системы России, как показывает практика, особого смысла в таком делении нет – главное, что наша ЕЭС крепнет, становится более сбалансированной, что энергии становится больше. Без ее изобилия нам не удастся реализовать развитие Дальнего Востока как национальной идеи XXI века, без новых и новых объектов электрогенерации не будет реализован проект Азиатского энергокольца, Россия не сможет «запитать» Китай, который просит давать ему 60 млрд кВт*часов ежегодно, не будет реализован план энергомоста в Японию. Так что – больше плотин, больше топливных станций, больше АЭС! Хотим быть энергетической супердержавой – значит, работы впереди много, и каждый новый запуск новой электростанции всякий раз становится новой вехой на пути к стабильному развитию новой России.
Гравитационная плотина – предмет зависти фараонов
Конечно, хочется бравым голосом перечислить кубометры бетона, размеры гидроагрегатов и мощность трансформаторов, показать, как «связаны» ГЭС Бурейская и Нижне-Бурейская, напечатать еще какие-то радостно-триумфальные слова. Можно было бы, да вот только мучает вопрос – а многие ли из тех, кто это прочитает, поймет, о чем идет речь? Кубометры грунта, бетона, воды, киловольты с мегаваттами – половина этих слов не воспринимаются, потому, что, как ни странно и не обидно, многие привыкли к наличию электричества в доме, на работе, на улице, в транспорте, что давно уже перестали задумываться, откуда оно «в розетке берется». Нам порой кажется, что так было всегда, по другому и быть не может, забывая о том, что каких-то сто лет назад электричество для наших предков было настоящим чудом, забывая о тысячах людей, своим неустанным трудом обеспечивающих нам привычный уровень комфорта.
А это нехорошо, неправильно. Поэтому, прежде, чем рассказывать о значении такого события, как запуск в эксплуатацию Нижне-Бурейской ГЭС, завершение строительства Бурейского гидроузла, аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru попробует заняться ликвидацией гидроэнергетической безграмотности. Тем более, что в случае гидроэлектростанций даже школьный курс физики особо вспоминать не придется. Ни тебе превращений атомов, ни несущихся вскачь нейтронов, ни полыхающего пламени топок. Все, что нужно – наличие логики и детского любопытства, попыток ответить на «простые» вопросы. Когда ответим на все – сам собой получится ответ на главный: а что ж на той Бурее гидростроители возились целых семь лет? За такой срок атомщики запускают в строй реактор в тысячу с лишним мегаватт, а тут-то всего 320. В общем, логический аппарат в головах – на старт.
Что такое плотина ГЭС? Нет, вот не надо про роторы-статоры, только про плотину. Большая перегородка на реке, причем перегородка с дырками, в которые идет напор воды из водохранилища и что-то там вращает, чтобы это «что-то» дало ток. Пока такого ответа достаточно. В качестве примера возьмем Бурейскую ГЭС – она побольше размером, сделана целиком из бетона, про нее рассказывать проще. Нижне-Бурейская, хоть ростом и поменьше – посложнее, поскольку она частично грунтовая, частично бетонная, эти куски еще и как-то по хитрому состыкованы друг с другом, так что «оставим на сладкое».
Бурейская ГЭС, Фото: rushydro.ru
Плотина Бурейской ГЭС целиком выполнена из бетона, его в ней, ни много ни мало, а 3,5 миллиона кубометров. Как наглядно такое представить? Наверное, в Египте многие из вас бывали, пирамиды фараонов видели, самую большую – пирамиду Хеопса точно запомнили. В ней 1,65 миллиона каменных кубов, средний вес каждого – 2,5 тонны. Значит, общий вес – около 4 миллионов тонн. И вес кубометра бетона, применяемого при строительстве плотин – тоже 2,5 тонны, то есть плотина Бурейской ГЭС – 8,75 миллионов тонн, «два с хвостиком Хеопса». Так что, когда вам говорят, что современные строители не в силах повторить искусство древних каменщиков – помните о строителях ГЭС и улыбайтесь. Да, Бурейская ГЭС, хоть и входит в десятку крупнейших в России – далеко не самая крупная, но мы сейчас не о рекордах.
Гигантский вес плотины Бурейской ГЭС – не какая-то прихоть, а технологическая необходимость. Такой вес нужен, чтобы удержать напор огромного количества воды, собранной в водохранилище, и гидростроители, не мудрствуя лукаво, называют такой тип плотин «гравитационными», поскольку именно сила гравитации держит воду. Сделана из бетона? Да, вы правильно догадались, плотина Бурейской ГЭС – гравитационная бетонная. Повторяем – простой логики, чтобы понять о ГЭС очень многое, вполне достаточно.
Раз перемычка, два перемычка и немножко котлованов
Теперь переходим к совсем уж «детским» вопросам. А как построить плотину, с чего начинать? Что, подъезжаем с двух сторон на здоровенных самосвалах и начинаем валить прямо с берега бетон в реку? Не, не получится. Плотина должна встать на дно реки, да еще и желательно, «врасти» в это самое дно. Дно Буреи в Талаканском створе, где сооружена плотина, скальное. Но откуда могла взяться уверенность, что в этой скале нет трещин, которые под таким весом станут шире, в них может хлынуть вода и закончатся все эти разрушительные процессы большим «ба-бахом». Не было такой уверенности, нужно было добраться до дна реки, чтобы обследовать его самым тщательным образом и как следует подготовить к огромной многолетней нагрузке.
Продолжаем «детские» вопросы: как добраться до дна реки, как сделать его сухим, чтобы дяденьки в строительных касках могли там «поиграться»? Моделируйте, дамы и господа! Положите на стол стандартный лист бумаги из принтера – пусть это будет река. Вам надо суметь прочертить поперек листа линию, воображая, что вдоль листа несется мощный поток воды – в случае Буреи поток был именно мощным, поскольку в Талаканском створе и берега скалисты, река зажата, потому ускоряет свой бег. Если ваша логика включена на полную мощность, ответ придет буквально через несколько минут – перегораживать реку придется в несколько этапов. Именно так, в два этапа, строительство и шло на Бурее, как, впрочем, оно всегда и идет при строительстве бетонных гравитационных плотин. Общая длина плотины – 744 метра, высота – 140. Бетонную стену высотой 140 метров – пяток девятиэтажек – видели когда-нибудь?
Строительство плотины, Фото: yandex.ru
Работа по перекрытию реки начинается с сооружения продольной перемычки, которая должна стеснить русло и при этом быть достаточно высокой, чтобы река поместилась в зауженном створе. Представим, что мы решили начать возведение плотины от левого берега реки. Установлена продольная перемычка, теперь возводим временную поперечную перемычку, чтобы река ушла в правую часть, а у нас, после осушения, появилась возможность приступить к работам. Выглядит этот этап работы приблизительно вот так – это не Бурея, зато видны продольная и временная поперечная перемычки:
Этап строительных работ по возведению плотины ГЭС, Фото: gazeta.ru
Строители называют все вот эти временные перемычки и котлованы «первичными» – так понятнее, о чем идет речь. Какие дальнейшие этапы – снова подскажет логика. Начинали мы, условно, от левого берега и добрались до середины реки. Как будем добираться до правого берега-то? Если просто убрать поперечную перемычку, нужного результата мы не получим, дно правой части реки по-прежнему будет находиться под водой. Если поставить поперечную перемычку в правой части реки, вся вода устремится к свежепостроенной части плотины и будет переливаться через верх, но разве это порядок? Нет. Значит, в первой, левой части плотины должен быть предусмотрен водосброс – река должна иметь возможность проходить сквозь левую часть плотины, пока не будут завершены работы по возведению ее правой части.
Этап строительных работ по возведению плотины ГЭС, Фото: kp.ru
Вот только после того, как обустроен временный водосброс, можно ставить перемычку правой части реки. Водосброс именно временный, после завершения строительства плотины он становится не нужен – следовательно, инженеры должны были предусмотреть – и предусмотрели – возможность ликвидации этого «временного безобразия». Наличие временных водосбросов позволило уменьшить сроки строительства – левую часть плотины не стали доводить до отметки 140 метров, левую поперечную перемычку убрали сразу после того, как плотину подняли на высоту, которая по проекту была задумана выше уровня воды. Пока в правой части, в котловане второй очереди, шла работа на дне реки, росла все выше левая часть – работы шли одновременно.
Нулевой уровень тоже бывает вершиной
Стоп, как-то мы решили легко отделаться – «работа на дне реки». Что за работа такая, сколько времени тут было потрачено? Снова – просто логика, ее снова будет достаточно. Котлован осушен, вся вода теперь течет за продольной перемычкой, можно и под ноги посмотреть. На дне реки в скале есть трещины? Придется зачистить, чтобы дойти до надежного слоя. Как? Да только буро-взрывными работами, вариантов нет. И это тоже настоящее искусство, ведь бурение и взрывы не должны привести к появлению новых трещин или к расширению уже имеющихся. Съем скалы на дне Буреи был не очень глубоким – в пределах 3-4 метров. Мелкошурповые заряды, взрыв, удаление разрушенного слоя, который предварительно пришлось рыхлить. Да-да, по старинке, отбойными молотками да ломами. Неважно, какой век на дворе – от этой работы никуда не денешься. И, само собой, все полагающиеся дополнительные работы – временные дороги, по которым грузовики вывозили полученный щебень, который стал наполнителем для бетона, места для складирования и обработки этого щебня.
Бурейское водохранилище, Фото: rushydro.ru
Ладно, добрались до здорового слоя скалы, все лишнее ликвидировали и вывезли. Все, можно приступать к бетонным работам? Снова включаем логику. Плотина запланирована высотой 140 метров, глубина водохранилища – 122 метра. Выдержит основание плотины не только ее вес, но еще и постоянное воздействие вот такого объема воды? Не будет ли вода просачиваться под основанием плотины, угрожая ее тотальным обвалом? Будет, законы физики никто не отменял. Как бороться? В плотине Бурейской ГЭС использован комплексный подход – дренаж и цементационная завеса. Начинали с обустройства завесы, вот только это слово, хоть и однокоренное со словом «занавеска», ничего общего с ней не имеет. Это взаимно перекрывающиеся скважины диаметром от 60 до 100 см, уходящих в глубину на 50-60 метров. Пробурили первую очередь, забетонировали, бурим вторую очередь – между скважинами первой очереди, и тоже бетонируем. Закончили и тут же приступили к созданию системы дренажа, в данном случае это вертикальные скважины диаметром от 15 до 30 см. Профильтровавшаяся в них вода попадает в продольные галереи, а из них отводится трубами в нижний бьеф гидроузла. Вот только после всего этого гидростроители могли принимать первые поздравления – они дошли до отметки «ноль». Временные перегородки, осушение, съем слоя скального грунта, цементная завеса, дренаж – вот это все пришлось проделать, чтобы добраться до вожделенного «ноля». Времени гидростроители много тратят? А как по другому-то, если мы хотим плотину всерьез и надолго, а не заготовку для «большого ба-баха». Только так, все остальные дороги ведут в пропасть. Исключительно для краткости изложения мы опускаем подробное описание того, как обустраивается сцепление краев плотины с берегами, это тоже большая и сложная работа. В случае Талаканского створа, как уже сказано, гидростроители имели дело со скалистыми берегами и им пришлось немало повозиться, чтобы скрепить бетон и скалы, чтобы еще и укрепить эти скалы, поскольку всяческих трещин в них было немало.
Бетонные работы как произведение искусства
Вот только после этого настала очередь для бетонных работ на теле самой плотины. Полуграмотные «рафшаны и джамшуты» к ним, однако, не подпускались и на пушечный выстрел. Плотина – это место для лучших из лучших в своей профессии, каждая плотина это настоящее произведение искусства. Да, творцы тут не у мольбертов с кистями в руках, тут творят при помощи сварочных аппаратов, резаков и буров, тут ритм задают не контрабасом, а поворотом стрелы крана, дирижируют тут прорабы, не боящиеся крепких слов. Но такой труд – это действительно искусство высочайшей пробы – сваривая каркас плотины, не порепетируешь предварительно, а неправильно расположенный шурфовый взрыватель – не холст, на который капнула краска, ошибку так просто не исправить, все этапы работы приходится выполнять с первого захода. Вы только представьте себе качество бетона и его укладки в нижние слои плотины, требования ко всем решеткам арматуры, каркаса, на которые давит основной вес ее тела, которые постоянно под водой, которая в буквальном смысле слова лупит по стене, всячески пытаясь устранить это препятствие. Удары напорных струй, истирание поверхности водой, содержащей каменную мелочь или песок – это то, что не требует дополнительных объяснений, а вот о кавитации мы поговорим при следующем подходящем случае.
[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=aA46QNZJ98A[/embedyt]
Гидротехнический бетон должен выдерживать удары и истирание, должен быть водонепроницаем, морозоустойчив и соответствовать обычному набору требований, предъявляемому ко всем бетонам. Масса плотины Бурейской ГЭС настолько велика, что потребовала еще и специальных мер по обеспечению трещиностойкости бетона в строительный период. Во время гидратации (присоединения воды к веществу) бетонный массив разогревается, причем делает это неравномерно, температура внутри массива выше, на внешних гранях, контактирующих с воздухом – значительно ниже. Чтобы рассчитать состав компонент бетона, в Талакане использовались данные лабораторных исследований свойств бетона, поскольку уровень качества каждого слоя, каждого сантиметра бетона должен был быть – и был – высочайшим. И случаев, когда уже изготовленный бетон отправляли на переделку, поскольку слишком разным оказывался, к примеру, размер щебенки или не хватало долей процента содержания цемента – тоже хватало. Да, как вы наверняка уже поняли – в поселке Талакан появился бетонный завод, который и обеспечивал гигантские запросы стройки. Это опять же к тому «чем там так долго занимаются строители, чего они так возятся с этими своими плотинами».
Низовая грань плотины Бурейской ГЭС – вибрированный морозостойкий и водонепроницаемый бетон. Для центральной части плотины был использован достаточно новый метод – она выполнена из малоцементного укатанного бетона. Технология строительства плотин при помощи укатанного бетона была разработана в 70-е годы прошлого века и сейчас используется практически повсеместно. Послойно отсыпается жесткий бетонный слой, который тут же укатывается катками, что позволяет значительно увеличить скорость проведения работ и снизить их стоимость. Но так построена именно центральная часть плотины – слои укатанного бетона идут от одного температурно-осадочного шва, от одной внешней стены, выполненной из высококачественного вибрированного бетона, до другой – точно такой же. Из общего объема бетона, уложенного в тело плотины Бурейской ГЭС – 3,5 миллиона кубометров, один миллион кубометров приходится на укатанный. С укатанным бетоном работы шли быстро, но для внешних слоев вибрированного бетона технология соблюдалась до последней закорючки. Сказано «ждать год до набора бетоном прочности» – значит, год и ждем, никаких ударных темпов и досрочных рапортов. Не то место.
Вид сверху на водоводы и силовые трансформаторы Бурейской ГЭС, Фото: rushydro.ru
Чем еще было сложно бетонирование этой плотины? Ну, к примеру, она отнюдь не одинакова по всей длине, разные части плотины сконструированы по разному. Причины очевидны, ведь плотина должна одновременно поддерживать уровень воды в водохранилище и пропускать поток, который необходим для работы гидроагрегатов. От берегов идут глухие части плотины (195 метров слева и 225 метров справа), слив воды через которые не предусмотрен в принципе, в центре организованы водосливная часть длиной 180 метров и станционная часть длиной 150 метров. Названия говорят сами за себя: плотина обеспечивает возможность холостого сброса воды на тот случай, если в верхнем бьефе (бьеф — часть реки, примыкающая к плотине) уровень воды поднимется выше критической отметки и аккуратную доставку воды к гидроагрегатом. Ну, и поскольку средняя температура января в районе ГЭС -31, а средняя температура июля +19, плотина разделена температурно-осадочными швами через каждые 12-15 метров. На этой фотографии отлично видна левая глухая часть плотины, ближе к центру плотины – водосливная часть, в центре – машинный зал, в котором и установлено оборудование, которое, собственно говоря, и делает все это сложнейшее сооружение электростанцией – гидроагрегаты.
Бурейская ГЭС, Фото: rushydro.ru
Расстояние, с которого сделана вот это фотография, немалое, иначе вся эта громадина просто не влезает в кадр. Видите 6 каменных труб? На Бурейской ГЭС установлены 6 гидроагрегатов мощностью 335 МВт каждый, и для того, чтобы они выдавали вот такое количество электроэнергии, через радиально-осевые турбины должно проходить 360 кубометров воды в секунду. Чтобы обеспечить такой поток воды и были построены вот эти шесть водоводов, которые кажутся «просто трубами». Внутренний диаметр каждого водовода – 8,5 метров. Вот фотография, которая позволяет увидеть их в «полный рост»:
Водоводы Бурейской ГЭС, Фото: yandex.ru
Рукотворный водопад
Если воды в водохранилище набирается слишком много – возникает риск того, что она пойдет через край, смывая всё и вся. Кроме того, в ночное время нередко случается, что единой энергосистеме не требуется весь объем электроэнергии, который может выдать Бурейская ГЭС – спят по ночам и люди, и заводы с фабриками. А реке эти проблемы по барабану, она продолжает пополнять и пополнять чашу водохранилища. Значит, нужно иметь возможность сбросить ее «вхолостую», мимо турбин гидроагрегатов. Слив плотины Бурейской ГЭС – верховой, вода идет по трем чашам, ваннам, каналам – называйте как угодно. С учетом прекрасного, замечательного характера Буреи, который становится особенно милым во время муссонных дождей, максимальный расход воды, который может быть пропущен через водослив плотины – 10’400 кубометров в секунду. Во что бы такое пересчитать, чтобы было понятно, о чем речь… Ну, вот стандартный бассейн – 25 метров на 50 и 3 метра глубины, то есть воды в нем 3’750 кубометров. Через водослив плотины Бурейской ГЭС проносится 3 бассейна воды в секунду. Как это выглядит? Вот, полюбуйтесь:
Водослив на Бурейской ГЭС, Фото: rushydro.ru
Водослив на Бурейской ГЭС, Фото: rushydro.ru
Теперь присмотримся к конструкции водосброса, когда эти струйки воды не мешают рассмотреть конструкцию:
Бурейская ГЭС, Фото: sputniknews-uz.com
Видите – центральный водосток прямой, в нижние части боковых немного «завернуты» в центр? Тут нет ничего случайного. Максимальный напор воды, падающий со 140-метровой высоты, если его не регулировать, за несколько лет выбьет на дне нижнего бьефа такую яму, в которую способен провалиться кусок плотины со всеми отсюда вытекающими последствиями. Поэтому три потока направлены друг на друга – сталкиваясь, они взаимно гасят собственную энергию. От станционной части плотины водосброс в нижнем бьефе отделен разделительным устоем длиной 180 метров, чтобы возникающая волна не могла побеспокоить гидроагрегаты. Водостоки не доходят до поверхности воды – они ударяются в самый настоящий трамплин, который обеспечивает отброс потока воды на 160 метров от плотины, что мы, собственно говоря, и видим на фотографиях выше. Водостоки, конечно же, регулируются затворами, которые поднимаются-опускаются при помощи козлового крана грузоподъемностью 180 тонн. Гидростроители и есть настоящие наследники строителей египетских пирамид, тут все не просто большое, а огромное и местами даже колоссальное.
Машинный зал – «сердце» ГЭС
Посмотрев на водосток, давайте-ка переберемся внутрь машинного зала. 150 метров на 33 метра и 7 метров высоты. И тут все не просто большое, а огромное. 35’000 кубометров объем зала, вот такой размер. Вот его красивый вид:
Гидроагрегаты Бурейской ГЭС, Фото: rushydro.ru
А вот вид рабочий, на котором видна работа козлового крана, грузоподъемность которого – 780 тонн. Зачем так много? Да ведь турбины тут весят только чуточку меньше, а их время от времени приходится ремонтировать, приходится поднимать…
Начало «большой экскурсии»
Но вот об этих «колесиках» и всяких разных «проводках» толщиной в руку – уже не в этой статье. В этой мы просто познакомились с миром гидроэлектростанций, увидев всего один тип плотины, всего один способ покорения реки. Мир гидроэнергетики огромен и красив, так что нам есть, о чем рассказывать. Плотины арочные и контрфорсные, грунтовые и каменно-набросные, низконапорные и наоборот – предназначенные для высокого напора. Электростанции плотинные и приплотинные, деривационные, с шлюзами для судоходства и без них, рыбопропускные и водозаборные сооружения, системы водоочистки. Турбины радиально-осевые, поворотно-лопастные, ковшовые, ОРУ и КРУЭ силовые кабели и трансформаторы, ЛЭП и подстанции – это все неполный список того, с чем приходится управляться гидроэнергетикам для того, чтобы горела «лампочка Ильича» в каждом доме и квартире.
Мы надеемся, что после вот такого описания того, что в СМИ называют беспредельно коротким термином – «строительство плотины ГЭС» – у вас, уважаемые читатели, появилось понимание того, насколько сложна эта работа и почему на возведение плотин и монтаж оборудования уходит немало времени. Описание, разумеется, далеко не полное, но кое-что вы можете вообразить и сами. Ну, к примеру, как сложность и сроки проведения работ связаны с фразой «средняя температура января в районе строительства Бурейской ГЭС составляет -31 градус, рекордная отметка минус 57 градусов». Представили? Наверное, захотелось горячего чая и пледом ноги обернуть…
Кому-то наш рассказ показался скучным – тут уж не обессудьте, просто нам активно не нравятся рассказы о «технологической отсталости России», население которой ходит в ватниках, в обнимку с пьяным медведем, который то и дело норовит заиграть на балалайке, пока хозяин лаптем водку из самовара черпает. Несколько тысяч человек – вот коллектив такой стройки, при этом за рамками нашего сегодняшнего гидроэнергетического ликбеза остался рассказ об электрическом оборудовании, о самих турбинах, о генераторах, трансформаторах.
Надеемся, что рассказ о ГЭС не будет последним, а следующая статья будет посвящена истории создания проекта и строительства Бурейского гидрокаскада. Предлагаем считать сегодняшнюю статью предисловием, при помощи которого мы постарались «оживить» скупые строчки новостных агентств. На ГЭС интересно смотреть не только во время торжественных церемоний пуска в эксплуатацию, каждый этап строительства интересен и красив.
Фото: baikal-info.ru