Гидротехника в свете будущих вызовов (Гидро 2010)
(с конференции в Лиссабоне – 26…29 сентября 2010 г.)

проф. В.А. Духовный, НИЦ МКВК

Ежегодные Конференции "Гидро и Плотины" обычно собирают большое количество участников. Нынешняя Конференция в Лиссабоне не была исключением – она собрала на выставку и 24 сессии более 2000 человек под лозунгом "Встретим потребности изменяющегося мира".
Ключевой доклад бывшего главного специалиста Всемирного Банка по водным ресурсам Джона Бриско сразу насторожил – МФИ вернулись к финансированию крупных гидроузлов как источников решения проблемы устойчивого развития. Энергия и вода – две очень нужные жизненные композиции. Но как они выглядят?
Ныне более 75 % мировой коммерческой энергии производится на тепловых станциях (угле, газе, нефти, ядерном топливе). Предполагаемых запасов этого топлива хватит не более 200-300 лет. В то же время производство энергии на душу населения растет, хоть и резко отличается: Европейские страны и Япония – от 5000 до 10000 кВт часов, США – 14000 кВт часов, Норвегия – 26000 кВт часов, Китай – 1800 кВт часов, Индия – 700 кВт часов. Естественно, что Индия с её темпами роста будет стремиться догнать Китай, а потом и развитые страны. Глобальные гидроресурсы составляют 2800000 МегаВатт, а в настоящее время установленная мощность составляет 900000 МегаВатт или 32 % (Sharma Hari, 4.02).
Докладчик откровенно развенчал политику Банка на протяжении почти 25 лет (с 1980 до 2003 г.), когда под влиянием "очень зеленого движения" – как борьбы против плотин Сардар Сарвак в Индии, а также Доклада Комиссии по большим плотинам вложения в инфраструктуру воды упали к 2000 году в 2,5 раза, в орошаемое земледелие – с 20 % в 1975 г. до 3 % в 2000 г. Оппозиция стран "полностью обеспечивающих себя и энергией и продуктами питания" к нуждам "голодающих и обездоленных стран" была преодолена постепенно лишь под влиянием давления переходных стран (Китай, Бразилия, Индия), которые развивают эту инфраструктуру собственными силами, и вызывала к соревнованию "поворот верблюда Всемирного Банка" к финансированию этих объектов. Однако говорить, что произошел возврат на старую сторону – неверно. Приоритет в развитии гидроэнергетики был отдан разработке мероприятий по снижению риска и системной эксплуатации гидроэнергетических комплексов.
Большое внимание в гидроэнергетике уделяется ныне разработке Стратегии эксплуатации, политике и процедурам.
EDP – "Энергетический производитель Португалии" разработал специальное руководство по подготовке такой стратегии. Она включат:

• сбор, обработку, тщательный анализ текущих эксплуатационных параметров в режиме реального времени;
• оценку гибкости и многоцелевых способностей эксплуатационной команды, обеспеченной эффективным и детально разработанным инструктажем поддержания объектов;
• развитие и усиление вибрационного мониторинга и аналитической системы для оценки возможности инфраструктурных элементов.

Главные показатели, проанализированные за 15 лет (Пауло Костас Сильва) (20.01):

• общая возможность;
• планируемые перерывы в развитии;
• непредусмотренные перерывы в работе.

Этот же опыт описан в работе (20.02) [1]
Несколько другой подход в том же направлении был предусмотрен на опыте немецкой гидроэнергетической сети (BEW). Была поставлена задача стандартизировать эксплуатационную стратегию на примере двух ГЭС, одна из которых была реконструирована, а вторая – должна была подлежать реконструкции. Цель стратегии – определить в каких направлениях нужно изменить современную систему управления для повышения экономической эффективности и снижения возможных рисков. Для этого анализу подверглись:

• детальная процедура выявления отклонений  в нормальной работе;
• вовлечение ответственных специалистов в выработку рекомендаций;
• системный анализ и стандартизация процедур для сравниваемых участков ГЭС;
• разработка численных показателей работы, чтобы сделать более прозрачным все затраты.

В среднем приведенные затраты были снижены на 28 % и риск уменьшен на 18 %.
Процедура разработана фирмой Dr. Kalaitris Partner GmbH (20.04).
Норвежские специалисты (DHV) проанализировали риск безопасной работы ГЭС в Западной Европе и в Азии. Установлено, что фатальный риск в Европе в 10-20 раз меньше, чем  аналогичный в Азии. Предлагается определенная методика, которая может значительно снизить риск в работе ГЭС в развивающихся странах (20.05). Обзор динамических показателей и факторов нестабильности с их влиянием на состояние гидротехнических машин выполнен в работе швейцарских и канадских специалистов (20.07). Непредусмотренный уровень пульсаций потока, гидравлические удары, вибрация потока возникающая при эксплуатации турбин, генераторов, насосов влияют на оборудование всех видов, камеры и даже сооружения. Нынешняя эксплуатация предъявляет большие требования к изменению режимов, усиливающие нестандартные явления. Обобщение наиболее важных случаев и закономерностей на основе прошлых и текущих исследований представлено в виде рекомендаций, опубликованных в сотрудничестве с Канадской "Электрической Ассоциацией (CEATI International) и "Andriz Hydro", Швейцария. Различные гидравлически возникающие явления нестабильности, вызывающие вибрацию, структурированы в практическом порядке с оценкой их влияния, частотой возникновения, рекомендациями по устранению. Даны меры также по снижению риска таких явлений в работе ГЭС. Указываются ограничения международных стандартов. 22.05 – Руководство и роль SH (обзор Университета Кембриджа).
Португальское Гидроэнергетическое производство (EDP) (22.06) не выдвигало большие планы, начиная с 1992 г.,  сосредоточив все внимание на увеличении их эффективности и учете рисков. Однако в 2010 г. Правительство решило возобновить сооружения ГЭС и постройку водохранилищ с целью снижения влияния изменения климата и необходимости усиления многолетнего регулирования стока. Однако невозможность работы в этом направлении по старым методам привела к значительному изменению подходов и проектированию и возведения таких сооружений. Главное внимание уделяется устойчивому развитию, системе коммуникаций и информаций и вовлечению местных стейкхолдеров, также как и широкого круга местных официальных ведомств, экологов и т.д.
Оценка всей окружающей территории, на которую будет влиять такое новое строительство, сопровождается прогнозом изменения доходов и расчетом потерь, которые могут получить различные участники. Детальное вовлечение всех местных участников, их информация, сбор их мнений и предложений может помочь в бесконфликтном пуске в эксплуатацию, особо, если будут достаточно продуманы и осуществлены компенсационные мероприятия. Вовлечение специалистов, экономистов и социальных мобилизаторов – обязательный элемент этого развития.
Аналогичную работу проводят норвежские компании, работающие у себя на родине и во Вьетнаме (22.07). Во внимание берется отношение между лидерами сообщества и затрагиваемыми персональными субъектами, собственность на землю, доступ к ресурсам ранее и в будущем, социальное неравенство и возможность его снижения (или усиления), возможная помощь наиболее бедному населению, экономические возможности и т.д.
Нарастание проблем в гидроэнергетике и работе водохранилищных узлов становится заиление водохранилищ. Организация наблюдений за поступлением наносов, их осаждением, их источниками ставится очень важным для оценки срока службы водохранилищ (24.01) Институт IHE-UNESCO (P. Boerliu, D. Roelviuk) разработали систему математических моделей процессов заиления в больших резервуарах (24.02). В качестве методов борьбы с заилением демонстрируются:

• опыт Франции на плотине Ризанессе на Корсике по применению транзитных затворов (24.04);
• применение специального режима попусков из водохранилищ Мерроу в Судане в интересах сброса наносов через нижерасположенные водосбросы (24.05);
• возможность применения основы гидроциклонов для сброса наносов в Австралии (24.06);
• промывка резервуаров с использованием крупнейших отстойников;
• опыт проекта Насна Джакри (24.07) и проекта Baspa – фаза II HE (24.09).

Исключительно большой интерес вызвал доклад директора института ВНИИГ д-ра Берлиндера о результатах расследования и мерах по устранению последствий Саяно-Шушенской катастрофы. Комиссия по расследованию аварии из четырех рассматриваемых причин склонилась к выводу, что авария произошла в результате разрыва крепежных 6 болтов 2-го гидроагрегата, что вызвало вырыв генератора и турбины, затопление за 30 секунд всего машинного зала, остановку электроэнергии. Все люди общей численностью 75 человек, бывшие в машзале, погибли. Средний износ всех болтов разрушенной турбины составил 64,9 %. Строительная часть не пострадала. Расход, проходивший через плотину при максимуме 9400 м3/сек, достигал 2350 м3/сек.
В настоящее время произведен ремонт на 4 агрегатах, которые частично пущены в эксплуатацию. 3 агрегата на капремонт и 3 агрегата – на новое изготовление. Примечательно, что эта одна из высочайших плотин в мире в сложных климатических и гидроэнергетических условиях прекрасно выдержала аварийную ситуацию. Тем не менее, из этой трагической истории должны быть сделаны соответствующие выводы:

1. В работе таких крупных водохозяйственных комплексов постоянная проверка рабочего состояния всех агрегатов, машин, механизмов, отдельных сооружений обязательная, также как и создание условий жизнеобеспечения оборудования в момент отключения (или в случае аварии на энергосистеме. Резервное питание таких гидроузлов, независимо от исходного состояния, обязательно. Особо это важно для кранового оборудования, для которого должны предусматриваться резервные самостоятельные дизельные агрегаты на случай погашения всех линий. Резервирование в целом является условием безопасности таких сооружений.
2. Контрольная проверка состояния оборудования должна проводиться эксплуатационщиками совместно с производителями оборудования не менее 1 раза в год.
3. Исходя из анализа происшествия катастрофы должны быть пересмотрены все "Правила эксплуатации крупных гидроузлов на реках", включая и "Правила эксплуатации крупных насосных станций".
4. В сложном комплексе взаимодействия – "водное управление – собственники ГЭС – системные управляющие энергопотоками и поставками" приоритет должен быть отдан органам водного хозяйства, которые должны ежеквартально проверять надежность эксплуатации всех сооружений и готовность персонала к аварийным ситуациям. Именно они должны утверждать "Правила эксплуатации крупных водохозяйственных комплексов" и тщательно следить за их исполнением. Нынешние указания системных операторов, идущие в разрез с этими правилами, не должны выполняться. С этих позиций опыт Узбекистана, организовавшего специальный "Государственный комитет по надзору за большими сооружениями" при Кабинете Министров Узбекистана очень показателен.

Пример Саяно-Шушенской ГЭС должен насторожить – энергетикам нельзя доверять управлять водой. Водой должны управлять водохозяйственные органы, а энергетики использовать ту воду, которую им могут выделять по режиму реки.
В целом, отмечая большой интерес к проблемам гидроэнергетики, следует отметить абсолютный недоучет складывающейся ныне ситуации, когда гидроэнергетика пытается диктовать все свои требования и по режимам попусков, и по экономическим подходам всем потребителям. Этот вопрос был поднят мною на секции "Многоцелевого использования водных ресурсов", возглавляемой ведущим экспертом Всемирного Банка Дарьял Филдс. Будучи приглашен туда как эксперт, я отметил, что все доклады касались вопросов национального использования ресурсов, в которых гидроэнергетика превалировала (опыт Китая, опыт Чили, ключевой доклад А. Бисваса). Тем не менее, комплексное использование трансграничных рек пока не имеет положительных примеров кроме США-Канада и Индия-Пакистан. Более того, все более и более нагнетается напряженность в зонах водного дефицита, где гидроэнергетика пытается выставлять свои требования  верхних водосборов как приоритеты.
Определенный интерес представляют широкое использование наливных водохранилищ с агрегатами двустороннего действия (турбина-насос). В Португалии и Испании построены крупные такие комплексы мощностью 325-400 МегаВатт низкого напора (70 м), В Португалии – Гирабалтас и Аламера (800 м), в Испании (Миралес 2) (Voith Hydro). Развиваются работы по использованию метода "стена в грунте" в строительстве и ремонте водохранилищ. В 2006-2007 году таким методом отремонтировано земляное ядро Ингури ГЭС в Грузии. Аналогично в Шри Ланка для ликвидации утечек через дно и боковую фильтрацию, через  карсты на плотине водохранилища Саманолавева высотой 105 м была построена "стена в грунте" глубиной 100 м и 1300 м длиной. В ней было использовано 13,400  тн цемента и 50000 м3 глины. Аналогично бетонная "стена в грунте" была применена в Австралии на плотине Хинзе для снижения потерь воды, после того как грунтовая "стена" не сработала.

[1]. Указанные в скобках номера дают ссылку на индекс докладов на Конференции, имеющихся в библиотеке НИЦ МКВК. При желании можно получить текст на английском языке бесплатно или за оплату перевода – на русском.