Оковы для воды: Гидроэлектростанции — плюсы и минусы

Если не вдаваться в подробности классификации, плотины электростанций делятся в основном на гравитационные и арочные. Гравитационная плотина — как правило, имеющая треугольное поперечное сечение — строится из грунта, камня или бетонных блоков. Из самого термина «гравитационная» видно, что такая плотина удерживает массу воды за счет своей тяжести, — течение реки не в силах сдвинуть эту громадину с места, и вода начинает подниматься. Арочные плотины используются в горной местности. За счет своей формы (по сути это фрагмент купола, выгнутого в сторону напирающей воды) такая плотина передает нагрузку на борта каньона. Арочная плотина сложнее в строительстве, но экономичнее в смысле расхода материалов. При высоте 100 м гравитационная плотина должна иметь основание шириной 70−80 м, а у арочной плотины такой же высоты ширина основания составит всего около 5 м. Есть также плотины смешанного гравитационно-арочного типа (пример — плотина крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС) и контрфорсного типа.

Чтобы плотина выполняла свою задачу и не преподносила неприятных сюрпризов, требуется тщательное геологическое исследование створов реки в месте, где предполагается строительство ГЭС. История знает случаи, когда плотину ставили на дно, в котором находились карстовые полости. После наполнения водохранилища вода просачивалась в эти полости, а затем находила выход в нижнем бьефе. Водохранилище начинало сливаться, и, чтобы не допустить этого, в карстовые пустоты пришлось закачивать бетон, объем которого был примерно равен объему самой плотины.

Идеальным для строительства плотины является скальное дно, менее предпочтительна скользкая глинистая почва. В последнем случае при недостаточном весе плотины она может просто «уехать» по течению.

Плотина ГЭС — структурно сложное сооружение. В ее состав входят глухие плотины — через гребень которых вода не переливается (или, во всяком случае, не должна переливаться); станционные плотины, через которые вода из водохранилища поступает в камеры с турбинами, вращающими валы электрогенераторов; и водосливные плотины, через которые сбрасывается вода для регулирования уровня воды в верхнем бьефе (в водохранилище).

Система водосброса — один из ключевых элементов гидроузла. Уровень воды в перекрытой плотиной реке может значительно колебаться в зависимости от времени года и климатических факторов, таких как таяние снега и льда в верховьях или ливневые дожди. Неконтролируемый сброс воды из верхнего бьефа может привести к разрушению всей конструкции.

Пожалуй, большинство драматических событий, связанных с разрушением плотин, вызвано именно переполнением верхнего бьефа из-за попадания туда большого количества талых или ливневых вод. Последний подобный случай произошел в марте этого года в Индонезии, когда построенная еще голландскими колониальными властями в 1933 году дамба не выдержала натиска тропических ливней. Вырвавшаяся на свободу вода стала причиной гибели около ста человек. Одна из самых масштабных аварий на гидротехнических сооружениях произошла в США в 1976 году. Сначала в земляной дамбе, перекрывавшей реку Тетон (штат Айдахо), появилась небольшая течь. Поначалу на нее не обратили особого внимания, затем, когда течь стала заметнее, ее попытались ликвидировать с помощью строительной техники. В конце концов бульдозеры пришлось бросить, чтобы спасти человеческие жизни. Прорвав наконец земляную плотину, вода размыла ее за считаные минуты.

Водохранилища — пожалуй, главная «ахиллесова пята» гидроэнергетики. И именно вокруг них ведутся непрекращающиеся дискуссии между энергетиками и экологами. Очевидно, что появившиеся в результате строительства гидроузлов искусственные «моря» нельзя считать лишь неизбежным злом. Водохранилища имеют большое значение для организации судоходства и рыбопромысла, служат резервуарами питьевой воды и выполняют рекреационную функцию (как, например, каскад водохранилищ водораздельного бьефа канала им. Москвы). Часто они помогают решить проблемы паводковых наводнений в районах, лежащих ниже по течению перекрытой реки. Однако цена этому — превращение суши в дно, серьезные перемены в экологической ситуации и даже изменения климата. Нередко затапливаются леса и анаэробное гниение на отмелях больших масс растительной органики приводит к выбросу в атмосферу метана — одного из «парниковых газов». Этот факт несколько портит имидж гидроэнергетики как альтернативы сжиганию ископаемого топлива.

Дитя первых пятилеток — гигантское Рыбинское водохранилище — поглотило, как известно, огромную издревле населенную территорию в самом центре Европейской России. «Море» заполнило собой Молго-Шекснинскую низменность, образовавшуюся в результате таяния ледника. Под водой оказались сотни сел и целый город Молога, церкви, монастыри, кладбища и даже три сотни жителей, не пожелавших покинуть свою «малую родину». «Лес рубят — щепки летят» — таков был один из основополагающих принципов сталинской политики. В более гуманные времена, при строительстве других водохранилищ Волжского каскада, рукотворным морям уже не давали разливаться бесконтрольно, отдавая их береговую линию на откуп рельефу. Однако единственный способ остановить разлив воды — обваловка, то есть сооружение по установленным границам водохранилища земляных дамб. На практике это означает, что находящиеся рядом с дамбой дома, дороги или промышленные объекты оказываются ниже уровня водоема и обеспечение их безопасности становится отдельной проблемой. Речь идет не только о поддержании дамб в исправном техническом состоянии, но и об ограждении этих гидросооружений от, так сказать, человеческого фактора. Сейчас вдоль дамб некоторых водохранилищ Волжского каскада ведется милицейское патрулирование и возводятся заборы.

Нельзя забывать и еще об одной проблеме, связанной с появлением водохранилищ. Под давлением огромной массы влага просачивается в окружающий грунт, поднимая уровень грунтовых вод. Иногда этим можно воспользоваться: например, в районах, где регулярно пересыхают колодцы, запруживание местной речки поможет их наполнить. Однако, когда речь идет о макромасштабах, подъем грунтовых вод приводит к заболачиванию обширных территорий и другим малоприятным последствиям. В частности, одним из аргументов экологов, выступающих против строительства Эвенкийской ГЭС на реке Нижняя Тунгуска, является вероятная инфильтрация воды в полости, оставшиеся от проводившихся в этом районе подземных ядерных взрывов. В этом случае может возникнуть опасность попадания радиоактивных материалов в Нижнюю Тунгуску и Енисей. Создание водохранилищ также может привести к затоплению подземных коммуникаций, подвалов зданий и шахт на прилегающей территории. Разумеется, при проектировании гидроузлов подобные побочные эффекты стараются просчитывать, однако действие водной стихии не может быть предсказуемым на все 100%.

У крупных гидросоружений есть одна уникальная особенность. В отличие от шахты или карьера, их нельзя забросить, отдать на произвол сил природы. Либо плотину надо вечно поддерживать в рабочем состоянии (что практически вряд ли выполнимо), либо по истечении определенного срока гидроузел должен быть демонтирован, а водохранилище слито или превращено в замкнутый водоем. Только так можно избежать катастрофических последствий стихийного разрушения. В этом, кстати, просматриваются общие черты атомной энергетики и гидроэнергетики. Стоимость вывода из эксплуатации АЭС сравнима с затратами на ее постройку. То же самое касается и гидроэлектростанций. Сооруженные в СССР плотины ГЭС рассчитаны на работу в течение ста лет. С одной стороны, век — это немало, но с другой — некоторые гидроэлектростанции, например Жигулевская ГЭС на Волге, уже выработали около половины срока, а то и больше. Таким образом, вопрос о том, что делать с отработавшими свое гидросооружениями и во сколько обойдется их демонтаж или капитальная реконструкция, встанет уже перед ныне живущими поколениями.

Очевидно, что работа с огромными массами воды требует грамотных инженерных решений, технологической дисциплины и ответственности. К счастью, у нас в России — в стране, где ГЭС вносят огромный вклад в энергетическое хозяйство, — есть и технологии, и высококлассные специалисты, способные развивать гидроэнергетику на принципах эффективности, экологичности и безопасности.