Для создания ГЭС нужны и уникальные технологии, и высочайшее мастерство инженеров, строителей и энергетиков. Ведь гидроэлектростанции ставят на службу человеку саму природу, превращая стихию в управляемый поток энергии для нашей промышленности и жизни. Что особенно важно – эта энергия возобновляемая, а значит более экологичная.

Для России роль ГЭС сложно переоценить: они дают пятую часть всей электроэнергии страны, обеспечивают водой и светом промышленные гиганты, помогают регулировать сток рек, делают возможным крупнотоннажное судоходство по Волге и Каме и способствуют устойчивости и независимости энергетической системы. Рассказываем о нескольких самых-самых ГЭС в России. Кстати, многие из них доступны для посещения.

Саяно-Шушенская ГЭС – самая высокая арочно-гравитационная плотина в мире

Конечно, начинаем мы наш рассказ с Саяно-Шушенской ГЭС, которая по праву входит во все подборки самых-самых ГЭС не только России, но и мира.

В верховьях Енисея, там, где река прорезает Саянские хребты у Саяногорска, стоит самое мощное энергетическое сооружение России – Саяно-Шушенская ГЭС. Ее установленная мощность достигает 6,4 тысячи МВт, а главный рабочий орган – плотина высотой 242 м – не имеет равных среди арочно-гравитационных сооружений планеты. На ее тело ушло около девяти миллионов кубометров бетона: этого хватило бы на автостраду через всю страну, от столицы до Тихого океана.

Плотина сдерживает 31 млрд куб. м воды, на ее нижние слои давит колоссальная масса, способная снести любое сооружение. Классическая плотина в данном случае была невозможна. Как же отечественные проектировщики решили эту проблему?

Они отказались от прямой тяжелой стены и выгнули бетонный монолит дугой радиусом 600 м, развернув ее выпуклой стороной навстречу течению. Теперь напор не опрокидывает плотину, а скользит по дуге и упирается в скальные берега каньона, куда края монолита заглублены на 10–15 м. Собственный вес конструкции принимает около 60% усилия, оставшиеся 40% несут сами горы. Парадоксальным образом вода, которую сдерживает станция, сама вдавливает плотину в камень, делая ее прочнее. Выигрыш оказался ощутимым: объем кладки сократился почти на четверть от расчетов классического варианта ГЭС, а сооружение способно переносить подземные толчки силой до восьми–девяти баллов.

Бетонная громада при этом буквально живет: летом нагревается и расширяется, зимой сжимается, ее гребень ежегодно смещается на несколько сантиметров. И это полностью соответствует проекту.

А еще Саяно-Шушенская ГЭС – это настоящий замок. Внутри монолита скрыты километры контрольных галерей и переходов. В них датчики круглосуточно отслеживают малейшие деформации.

Еще одна важная часть конструкции – это береговой водосброс. Если водохранилище наполняется быстрее обычного, лишняя вода уходит в обход турбин через береговой водосброс на правом берегу Енисея. Вместе со вторым, встроенным в тело плотины, они способны пропускать до 17 тысяч т воды в секунду, что равняется пропускной способности трех Ниагарских водопадов. Но, в отличие от природного оригинала, поток здесь не обрывается вниз без контроля: сброс идет по пяти гигантским ступеням, гасящим энергию падения. Без них вода, летящая с высоты более двухсот метров, немедленно размыла бы дно и берега Енисея. В итоге грозная стихия превращается в безопасный и невероятно эффектный спуск рукотворной реки, бегущей с горы. Не случайно сегодня Саяно-Шушенская ГЭС – это еще и туристический объект, который можно посетить с экскурсией.

Чиркейская ГЭС: какие элементы конструкции были применены впервые в мире?

Чиркейская ГЭС находится на реке Сулак, в глубине Сулакского каньона в Дагестане. Это самая мощная гидроэлектростанция Северного Кавказа: ее мощность достигает 1000 МВт. У этой ГЭС плотина арочная. Ее высота составляет 232,5 м и уступает по высоте лишь Саяно-Шушенской ГЭС, при этом оставаясь высочайшей арочной плотиной России.

Особенность конструкции – двоякая кривизна, то есть арка изогнута и по горизонтали, и по вертикали. Поэтому напор воды уходит прямо в скальные берега, а не работает на опрокидывание. Это позволило сделать сооружение предельно легким. Так, толщина гребня плотины составляет всего 6 м, а у основания – 30. Но это не единственный секрет конструкции.

Впервые в мире гидроагрегаты разместили в два ряда, а отсасывающие трубы расположили друг над другом, благодаря этому здание ГЭС получилось вдвое компактнее и поместилось в узкое ущелье.

Также на Чиркейской ГЭС впервые в СССР турбинные водоводы вынесли за грань плотины, разгрузив ее бетонное тело.

Обеспечение безопасности, как и на любой ГЭС, находится под постоянным контролем: по всей высоте сооружения проложены тоннели с датчиками, круглосуточно следящими за состоянием монолита.

Избыток воды уходит через впечатляющий тоннельный водосброс с входным пролетом шириной 22 м. Но включается в работу он крайне редко.

Сегодня станция служит главной регулирующей ступенью Сулакского каскада и опорой энергосистемы юга России: она покрывает пиковые нагрузки и страхует другие электростанции при авариях.

Над плотиной раскинулось Чиркейское водохранилище площадью 42 кв. км, крупнейший искусственный водоем Северного Кавказа. Его ярко-бирюзовый оттенок объясняется тем, что питающие его реки протекают через породы, насыщенные медью. Вместе с каньоном этот рукотворный «бирюзовый океан» давно превратил ГЭС в одну из главных инженерных достопримечательностей Кавказа, которую также можно посетить туристам.

Волховская – самая старая действующая ГЭС в России или нет?

Задайте этот вопрос любителям энергетической истории и получите совершенно разные ответы. Так, на Рудном Алтае еще в 1892 году заработала Березовская ГЭС, в Иркутской губернии ее догнала Ныгринская, в 1903 году в Ессентуках зажгла огни «Белый уголь», а с 1910 года уральская Порожская ГЭС десятилетиями носила титул старейшей действующей.

Но у каждого претендента есть изъян: одна станция осталась за границей, частные дореволюционные гидростанции гасли вместе со своими рудниками, «Белый уголь» так и не вышел на полную мощность, а «Пороги» ныне остановлены на долгий ремонт. Пальма первенства... никому не принадлежит?

Нет. Есть станция, у которой нет слабых мест в претензии на титул. Волховская ГЭС под Санкт-Петербургом – первая крупная гидроэлектростанция страны и старейшая из действующих по сей день. Ее проект был задуман еще в 1902 году, но пущена она была 19 декабря 1926 года, став первенцем большой гидроэнергетики и флагманом плана ГОЭЛРО.

Разработал проект инженер Генрих Графтио. Строили ее в годы разрухи после гражданской войны. В стройке были задействованы 15 тысяч человек. Часть оборудования, заказанного шведам, петроградские заводы сделали сами. Еще тогда вопрос импортозамещения был актуален.

Станция красива и снаружи, и изнутри. Здание ГЭС построено в духе северного модерна и отделано каррарским мрамором. Оно поставлено под углом к плотине, чтобы вместить больше машин. Инженеры продумали станцию как единый организм: нагретый агрегатами воздух отапливает машинный зал, а давление в системах поддерживает один общий насос.

Страшным испытанием для станции стала Великая Отечественная война. Когда в 1941 году фронт приблизился к Волхову, оборудование эвакуировали, а в 1942-м вернули и запустили: по дну Ладожского озера пролёг «кабель жизни», питавший блокадный Ленинград. К 1945 году ГЭС полностью восстановили.

Сегодня мощность Волховской ГЭС 86 МВт, часть ее оборудования трудится со времен пуска, а само здание признано памятником архитектуры федерального значения. В этом году ей исполняется сто лет. И все эти годы она работает.

Кстати, на территории станции есть музей, открытый для посетителей.

Усть-Хантайская ГЭС – самая северная в мире

В глубине Таймыра, на суровой реке Хантайке, стоит самая северная крупная ГЭС России и мира. Она была построена в 1963–1975 годах в зоне вечной мерзлоты, где земля не оттаивает даже летом. Ее высота составляет 72 м.

Проектировщики пошли нестандартным путем: главная плотина представляет собой бетонную оболочку, заполненную сотнями тысяч кубометров местной скальной породы и моренного грунта.

Машинный зал спрятали внутрь горы, а воду к турбинам ведут семь тоннельных водоводов диаметром шесть метров.

Вся конструкция станции продумана под экстремальные условия. Напорный фронт общей протяженностью более пяти км составляют три плотины: помимо главной каменно-набросной, реку удерживают левобережная и правобережная дамбы из каменно-земляных материалов длиной 1950 и 2520 м. Береговой водосброс способен пропустить до 4100 кубометров воды в секунду.

Холод особо учтен в проекте: оборудование и помещения рассчитаны на многолетнее пребывание в замерзшем грунте, а особая географическая изолированность комплекса стала еще одной причиной, чтобы заложить повышенный запас надежности во все системы. Ведь позвать помощь «с большой земли» таймырским энергетикам попросту некого.

ГЭС питает Норильский горно-металлургический комбинат, Дудинку и Игарку, причем энергосистема региона изолирована от единой сети страны, и от надежности станции зависит жизнь целого края.

Перед плотиной раскинулось рукотворное море посреди тундры – Хантайское водохранилище. Его площадь составляет 2230 кв. км.

В 2021 году станция пережила реконструкцию, благодаря чему ее мощность выросла с 441 до 511 МВт.

Надо отметить, что сложнейшая задача строительства ГЭС в условиях вечной мерзлоты для России вполне обыденна. В нашей стране целый ряд ГЭС работают в таких условиях. Первая в мире гидроэлектростанция на мерзлоте также построена в России. Это Мамаканская ГЭС на реке Мамакан в Иркутской области, давшая ток в конце 1961 года. Построена она для золотодобычи Бодайбинского района. На ней первой отработали технологии, которые затем применили на Таймыре, а также в Якутии и на Колыме.

И небольшой бонус. Кислогубская ПЭС – первая и единственная приливная электростанция в России

В узкой скалистой горловине Кислой губы на Баренцевом море стоит электростанция, которую запускает само море, то есть ее турбины вращают приливы и отливы.

Кислогубская ПЭС – первая и пока единственная приливная электростанция России и вторая в мире по времени пуска, состоявшегося 28 декабря 1968 года.

Дорога к ней оказалась долгой. Место для будущей станции выбрал еще в 1938 году студент Лев Бернштейн, защитивший идею в качестве дипломного проекта. Помешала война, и лишь в 1960-х замысел воплотили в жизнь.

История строительства необычна: железобетонное здание ПЭС со всем оборудованием собрали в доке под Мурманском, а затем отбуксировали по морю и усадили на подготовленное дно, дозировав горловину каменными плотинами. Такой наплавной метод избавил строителей от работ в штормовой арктической воде и почти не тронул берега.

Сама природа создала идеальный полигон: узкий фьорд глубоко вдается в сушу, а перепад воды при приливе достигает почти четырех метров. Станция изначально задумывалась как экспериментальная площадка, где отрабатывались технологии будущих морских ПЭС.

В 1994 году ее законсервировали, но в 2000-х вернули к жизни, установив новые отечественные ортогональные турбины. Сейчас ее мощность составляет 1,7 МВт. В 2007 году ПЭС присвоили имя ее создателя – Льва Бернштейна.

Сегодня ветеран приливной энергетики продолжает служить науке: здесь испытывают оборудование для морских станций, а на прилегающей территории развернут участок марикультуры, где выращивают морских обитателей в чистейшей заполярной воде.

Источник и фото: https://gge.ru/press-center/news/inzhenernye-chudesa-samye-vpechatlyayushchie-ges-rossii/?utm_source...