Сколько лет могут прослужить ГЭС?

Первые крупные ГЭС России, построенные в 1920-х — 1930-х, к настоящему времени отработали 70-80 лет. Возникает закономерный вопрос — а сколько еще лет они могут безопасно прослужить? Попробуем разобраться.

Гизельдонской ГЭС в 2014 году исполнилось 80 лет.

Для начала посмотрим, что говорят документы. А документы (конкретно, СП 58.13330.2012 Гидротехнические сооружения. Основные положения) устанавливает понятие расчетного срока службы. Для крупных гидротехнических сооружений (1 и 2 класс) он составляет 100 лет. Плотины должны проектироваться таким образом, чтобы в течение этого срока они гарантированно находились в безопасном состоянии. Означает ли это, что через 100 лет плотина рухнет? Разумеется, нет, она может безопасно эксплуатироваться и дальше, просто не менее чем за 2 года до истечения расчетного срока службы сооружения собственник должен выполнить работы по всестороннему обследованию ее состояния. После обследования (и проведения, при необходимости, работ по реконструкции) срок службы продлевается на очередные 100 лет. Таким образом, предельный срок службы гидротехнических сооружений не установлен, они могут эксплуатироваться бессрочно — до тех пор, пока в них существует необходимость.

Рыбинская ГЭС в 2016 году отметит 75-летний юбилей

Документы — документами, а что в реальности? Ведь на ГЭС, как и на любые сооружения, оказывают воздействие факторы внешней среды — вода, ветер, колебания температур и т.п. Насколько серьезно это воздействие?
Начнем с оборудования. Как показывает практика, при условии периодических ремонтов гидроагрегаты могут работать не менее 50 лет, хотя есть случаи и более продолжительной их службы. Так, на Гизельдонской ГЭС гидроагрегаты успешно работают 80 лет, на Волховской ГЭС — почти 90 лет, на малой ГЭС «Пороги» — более 100 лет. Столь же долго может эксплуатироваться и гидромеханическое оборудование (затворы плотин). Кроме того, замена оборудования с технической точки зрения не представляет собой какой-либо сложности, что и происходит — так, в рамках программы комплексной модернизации РусГидро планируется в течение 10 лет заменить все устаревшее оборудование на новое. Например, на той же Рыбинской ГЭС (которая в следующем году отметит свое 75-летие), уже заменены три гидроагрегата из шести, по остальным заключен договор на поставку, также полным ходом идет замена гидромеханического оборудования.

Теперь перейдем собственно к сооружениям. При возведении сооружений крупных ГЭС используются в основном два материала. Во-первых, это бетон (железобетон), из которого строят здания ГЭС, судоходные шлюзы, плотины. Во-вторых, это различные грунтовые материалы (песок, суглинок, камень), из которых могут возводится плотины. Часто эти материалы сочетаются (например, здание ГЭС и водосбросная плотина сделаны из бетона, а глухие плотины — из грунта), но есть немало ГЭС, построенных только с использованием бетона (та же Саяно-Шушенская).

 Саяно-Шушенская ГЭС, фото отсюда

Что может случиться с бетоном? По сути своей, бетон — это тот же камень, с тем отличием, что со временем он лишь увеличивает прочность. С бетоном, находящимся внутри гидротехнических сооружений, ничего произойти в общем случае не может — температура там меняется медленно и не очень значительно, фильтрация через бетон по швам и трещинам ничтожно мала. Бетон на поверхности сооружений, особенно в так называемой зоне переменного уровня (где периодически бетон смачивается и высыхает) находится в менее благоприятных условиях и очень медленно, но разрушается. Как правило, глубина этих разрушений не превышает 10-20 см за 50-70 и более лет эксплуатации, поскольку гидротехнический бетон отличается высоким качеством и стойкостью к неблагоприятным воздействиям. Непосредственной угрозы гидротехническим сооружениям такие повреждения не несут и в ходе ремонтных работ легко ликвидируются — поврежденный и ослабленный бетон удаляется, вместо него наносится новый. Для работ в зоне переменного уровня используются кессоны — своего рода ящики с одной открытой стороной, которой они обращены к месту работ.

Грунтовая плотина Колымской ГЭС

Что касается грунтовых плотин, то вообще сложно придумать, что может неблагоприятно повлиять на гору песка или камня весом в миллионы тонн. Ремонтные работы на них ограничиваются удалением древесно-кустарниковой растительности, периодической очисткой и при необходимости перекладкой дренажных систем, в случае с плотинами из песка — ремонтом бетонных плит, защищающих тело плотины от размыва волнами.

Плотина Proserpina, фото отсюда

Итак, с теоретической точки зрения никаких препятствий для безопасной эксплуатации крупных ГЭС в течение как минимум нескольких сотен лет нет. Но подтверждается ли теория практикой? Конечно, ГЭС со сроком эксплуатации в несколько сотен лет нет по понятным причинам (первая относительно крупная ГЭС была построена немногим более 100 лет назад), но вот плотины как таковые начали строить еще в древнем Египте. Есть ли примеры работы плотин столетиями? Да, такие примеры есть. О древних плотинах мы планируем рассказать позднее поподробнее, но приведем лишь один из примеров — находящиеся в Испании плотины Proserpina и Cornalvo были построены древними римлянами в 1-2 веке н.э., и находятся в эксплуатации по сей день, т.е. уже около 2000 лет.

Таким образом, ни нормативного, ни технического ограничения срока службы гидроэлектростанций просто не существует, и они могут эксплуатироваться до тех пор, пока в них будет необходимость. Никаких технических сложностей в организации их работы в течение сотен и даже тысяч лет нет.

Водохранилища

Также, многие думают, что срок существования водохранилищ ГЭС очень мал и в самом скором будущем они заилятся (зарастут, заболотятся) и прекратят свое существование. Далее следует вывод, что создавать новые водохранилища бессмысленно, а создание старых было ошибкой. 

Практика говорит иное!

Волжские водохранилища в результате заиливания теряют в среднем 0,04% своего полного объема в год. Т.е. за 100 лет водохранилища потеряют всего 4% своей емкости. А за 1000 лет — 40% (на самом деле меньше, вследствие уменьшения поступления наносов из-за разрушения берегов). При этом стоит учесть, что значительная часть объема водохранилищ (например, у Рыбинского водохранилища — 35%, у Саратовского так вообще 85%) — это так называемый «мертвый», не используемый объем, который и заиливается в первую очередь.

Выводы просты — срок жизни волжских водохранилищ составляет заведомо более 1000 лет. Результаты теоретических исследований подтверждаются и на практике — самим фактом продолжительного существования как природных озер, так и искусственных водохранилищ.

Самые старые плотины мира, работающие по сей день

Плотины — одни из древнейших инженерных сооружений, созданных человеком. Самая старая из известных плотин, Садд эль Кафара в Египте, была построена примерно в 3100 г. до н.э., т.е. около 5000 лет назад. Эта плотина давно выведена из работы, но ее остатки неплохо сохранились и были исследованы археологами. Но для нас более интересны древние плотины, до сих пор находящиеся в эксплуатации, ведь они являются наглядным доказательством возможности очень долгой работы и современных плотин.</p>

Плотина Cornalvo, находящаяся в эксплуатации около 1900 лет. Фото отсюда

Самой древней плотиной, до сих пор находящейся в работе, является Khlongkathun в Таиланде, которая была построена в 543 г. до н.э. Таким образом, она эксплуатируется уже более 2500 лет. К сожалению, подробной информации об этом объекте найти не удалось.

Плотина Proserpina, фото отсюда

Еще две очень старые плотины, Cornalvo и Proserpina, расположены в Испании. Обе они построены древними римлянами примерно в 100 г. н.э. с целью накопления воды для орошения полей. Плотина Cornalvo грунтовая с каменной облицовкой, представляет собой довольно солидное сооружение высотой 28 м и длиной 194 м. Плотина Proserpina тоже смешанной конструкции, грунтовая с бетонной подпорной стеной, облицованной камнем (да-да, древние римляне умели делать бетон, и неплохого качества). Эта плотина пониже (12 м), но длиннее (428 м). Эти плотины успешно пережили крушение Римской империи, захват Испании арабами, реконкисту и многое другое. Разумеется, в отличие от современных плотин гидроэлектростанций они не находились под постоянным наблюдением, и уровень эксплуатации был далек от современного — но это не помешало им выполнять свои функции многие сотни лет. Еще одна римская плотина, построенная в 284 году н.э., до сих пор работает в Сирии, в районе г.Хомс. Кстати, ее длина составляет 2 км.

Другой пример — плотина Kallanai в Индии, на реке Кавери. Построена во 2 веке нашей эры, реконструирована англичанами в 19 веке, работает и по сей день. Фото отсюда

Множество очень старых плотин расположено в Японии. Так, плотин возрастом более 300 лет там более 300, из них 8 плотин эксплуатируются более 1000 лет. Самые старые из них — плотины Ichibanike и Sumiyoshiike, построенные около 400 г. н.э. С полным списком плотин Японии можно ознакомиться вот здесь. Стоит заметить, что в Японии с ее тайфунами и высокой сейсмической активностью условия для работы гидротехнических сооружений трудно назвать простыми.

Подойдем ближе к нашим временам. Арочная плотина Almansa высотой 25 м в Испании была возведена в 1384 году, несколько раз реконструировалась. Фото отсюда

Кто-то может сказать, что все это относительно небольшие плотины. Что же, есть примеры эксплуатации и более высоких плотин. Опять же Испания, возведенная в 1594 году гравитационная плотина Tibi (Alacanti) имеет высоту 42 м, в свое время это была высочайшая плотина в мире. Не смотря на преклонный более чем 400-летний возраст — до сих пор в работе. Фото отсюда

Как мы можем убедиться, самой историей надежно продемонстрирована способность плотин (причем, созданных по весьма примитивным технологиям) надежно работать в течение нескольких сотен и даже тысяч лет, причем при довольно низком уровне эксплуатации. Современные плотины, возведенные с использованием последних достижений в области науки и техники, эксплуатируемые с постоянным контролем их состояния и при необходимости ремонтируемые, могут прослужить гораздо дольше.

Ссылки: http://blog.rushydro.ru/?p=9950

http://saiga20k.livejournal.com/79833.html

http://saiga20k.livejournal.com/79475.html#comments