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