Самая большая ГЭС и бетонная плотина в мире.

Некоторое время назад интересовался этим проектом. Грандиозное сооружение. А тут недавно подоспел информационный повод:

5 июля 2012 года о введении в строй последнего энергоблока крупнейшего в мире гидроэнергетического узла "Санься" /"Три ущелья"/ объявлено в Китае. Таким образом, расположенная в среднем течении реки Янцзы ГЭС вышла на полную мощность.

Впервые одновременно заработали все 32 турбины станции, совокупная мощность которых достигает 22,4 млн Квт. Это событие совпало с началом паводкового сезона, сообщает местная печать.

Сооружение гидроузла, в который было вложено почти 30 млрд долларов, началось в 1993 году. Реализация масштабного проекта потребовала переселения из региона около 1,3 млн сельских жителей.

В 2006 году была достроена крупнейшая в мире плотина, а спустя два года ввели в эксплуатацию 26 энергоблоков ГЭС на обоих берегах гигантского водохранилища. Затем их число увеличили еще на шесть за счет установки гидроагрегатов мощностью по 700 тыс кВт в подземном машинном зале.

Давайте подробнее посмотрим и прочитаем про это творение рук человеческих.

Гидроэлектростанция «Три ущелья» («Санься») на реке Янцзы в Китае занимает в гидроэнергетике особое место. Очень уж много в ней «самого-самого» – самая мощная и дорогая электростанция в мире, самое большое количество переселяемого населения, самые жаркие дебаты вокруг ее строительства.

Встав на пути реки Янцзы – главной водной артерии страны, она даже недостроенная уверенно держала первенство среди плотин мира по физическим размерам, объемам использованных стройматериалов и потраченных денежных средств, а гидроэлектростанция при ней – по количеству вырабатываемой  электроэнергии.

Река Янцзы является крупнейшей водной артерией Китая и одной из мощнейших рек мира. Значительная часть течения реки проходит по горным районам, а учитывая тот факт, что исток реки находится в Тибете на высоте 5600 м, огромный гидроэнергетический потенциал реки очевиден. Одним из наиболее привлекательных для освоения участков реки является район «Трех ущелий», где река прорывается через горы Ушань и выходит на равнину. Сочетание узкой долины, больших падений и значительных расходов реки создало условия для строительства огромной гидроэлектростанции.

Идею строительства в этом месте крупной ГЭС выдвинул еще в 1919 году первый президент Китая Сунь Ят Сен. В 1932 году предварительными проработками проекта занялось правительство Чан Кайши, затем началась японо-китайская война и проектом заинтересовались японские инженеры. После того, как японцев выгнали, в створе работали американцы, после чего дело застопорилось в связи с гражданской войной. После победы коммунистов, Мао Цзедун также поддержал проект, особенно после разрушительного наводнения 1954 года, унесшего жизни более чем 30 тысяч человек. На помощь китайцам пришли советские инженеры, проводившие изыскания в створе и составившие схему использования реки.

Клкиабельно 3000 рх

Однако, далее в Китае началась известная «культурная революция», и руководству страны стало не до ГЭС. Кроме того, испортились отношения с СССР, а со странами Запада у председателя Мао они всегда были плохими; собственными же силами построить столь масштабный объект китайцы тогда не могли. Было решено начать освоение Янцзы с проекта поменьше, а именно с ГЭС Гэчжоуба – гидроэлектростанции руслового типа мощностью 3,15 ГВт ниже по течению, которая сейчас выполняет роль контррегулятора для «Трех ущелий». Ее строительство, начатое в 1970 году, к 1988 году было завершено, и встал вопрос о том, что строить дальше.

Кликабельно 4000 рх, панорама

К этому моменту Китай уже мог позволить себе самые масштабные проекты, но решиться на строительство самой большой и дорогой электростанции в мире было не так просто. Рассматривались разные варианты, в частности создания вместо одной грандиозной плотины трех поменьше, но необходимость создания емкого водохранилища, способного защитить нижележащие земли от наводнений, стала серьезным аргументом для строительство одной большой плотины. Решение о строительстве было принято высшим органом управления страной – Всекитайским собранием народных представителей в 1992 году, из 2633 делегатов поддержали проект 1767 человек.

Строительство ГЭС началось 14 декабря 1994 года. Река была перекрыта в 1997 году, в 2003 году пущен первый гидроагрегат, в 2006 году завершено строительство плотины. Что же получилось в итоге?

При всей своей грандиозности, в конструктивном плане ГЭС «Три ущелья» довольно проста. Это типичная гравитационная бетонная плотина с поверхностным водосбросом, очень похожую конструкцию имеет например Красноярская ГЭС. Высота плотины – 185 м, длина – 2,3 км, в плотину и здание ГЭС уложено 27,2 миллиона кубометров бетона. Водосброс расположен по центру плотины и рассчитан на пропуск 116 000 м3/с воды (только вдумайтесь – в секунду более чем со стометровой высоты обрушивается более чем 100 тысяч тонн воды!).

Для столь масштабного сооружения, одним зданием ГЭС обойтись не удалось, и их у «Трех Ущелий» целых три – левобережное (14 гидроагрегатов), правобережное (12 гидроагрегатов) и подземное (6 гидроагрегатов). Итого, на станции 32(!) гидроагрегата мощностью по 700 МВт, не считая двух «небольших» (по 50 МВт) гидроагрегатов собственных нужд. Таким образом, общая мощность станции после завершения строительства составит 22,5 ГВт, а среднегодовая выработка – около 100 млрд.кВт.ч. На данный же момент (ноябрь 2011) еще не закончены работы по монтажу и наладке трех гидроагрегатов в подземном здании ГЭС, соответственно мощность станции составляет 20,4 ГВт. Для сравнения, находящаяся на втором месте бразильская ГЭС Итайпу имеет мощность 14 ГВт.

Электроэнергия с ГЭС выдается по сети ЛЭП напряжением 500 кВ, как переменного, так и постоянного тока. ГЭС должна играть роль центра создаваемой единой энергосистемы Китая. Когда строительство станции только начиналось, то планировалось, что «Три ущелья» будут обеспечивать 10% потребности Китая в электроэнергии; однако, энергопотребление росло такими темпами, что сейчас эта цифра сократилась до 2%.

Кликабельно 4000 рх, панорама

Особое значение при строительстве ГЭС уделено обеспечению судоходства. Речной транспорт на Янцзы развит очень хорошо (река-то не замерзает) и имеет большое значение. Обычно, на таких напорах пропуск судов осуществляется через судоподъемники (например, такой установлен на Красноярской ГЭС с высотой плотины 121 м). Судоподъемник на «Трех ущельях» тоже есть (точнее, строится), но он предназначен для пропуска в основном пассажирских судов весом до 3000 т. Грузовые же суда пропускаются через уникальные двухниточные пятиступенчатые шлюзы, рассчитанные на суда водоизмещение до 10 000 т. Водохранилище ГЭС кардинально улучшило условия для судоходства, грузопоток вырос в 5-6 раз.

Плотина станции создала крупное водохранилище общей емкостью 39 км3, из которых полезная емкость составляет 22 км3. Такая емкость позволяет эффективно использовать водохранилище ГЭС для защиты от наводнений; согласно расчетам, вероятность сильных наводнений после ввода плотины снижена с 10% до 1% в год. В 2010 году, плотина прошла испытание сильнейшим наводнением – при притоке в 70 000 м3/с (максимальный за 130 лет!) вниз сбрасывалось почти вдвое меньше – 40 000 м3/с, остальное аккумулировалось в водохранилище, уровень которого вырос за сутки на 3 м. Это позволило спасти множество жизней и предотвратить многомиллиардный ущерб.

В засушливые периоды года аккумулированная в водохранилище вода срабатывается, что позволяет использовать ее для орошения.

Однако, за большое и емкое водохранилище пришлось заплатить (в прямом и переносном смысле) большую цену. На новые места жительства пришлось переселить 1,24 миллиона(!) человек, в том числе население двух довольно крупных городов. В зоне затопления оказалось 1300 археологических объектов (впрочем, они были детально исследованы и частично вынесены на незатопляемые отметки). На подготовку зоны затопления ушло около половины общих затрат проекта, оцениваемых в 22,5 млрд.$. Впрочем, только за счет выработки электроэнергии эти колоссальные затраты окупятся за 10 лет после окончания строительства.

«Три ущелья» – самая большая, но отнюдь не последняя ГЭС на Янцзы. Выше по течению строится целый каскад из весьма солидных станций, который после завершения станет крупнейшим по мощности в мире. Но это уже тема для отдельного разговора.

"Три ущелья" призваны не только вырабатывать в огромных масштабах "чистую" электроэнергию, но и предотвращать масштабные наводнения в бассейне Янцзы.

В то же время, все большее число экспертов сейчас признают, что сооружение такого мегакомплекса, наряду с огромными положительными достижениями, обернулось и рядом побочных негативных последствий. Считается, что этот объект нарушил экологическое равновесие в регионе, провоцирует геологические катастрофы, участившиеся засухи и аномальные природные явления.

Клкиабельно  4000 рх

Дамба «Три ущелья» – грандиозное сооружение 2309 м в длину, 600 м в ширину и 185 м в высоту. Для сравнения: самая большая дамба в мире до 2006 года – Гранд Кули в США имеет лишь 1592 м в длину, 503 м в ширину и 168 м в высоту. И если возведение самой большой американской плотины потребовало 9,16 млн кубометров бетона, то на «Три ущелья» его ушло уже 28 млн кубометров.

Строительство ГЭС началось в 1992 году, окончание строительства запланировано на 2010 год.

Состав сооружений ГЭС:

• гравитационная бетонная плотина длиной 2309 м и высотой 185 м;
• левобережное приплотинное здание ГЭС с 14 гидроагрегатами;
• правобережное приплотинное здание ГЭС с 12 гидроагрегатами;
• правобережное подземное здание ГЭС с 6 гидроагрегатами;
• двухниточный пятиступенчатый судоходный шлюз (в основном предназначен для грузовых судов, время прохода шлюзов около 4 часов);
• судоподъемник (в основном предназначен для пассажирских судов, грузоподъёмность 3 000 т., время подъёма 30 мин.)

Проектная мощность ГЭС — 22,4 ГВт, среднегодовая выработка на 2008 год составила 80,8 млрд кВт·ч. В трёх зданиях ГЭС должны быть размещены 32 радиально-осевых гидроагрегата мощностью по 700 МВт, работающих при максимальном напоре 113 м. После добавления подземного машинного зала количество вырабатываемого электричества в год будет в бо́льшей степени зависеть от размера паводка на Янцзы, для оработки которого и предназначены
дополнительные электрогенераторы.

Напорные сооружения ГЭС образуют крупное водохранилище, при создании которого было затоплено 27 820 га обрабатываемых земель, переселяется ок. 1,2 млн человек. Под воду ушли города Ваньсянь и Ушань.

Ниже по течению плотины.

Одной из причин строительства дамбы на Янцзы – самой большой реки Китая, были постоянные паводки, которые выливались в по-настоящему катастрофические наводнения. За тысячелетие их произошло 215. При этом последнее совсем недавно – в 1998 году, в разгар реализации проекта «Три ущелья». На тот момент уже была построена временная плотина отводящая русло Янцзы от участка под основное строительство. Однако, она никак не могла помешать обычному буйству природы. В результате разлив Янцзы 1998 года унес 4000 жизней крестьян, возделывавших землю ниже по течению реки, 14 млн человек лишил домов. Общие экономические потери страны тогда были оценены в $24 млн.

Однако, печальные последствия наводнения 1998 года как аргумент в пользу своей позиции используют и сторонники, и противники проекта «Три ущелья». Сторонники утверждают, что теперь, благодаря контролю за спуском паводковых вод, предусмотренному плотиной, траурные церемонии по жертвам наводнений остались в прошлом. Противники же наоборот убеждены, что главная трагедия еще впереди. Дело в том, что в результате строительства дамбы в районе ущелий Цюйтан, Уся и Силин в центральной провинции Хубэй образовалось водохранилище размером в 1000 кв километров и глубиной в 175 метров. Таким образом, на плотину давят своей массой 22 млрд кубометров воды. Если – не дай Бог – плотина обрушится, например, в результате землетрясения, то последствия этого обрушения невозможно даже вообразить, ведь по берегам Янцзы проживает 360 млн человек и в ее дельте находится большая часть сельскохозяйственных земель.

Помимо землетрясения причиной обрушения плотины может стать и сверхпаводок, в результате чего вода может перелиться через край дамбы и подточить дно у ее основания. История знает примеры таких трагедий. Так, в середине XX века в штате Пенсильвания, США, проливной дождь вызвал паводок, в результате которого вода попросту перелилась через край бетонной плотины. Падая с высоты в несколько десятков метров, вода с такой силой ударялась о речное дно у основания плотины, что ее фундамент поплыл, и она рухнула, освободив дорогу заточенной в неволе реке Аустине. Небольшой городок Джорджтаун, который находился вниз по течению, смыло с лица земли стеной воды высотой 18 метров. Более 2000 человек пропали без вести. Другими словами, масштаб катастрофы был таким, что не нашли даже тел погибших.

Ошибочная оценка свойств глины, находившейся в основании сооружения, стала причиной разрушения Безенской плотины в Вогезах во Франции. Четыре населенных пункта и 150 человеческих жизней – итог катастрофы. Да и самая крупная катастрофа в послевоенной Европе тоже произошла из-за обрушения плотины. Дамба Мольпассе во французском Провансе недалеко от города Фрежюсон в 1959 году полностью повторила сценарий Пенсильванской катастрофы, унеся более тысячи человеческих жизней. И это при том, что высота дамбы Мольпассе была всего 65,5 метров, т.е. ровно втрое ниже плотины «Три ущелья».

Правда, именно эта трагедия заставила инженеров всего мира пересмотреть принципы установки фундаментов всех будущих плотин. С тех пор фундаменты плотин ставятся на бетонные подошвы различной формы, цель которых укрепить дно и распылить массы падающей воды таким образом, чтобы она, утрачивая большую часть своей разрушительной силы, не размывала грунт.

Клкиабельно 4000 рх

Система распыления водной массы есть и на плотине «Три ущелья», но противникам мегапроекта долгожданного спокойствия это не приносит. А все потому, что трагедий, связанных с функционированием плотин в истории – такая же череда, как фамильных портретов в гостиной Баскервиль-холла. И каждая из них теоретически готова повториться в трех ущельях.

Кликабельно

Другая проблема плотин такого масштаба – бетон и его свойства. Теоретически даже маленькая трещина в теле плотины может привести к полному ее разрушению, а избежать этих микротрещин, когда имеешь дело с таким количеством бетона, почти невозможно. Причина кроется в свойствах этого распространенного строительного материала.

Агрегаты ГЭС

Бетон состоит из цемента, воды и песка, которые, образуя бетонную смесь, нагреваются. При этом в естественных условиях бетон застывает от внешних сторон внутрь, и когда остужается слишком большое количество бетона, он долго остается горячим внутри. В результате он остывает и, соответственно, сжимается позже внешней оболочки, и таким образом вероятность деформации формы заливки и возникновения трещин весьма высока. Например, для того, чтобы естественным образом остудить то количество бетона, которое потребовалось для знаменитой плотины Гувера на реке Колорадо в США, потребовалось бы 125 лет. Чтобы сократить этот процесс до 22 месяцев американские инженеры замуровали в тело плотины более 950 км стальных бетонных труб, по которым пускали воду, охлаждаемую на специально построенном для этого заводе. Тем не менее, окончательно плотина Гувера продолжает затвердевать до сих пор. А это «всего лишь» 3,33 млн кубометров бетона. Да-да, «всего лишь», ибо при возведении дамбы «Три ущелья» потребовалось 28 млн кубометров этого популярного строительного материала.

Несмотря на почти в восемь раз большее количество бетона, на дамбе «Три ущелья» отказались от его искусственного охлаждения. Вместо этого было принято решение заливать смесь очень маленькими партиями. Но все равно приходилось обкладывать залитые участки льдом и время от времени напускать над плотиной искусственного тумана, чтобы солнце не замедляло процесс затвердевания. Ну и, конечно, потребовалось большее количество времени: если дамбу Гувера возвели за пять лет, то строительство плотины на реке Янцзы заняло все девять. Словом, строители сделали все, чтобы сооружение могло, как говорят боксеры, «держать удар» любой силы.

Кликабельно

Однако, крепость тела плотины не является стопроцентной гарантией предотвращения водных катастроф. История тем и занимательна, что при большом желании скептики могут найти в ней массу страшилок для неискушенного обывателя. Так, в 1967 году в юго-западной Индии произошло землетрясение с амплитудой 6,3 балла по шкале Рихтера. Как впоследствии заключили сейсмологи, его причиной стало водохранилище, образованное в 1962 году плотиной Койна для снабжения водой Бомбея. По мнению ученых, огромное давление воды на грунт привело горные породы, лежащие под ним, в напряжение, что и привело через пять лет к их смещению, вызвав землетрясение. Печальный итог трагедии – 2300 раненых и 177 погибших.

Район трех ущелий сейсмоактивным никогда не считался. Однако, в 2001 году здесь было зафиксировано землетрясение силой 4 балла. Несмотря на то, что ни о каком давлении воды на грунт и горные породы в тот момент говорить не приходилось – на время строительства река была пущена в обход, противникам проекта это дало лишний повод пророчить необратимое. Стали ли подземные толчки результатом естественного движения земной коры (все-таки дамба строилась на стыке трех горных ущелий, откуда, собственно, и ее название) или их спровоцировали земляные работы, так и осталось невыясненным. Зато огромные оползни по берегам образовавшегося позже водохранилища – очевидный и, стало быть, неоспоримый факт, и само по себе способно привести к катастрофе, как, например, в Итальянских Альпах. 9 октября 1963 года со склона горы Ток в водохранилище плотины Вайонт сползло 240 млн кубометров грунта. Волна высотой 100 метров перемахнула через гребень устоявшей дамбы и смыла селение Лонгароне и вместе с ним 2500 человек.

Сбор мусора по руслу водохранилища.

Совершенно очевидно, что берега рек, на которых строятся дамбы, не рассчитаны на сдерживание в своем русле таких объемов воды. Это касается и Трех ущелий: с начала строительства плотины зафиксировано обрушение берегов в почти ста местах общей протяженностью около сорока километров. Даже по признанию главы штаба по предотвращению геологических катастроф, созданном на время кампании «Три ущелья», эти оползни вызывают волны высотой в несколько десятков метров, что приводит к дальнейшему размыванию берегов.

Однако, борьба с этим неминуемым при строительстве плотин явлением ведется нешуточная: еще к 2006 году на работы по предотвращению оползней в районе Трех ущелий правительством Китая было потрачено более $1,5 млрд. Да и в целом, если проанализировать бюджет стройки, который в зависимости от того, кто его освещает, колеблется от $25 до $75 млрд, становиться ясно, что 2/3 максимальной суммы запланированы на сопутствующие строительству расходы. В числе оных борьба с оползнями, расселение людей и вывоз исторических объектов из района затопления, а также на разного рода ранее не предусмотренные явления. Например, на строительство очистных сооружений в городах, чьи сточные воды отныне пополняют не проточный, как ранее, поток Янцзы, а протянувшийся на 600 км вверх по течению резервуар, а это совсем другая экология.

Так, к моменту начала строительства из 40 городов, расположенных выше обозначенного для плотины места, сооружения для очистки своих сточных вод имели только два города, и изначально ни проектов, ни денег на изменение данного положения дел у строителей дамбы не было. Сегодня ситуация исправлена: отсюда и $75 млрд, в которые оцениваются «Три ущелья» в последние годы.

Еще одной статьей расходов, делающей дамбу «Три ущелья» самой дорогой плотиной в мире, стали затраты на расселение 1,3 млн человек, живших в зоне, подлежащей затоплению. И не исключено, что $75 млрд – еще не предел для самой большой плотины в мире. На борьбу с какими последствиями глобального вмешательства в природу предстоит потратиться авторам проекта «Три ущелья» еще, покажет время. Дадут ли о себе знать затопленные вместе с опустевшими населенными пунктами промышленные предприятия и шахты, пока неясно. Зато образ жизни крестьян, живущих ниже по течению Янцзы, уже изменился.

Кликабельно 3000 рх

Дело в том, что всякое земледельческое хозяйство, находящееся в дельтах рек, как правило, удобряется самым естественным образом (нет, не тем, о котором вы подумали). Микросреда, формирующаяся в потоке реки и состоящая из натуральных ингредиентов – звериного, птичьего и рыбьего помета, палой листвы и растений, останков животных и рыб и многого другого – является лучшим коктейлем, изготовленным самой природой для удобрения сельскохозяйственных земель. Плотина удерживает этот поток, который в результате без всякой пользы превращается в ил под водой у основания дамбы. Вместо него крестьянам уже сейчас приходиться закупать удобрения на стороне.

Конструкцией плотины сброс илового осадка предусмотрен, но большая его часть будет все же копиться по ту стороны дамбы. Мало того, что из-за этого крестьяне лишились естественного удобрения своей земли, так еще копящийся иловый осадок способен со временем затруднить работу  гидроэлектростанции.

Впрочем, авторы проекта «Три ущелья» убеждены, что система сброса ила, пусть и частичная, гарантирует бесперебойную работу (без заиливания водных сливов и шлюзов) плотины на 100 лет вперед. Тем не менее, не исключено, что разработка систем поднятия ила со дна водохранилища и строительство завода по переработке его в натуральные удобрения – не за горами. А поскольку пока о технологии поднятия тяжелого и вязкого ила со дна рек никто не слышал, то и конечная потенциальная стоимость проекта «Три ущелья» увеличивается еще на неопределенную, но весьма существенную  сумму.

Как бы то ни было, сторонниками проекта он продолжает считаться выгодным: не стоит забывать, что дамба «Три ущелья» строилась не только для того, чтобы избавить жителей, населивших нижнее течение Янцзы, от разрушительных наводнений, но и для того, чтобы обеспечить развивающуюся промышленность страны электроэнергией.

Кликабельно 4000 рх

Экономисты со своими прогнозами ошиблись. За время строительства – с 1992 по 2010 годы – финансовый эффект от плотины несколько снизился. Так в 1993 году мощности ГЭС было достаточно, чтобы на 10% удовлетворить всекитайский спрос на электроэнергию. Однако, за это время в стране произошел такой промышленный рывок, что сегодня проектной мощности ГЭС «Три ущелья» хватает на выработку только 3% всего потребляемого страной электричества.

После окончания, проект будет стоить 180 миллиардов юаней, что более чем на 20 миллиардов юаней меньше, чем изначально планировалось потратить — 203.9 миллиарда юаней (менее чем 30 миллиардов USD). Согласно Национальной Комиссии Развития и Реформ Китая, требуется 366 граммов угля, чтобы произвести 1 кВтч электричества в Китае. Поэтому, дамба Три Ущелья (Санься) потенциально уменьшат угольное потребление на 31 миллион тонн ежегодно, также сокращая атмосферную эмиссию на 100 миллионов тонн парникового газа, на миллионы тонн пыли, двуокиси серы, азотной окиси, угарного газа и ртути.

За последнее тысячелетие на реке Янцзы произошло 215 катастрофических наводнений. Наводнение 1998 года повлекло за собой 4000 смертей, 14 миллионов человек лишились своих домов, экономические потери составили $24 миллиона. После строительства дамбы наводнений больше не будет.

За время строительства Трех Ущелий было затоплено 13 городов, 140 поселков и 1300 деревень. 1.3 миллиона человек покинули свои дома, 1300 археологических достопримечательности Китая были уничтожены, навсегда исчезнув под водой.

Около 265 галлонов отходов и сточных вод сбрасывается в Янцзы ежегодно. Раньше река выносила все выбросы в океан, сейчас они будут оседать и фильтроваться, благодаря проекту плотины Три Ущелья.

Несколько тысяч заводов и заброшенных шахт были затоплены после завершения дамбы. Экологи предупреждают, что это может повлечь за собой серьезные последствия из-за попадания в воду отходов.

360 миллионов людей живут по обоим берегам реки Янцзы ниже по течению реки. Если случится катастрофа, то все эти люди окажутся под серьезной угрозой.

Источники:

http: //www.stroyjurnal.ru
http: //blog.rushydro.ru
http: //imworld.ru
http: //www.dailytechinfo.org