Ликбез №13: Суммируя полезное действие

В отличие от тепловых электростанций, привязанных скорее к потребителю, чем к месторождению топлива (по этой причине академик Дружинин называл жителей близлежащих поселений «заложниками» тепловой энергетики), при выборе створа для строительства ГЭС проектировщики ориентируются в первую очередь на существующие природные условия. Для строительства станции нужен определенный объем воды и перепад высот, следует учесть и продолжительность периода межени. Создание водохранилища решает вопрос с обеспечением водой одной станции, а создание каскада – то есть цепочки водохранилищ на основном русле и нескольких притоках – помогает полностью забыть о проблемах с наличием водных ресурсов.

Примечательно, но первые каскады водохранилищ в нашей стране создавали вовсе не для нужд энергетики. Задолго до строительства первой ГЭС на реках строили запруды, чтобы приводить в движение механические передачи на заводах и фабриках, а в маловодный период – поднимать уровень в реке для прохода грузовых посудин. Подробно и ярко рассказана одна из таких историй в романе Алексея Иванова «Золото бунта, или Вниз по реке теснин». Описан, в частности, и тот факт, что многочисленные запруды разных размеров позволяли накапливать воду в период паводка, снижая его разрушительные последствия, а затем, при последовательном открывании затворов, удавалось повышать уровень реки настолько, чтобы проводить через пороги баржи с грузом чугунных и железных изделий.

Уже в плане ГОЭЛРО (одобренном в декабре 1920 года VIII Всероссийским съездом Советов) было предусмотрено строительство не только отдельных районных электростанций, но и скромного, всего из двух ГЭС, но все-таки каскада на реке Свирь (сегодня это Ленинградская область). Первые ГЭС имели небольшую мощность и скромные размеры просто потому, что страна не могла себе позволить более дорогие сооружения, на строительство которых уходило много лет – электроэнергия нужна была быстро и за небольшую цену. Именно поэтому на Ангаре (которая не входила в план ГОЭЛРО, но уже рассматривалась как перспективная «энергетическая» река) предлагали строить от шести до восьми ГЭС небольшой мощности. Никак иначе использовать весь потенциал в 80 ГВт, образующийся при движении 57 кубических километров воды с уровня Байкала (456 метров над уровнем моря по Тихоокеанской системе) до уровня Енисея (76 м), не получалось.

Позднее появилась возможность строить гигантские ГЭС с плотинами в несколько километров в длину или на 200-300 метров в высоту.Но и в этом случае две ГЭС меньшего размера имели преимущества перед одной мега-ГЭС: строительство обходилось дешевле за счет экономии на материалах и времени. Для равнинных рек большое значение имела и площадь территории, попадавшей в зону затопления. И в этом случае два-три удаленных друг от друга водохранилища были удобнее, чем одно, равное по площади одной из малых европейских стран. Например, такая ошибка была допущена на Оби при строительстве Новосибирской ГЭС – водохранилище этой не самой мощной станции раскинулось на более чем 300 км, с заходом на территорию Алтайского края.

Взаимное положительное влияние двух и более водохранилищ для климата большинства регионов России было очевидно. При большой водосборной территории большинства рек (таких как Волга, Енисей, Ангара, Амур) появлялась возможность гибкого регулирования уровня в зависимости от сложившихся условий – в паводок воду можно распределить между резервными емкостями, в межень – перебросить воду из одного водоема в другой. Благодаря строительству каскада ГЭС со специальными шлюзами на Волге, например, река стала судоходной на всем протяжении в любое время года, а не несколько месяцев, как было на протяжении многих веков.

За время, прошедшее с принятия плана ГОЭЛРО, в СССР было построено множество каскадов ГЭС, в том числе Севано-Разданский в Армении, Алматинский и Лениногорский  Казахстане, Самгорский в Грузии, Днепровский на Украине, Вахшский и Варзобский в Таджикистане, Чирчик-Бозсуйский в Узбекистане, Днестровский – на Украине и в Приднестровье. В Европе рекорд по количеству ГЭС, образующих каскад, принадлежит Рейну – на нем построены 27 ГЭС мощностью от 6 до 245 МВт, принадлежащих Швейцарии, Германии и Франции, а в некоторых случаях сразу двум странам на паях.

Если же считать единым комплексом каскады, построенные на основном русле и притоках, то абсолютным лидером станет река Колумбия в США – здесь построены 75 ГЭС. По суммарной мощности нет и, видимо, не будет равных каскаду ГЭС на реке Янцзы – после выхода на проектные параметры всех 13 станций КНР получит с реки 88 ГВт! И это еще не предел: китайские инженеры проектируют еще десяток станций в этом же каскаде.

В России каскады ГЭС имеются во всех федеральных округах. Кубанский каскад ГЭС сам по себе состоит из трех каскадов – Куршавского, Барсучковского и Сенгилеевского, расположенных на двух каналах и одной реке в Карачаево-Черкессии и Ставропольском крае. Малоизвестный Пазский каскад суммарной мощностью около 275 МВт состоит из пяти российских и двух норвежских ГЭС на трансграничной реке Паз, поэтому для его исправной работы пришлось заключать несколько двусторонних договоров. Волжско-Камский каскад включает более 800 водохранилищ и 24 ГЭС, однако уступает по суммарной мощности Ангарскому каскаду из четырех ГЭС и Енисейскому, в котором три станции.

Ангарский каскад (Иркутская, Братская, Усть-Илимская и Богучанская ГЭС) являет собой пример того, как несколько водохранилищ одного каскада могут влиять друг на друга в период засухи. В условиях установившегося с 2014 года на Байкале маловодья Енисейское бассейновое водное управление установило для Иркутской ГЭС минимальный объем пропуска (1300 кубометров в секунду), а для остальных станций – 2000 кубометров в секунду. По сути, три ГЭС работают на одном и том же объеме воды, вырабатывая миллионы киловатт-часов в сутки. Никакой другой тип электростанций не предполагает использование одного и того же ресурса четыре раза подряд с достаточно высоким коэффициентом полезного действия.