Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Вимоги до режиму роботи гідроенергетичних об'єктів і їх водосховищ. Режим роботи гідроенергетичних об'єктів з водосховищами комплексного призначення повинен забезпечити ефективне функціонування й ув'язування часто суперечливих інтересів усіх учасників водогосподарчого комплексу, включаючи водопостачання комунального господарства, промисловості, сільського господарства, зрошення, гідроенергетику, водний транспорт, рибне господарство, рекреацію, захист від повеней, охорону навколишнього середовища в зоні впливу водосховища й у нижньому б'єфі на основі дотримання правил експлуатації.

Мал. 4.8. Режим роботи водосховища Кременчуцької ГЕС в 1996 р.: а – зміна рівнів водоймища; б – припливи води й скидання в нижній б'єф приплив, скидання

При цьому в умовах природного притоку у водоймище слід забезпечити оптимальний розподіл водних ресурсів в розрізі року для років різної забезпеченості, що особливо важливо для маловодних років, з огляду на сільськогосподарські, рибогосподарські, санітарно-екологічні й інші попуски в нижній б'єф. На мал. 4.8 наведено графіки, що характеризують режим роботи водоймища Кременчуцької ГЕС, яке здійснює річне регулювання стоку.

На режим спрацювання й наповнення водосховища, зокрема на швидкість зміни рівнів, накладаються певні обмеження, пов'язані із забезпеченням надійної роботи споруд гідровузла й стійкості берегових схилів, умовами прояву сейсмічності, екологічними вимогами й ін. Так, для гірського водоймища Курбсайської ГЕС рекомендується зміна рівня не більш ніж на 10–15 м на місяць.

Робота ГЕС у нерівномірному режимі при регулюванні добового графіка навантаження енергосистеми обмежується умовами нижнього б'єфа. Ці обмеження можуть бути значно зменшені при роботі в умовах каскаду ГЕС або за наявності нижнього буферного водоймища з ГЕС, яка працює в базовому режимі.

У режимі роботи ГЕС і попусків у нижній б'єф у розрізі року враховуються сільськогосподарські, рибогосподарські, санітарноекологічні й інші попуски для забезпечення обводнювання заплавних земель, нерестовищ, підтримки стабільної екологічної обстановки, включаючи гирло ріки, і нормальних умов життя населення. При цьому екологічне обґрунтування повинне стати основою для розробки режиму експлуатації.

На багатьох гідроенергетичних об'єктах захист від повеней долини ріки нижче гідровузла є однією з найважливіших функцій, для чого передбачається в корисному обсязі водоймища обсяг для регулювання повені, який повинен бути спрацьований до сезону паводків. Так, на Асуанському водосховищі (Єгипет) з корисного обсягу 134 км3 для регулювання паводків призначено 44 км3 (33%), завдяки чому за 30 років експлуатації 6 раз були відвернені катастрофічні затоплення долини в нижньому б'єфі.

При експлуатації особливої уваги й підготовки вимагає пропуск паводків через споруди гідровузла (близько 23% аварій на гідровузлах пов'язані саме із пропуском повені), включаючи:

• прогноз повені;

• передповеневе спрацювання, якщо воно передбачене правилами експлуатації;

• пропуск повені через водоскидні споруди гідровузла й агрегати ГЕС відповідно до регламенту;

• форсування рівня вище НПР при роботі всіх водоскидних отворів і агрегатів ГЕС у випадку пропуску високих паводків із трансформацією їх водосховищем відповідно до регламенту, передбаченого правилами експлуатації.

Найважливішим завданням є забезпечення безпеки споруд ГЕС із урахуванням старіння, змін умов роботи, гідрологічного режиму, що визначає пропускну здатність водоскидів, нормативних вимог й ін. У законодавчих і нормативних актах усіх країн регламентуються вимоги щодо забезпечення безпеки гідротехнічних споруд і нагляду за безпекою.

При виявленні за результатами моніторингу порушень нормальних умов експлуатації, що становлять загрозу безпеці гідротехнічних споруд і навколишнього середовища, відповідно до ухвалених рішень щодо запобігання аварійної ситуації може змінюватися режим роботи, включаючи спрацювання водосховища до безпечного рівня з виконанням ремонтних робіт й ін.

Протягом усього періоду експлуатації слід забезпечити підтримку належного експлуатаційного рівня природоохоронного комплексу. У нього входять водоохоронні заходи й відповідний режим у водоохоронній зоні, споруди інженерного захисту, заходи щодо запобігання забрудненню стічними водами, недопущення шкоди іхтіофауні й ін. У ряді випадків у процесі експлуатації ГЕС для недопущення негативних наслідків доводиться змінювати режим експлуатації, виконувати додаткові заходи, наприклад зміцнення берегів на ділянках їх інтенсивної переробки, спорудження захисних дамб й ін.

У процесі експлуатації ГЕС із урахуванням введення в дію інших ГЕС каскаду, зміни природних умов і вимог учасників водогосподарчого комплексу, уточнень прогнозів впливу гідроенергетичного об'єкта на навколишнє середовище на підставі даних натурних спостережень і рекомендацій моніторингу можуть вноситися зміни у правила й режими експлуатації.

У зв'язку з тим, що експлуатація водосховищ і ГЕС не є статичним процесом, з урахуванням згодом змін приоритетів у водокористуванні, законодавства, соціальної й економічної політики, вимог безпеки й ін. режим роботи й правила експлуатації повинні гнучко реагувати на змінювані умови й відповідати їм.

Практично термін служби великих ГЕС із водосховищами в багатьох випадках необмежений, вони визначають соціально-економічні умови життя цілих регіонів. Найважливішим завданням є забезпечення їх надійної роботи при тривалій експлуатації, для чого потрібні періодично реконструкція й ремонтні роботи.

З огляду на те, що при тривалій експлуатації споруди гідровузла можуть не відповідати новим вимогам, у деяких випадках єдиним виходом стають виведення їх з експлуатації й ліквідація. Так, у США низку гребель було виведено з експлуатації, щоб відновити природні умови міграції риби (лосося).

Вплив на екосистему виведених з експлуатації гідровузлів є досить складним, що залежать від багатьох факторів. При цьому однією з найважливіших є проблема ліквідації забруднених наносів з ложа водосховища.

Заходи щодо виключення скидання забруднюючих речовин спорудами гідроенергетичних об'єктів. При експлуатації технологічного устаткування гідроенергетичного об'єкта для недопущення негативних впливів на навколишнє природне середовище використовуються конструкції й системи, що практично виключають потрапляння у воду турбінного й трансформаторного мастила через ущільнення в процесі роботи гідроагрегата, у випадку скидання водомасляной суміші в аварійній ситуації при гасінні пожежі на трансформаторі й ін.

Раціональне використання природних ресурсів водосховищ – водних, гідроенергетичних, біологічних, рекреаційних, мінеральних – ґрунтується на комплексному використанні водосховищ для різних галузей економіки, соціальної сфери, охорони природного середовища. До основних напрямків підвищення ефективності використання ресурсів водосховищ комплексного призначення відносяться: оптимізація гідрологічного, гідрохімічного й гідробіологічного режимів, забезпечення якості води відповідно до нормативних вимог водокористувачів і водоспоживачів; раціональне використання берегової зони й мілководь; спрямоване формування й охорона екосистем; рибогосподарське освоєння з формуванням кормової бази, нерестовищ, зарибленням; підвищення корисної біопродуктивності.

Оптимізація системи комплексного використання ресурсів водосховища, виходячи з перспективи соціально-економічного розвитку району, повинна грунтуватися на розробці й зіставленні альтернативних варіантів ресурсокористування з огляду на взаємозв'язок, а в окремих випадках навіть суперечливість різних видів діяльності, складність взаємодії природних і господарських систем. При цьому пріоритетами залишаються створення сприятливих для людини навколишнього середовища й збереження екологічної рівноваги.

При вирішенні поставлених завдань потрібні диференційований підхід до використання окремих ділянок великих водосховищ з урахуванням їх особливостей, застосування принципів функціональної зональності, планування й облаштованості водоймищ.

Раціональне використання природних ресурсів водоймищ також суттєво залежить від господарської діяльності, природоохоронних заходів на водозбірній площі вище водосховища, включаючи умови водокористування, землекористування, вирубку лісів, скидання неочищених стічних вод й ін., що може призвести до погіршення якості води, прискорення замулення водосховища. Наприклад, для забезпечення раціонального використання й охорони водних ресурсів, боротьби з повенями у верхній частині басейну р.Янцзи й у зоні впливу майбутнього водоймища ГЕС «Три ущелини» планується збільшити площу лісів з 22 до 45%, також передбачається різке зниження обсягів скидання неочищених стічних вод у р.Янцзи шляхом будівництва очисних споруд у містах, закриття великої кількості дрібних підприємств-забруднювачів й ін.