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

На даному етапі розпочинається освоєння гідроенергетичних ресурсів із спорудженням відносно великих ГЕС у США, Канаді, країнах Західної Європи, СРСР та інших країнах. Потужність ГЕС досягає сотень і тисяч мегават, вдосконалюються конструкції турбін, генераторів, різко збільшується місткість водосховищ, висота гребель на скельних основах досягає 100 м і більше.

Особливо велике гідроенергетичне будівництво з початку і до середини ХХ ст. проводилось у США, де зводились крупні гідровузли з ГЕС та греблями різних типів. При цьому висота кам’яно-земляної греблі Matheews (1918 р.) склала 80 м, бетонних гравітаційних гребель Long Lake (1916 р.) – 70 м, Norris (1936 р.) – 81 м, аркових гребель Arrowrock (1915 р.) – 107 м, Horse Mesa (1927 р.) – 93 м. У 1936 р. була введена в експлуатацію найбільша в світі у той час ГЕС Hoover потужністю 1344 МВт з арково-гравітаційною греблею заввишки 222,5 м і з водосховищем об’ємом 35,2 км3, а у 1942 р. ГЕС Grand Coulee потужністю 6188 МВт з гравітаційною греблею заввишки 167,6 м та водосховищем об’ємом 11,8 км3.

Крупні гідровузли з високими греблями та ГЕС будуються також у Франції, де висота гребель досягає: бетонної гравітаційної Le Chambon (1934 р.) – 136 м, аркової Le Sautet (1934 р.) – 126 м, у Швейцарії гравітаційної Schrah (1924 р.) – 111 м, аркової Spitallamm (1932 р.) – 114 м, в Австралії гравітаційної Burrinjuck (1928 р.) – 91 м з водосховищем місткістю 1 км3.

У даний період у зв’язку із різким збільшенням висоти гребель, об’ємів водосховищ, враховуючи відсутність необхідного досвіду, найважливішими стали питання забезпечення надійної роботи в першу чергу гребель. Аварії гребель, які мали місце, приводили до катастрофічних наслідків, що спостерігались, наприклад, при руйнуванні у 1923 р. багатоаркової греблі Глено (Італія) заввишки 75 м, у 1927 р. гравітаційної греблі СентФренсіс (США) заввишки 63 м та ін. Необхідність підвищення надійності та безпеки гребель привела до вдосконалення їх конструкцій та технологій спорудження, розвитку теорії греблебудування, механіки ґрунтів, гідравліки. Були створені передумови для подальшого будівництва великих гребель.

Питанням впливу водосховищ та ГЕС на навколишнє середовище приділялась обмежена увага, але, хоч здавалось, що природні ресурси безмежні, вже почали проводитись дослідження щодо оцінки негативних наслідків спорудження водосховищ.

На даному етапі розвиток гідроенергетики Росії, а пізніше СРСР в основному не відрізнявся від світового. Найважливіше значення мало прийняття у 1920 році плану ГОЕЛРО, який визначив стратегію в галузі енергетичної політики країни, сформулював завдання електрифікації як основи піднесення народного господарства, а також передбачував механізми його реалізації (див. т.2, розділ 14).

Велика увага в плані ГОЕЛРО була приділена широкому використанню гідроенергетичних ресурсів. Питанням розвитку гідроенергетики в плані був посвячений розділ «Електрифікація і водна енергія». План передбачав будівництво ГЕС перш за все в крупних промислових районах, які розвивалися, і не тільки для виробництва електроенергії, але і для організації водного транспорту та зрошення. У плані відмічена необхідність спорудження ГЕС на річках Дніпро, Волхов, Свірь, а також у Середній Азії, на Кавказі, Алтаї. Загальна встановлена потужність всіх великих районних електростанцій (ГЕС і ТЕС) за планом ГОЕЛРО дорівнювала 1750 МВт, у тому числі 10 ГЕС – 640 МВт і 20 ТЕС – 1110 МВт.

З перших років реалізації плану ГОЕЛРО гідроенергетичне будівництво стало одним із головних напрямів розвитку електроенергетики, що було обумовлено наявністю потужного гідроенергетичного потенціалу.

Першою ГЕС, побудованою за планом ГОЕЛРО під керівництвом проф. Г.О. Графтіо, стала Волховська ГЕС потужністю 58 МВт із водосховищем місткістю 10,2 км3, яка була введена в експлуатацію у 1926 р., забезпечивши електропостачання Ленінграда і створивши суцільний судноплавний шлях на р. Волхов. Були також побудовані Земо-Авчальська ГЕС у Грузії, Бозсуйська в Узбекистані, Єреванська у Вірменії та ряд інших невеликих ГЕС. На Україні у 1926–1929 рр. були введені в дію невеликі ГЕС: Вознесенська і Первомайська на р. Південний Буг та ряд інших загальною потужністю більше 8 МВт.

У 1928 р. загальна потужність ГЕС досягла 103 МВт з виробленням 260 млн. кВт·год.

У 1927 році розпочалось будівництво найпотужнішої в Європі й найбільшої в той час у світі Дніпровської ГЕС потужністю 560 МВт нижче порожистої частини Дніпра біля острова Хортиця, до складу споруд якої належали приміщення ГЕС з 9 гідроагрегатами потужністю 62 МВт кожний, бетонна гравітаційна гребля заввишки 60 м та завдовжки 760 м, а також великий судноплавний шлюз. Бетонна гребля Дніпровської ГЕС за своїми технічними вирішеннями та параметрами знаходилась на рівні кращих досягнень світового греблебудівництва. У цьому ж році у Харкові було створене Бюро водяних досліджень, що заклало основи проектного інститута (у подальшому Укргідропроект), який з часом перетворився на найбільшу проектноконструкторську організацію України в галузі гідроенергетики та водогосподарського будівництва.

У період до 1940 р. були введені в дію такі великі ГЕС, як Дніпровська, Нижньосвірська, перші ГЕС на р. Волзі.

Проектування Дніпровської ГЕС очолював проф. І.Г. Александров. Проект передбачав комплексне використання водних ресурсів з виробництвом електроенергії та створенням водного шляху через знамениті Дніпровські пороги. Колективу Дніпробуду на чолі з О.В. Вінтером ті Б.Є. Вєдєнєєвим було потрібно лише п’ять років на будівництво комплексу споруд ГЕС, перші агрегати якої стали до ладу уже в 1932 році (мал.1.1).

Мал. 1.1. Будівництво Дніпрогесу. Лівобережна гребля, 1930 р. Поруч із ГЕС виросло місто Запоріжжя з такими промисловими гігантами, як Запоріжсталь, Дніпроспецсталь, алюмінієвий, феросплавний та інші. Електроенергія ГЕС по ЛЕП 154 кВ передавалась в промислові райони Кривого Рогу, Дніпропетровська, Нікополя. Була введена в експлуатацію ЛЕП 220 кВ Дніпровська ГЕС – Донбас, яка заклала початок формуванню однієї з найбільших у країні об’єднаних енергосистем – ОЕС Півдня.

Будівництво Дніпрогесу (з картини художника Д. Безуглого, 1940 р.)

Дніпрогес є характерним прикладом утворення на основі ГЕС потужного територіально-промислового комплексу.

В Україні у довоєнний період було побудовано 268 невеликих ГЕС, які стали основою електрифікації багатьох сільськогосподарських районів.

У 1933 р. було завершене спорудження Нижньосвірської ГЕС на р. Свірь потужністю 100 МВт. У цей же період введені у дію Кондопожська ГЕС у Карелії, Ріонська, Дзорагетська ГЕС у Закавказзі, Кадир’їнська у Середній Азії та ряд інших ГЕС.

У СРСР у 1935 р. загальна потужність всіх ГЕС склала біля 900 МВт.

На Північному Кавказі на притоках річок Терек і Сулак були споруджені ГЕС: Гізельдонська – у 1934 р., Боксанська – у 1936 р., Гергебільська – у 1937 р. з першою в СРСР арково-гравітаційною греблею заввишки 70 м. У Середній Азії були споруджені ГЕС: Бурджарська в Узбекистані та Верхньоварзобська в Таджикистані у 1937 р., Комсомольська та Тавакська (1-ша черга) на р. Чирчик у 1940 р.

На Алтаї було споруджено ряд дериваційних високонапірних ГЕС на річках Граматусі, Ульбі, Харіузівці та ін.

У північно-західному районі країни було введено в експлуатацію каскад із 5 ГЕС на перепадах між б’єфами Біломорсько-Балтійського каналу, а на Кольському півострові для електропостачання промисловості, що бурно розвивалась, – ГЕС Ніва 2 на р. Ніва у 1934 р., Нижньотуломська ГЕС на р. Туломі близько від Мурманська.

У розвитку гідроенергетики важливе значення відіграв початок використання водних ресурсів найбільшої в Європі р. Волги. Була розроблена схема р. Волги з метою використання її водних ресурсів для гідроенергетики, водного транспорту, іригації, що відома під назвою «Схема Великої Волги».

У 1937 р. був введений в експлуатацію канал імені Москви завдовжки 128 км, що з’єднав р. Волгу з р. Москвою, забезпечивши постачання водою Москви і обводнення річки Москви, створення навколо Москви широких смуг відпочинку. Головною спорудою каналу став Іваньківський гідровузол на Волзі з ГЕС потужністю 30 МВт.

У 1940 р. була пущена Угличська ГЕС потужністю 110 МВт, у 1941 р. – перша черга Рибінської ГЕС із водосховищем об’ємом 25,4 км3. На цих низьконапірних ГЕС були встановлені поворотно-лопатеві турбіни потужністю по 55 МВт при напорі 13,2 м з робочими колесами діаметром 9 м.

Угличська ГЕС. Загальний вигляд
В умовах зростаючих масштабів гідроенергетичного будівництва для ефективного вирішення складних науково-технічних проблем створювались спеціалізовані проектнопошукові, наукові та будівельно-монтажні організації. У 1930 р. був утворений трест «Гідроелектробуд», що об’єднав роботи з проектування, дослідження та спорудження ГЕС, а у 1932 р. проектно-дослідницькі організації були виділені у трест «Гідроелектропроект», перетворений згодом в проектно-дослідний інститут «Гідроенергопроект», до складу якого входив інститут «Укргідроенергопроект». Для виконання науково-дослідницьких робіт по каналу Москва–Волга та верхньоволжських ГЕС утворюється Гідропроект, який очолив видатний гідробудівельник С.Я. Жук. (У 1962 р. обидва інститути були об’єднані у Всесоюзний науково-розвідувальний та науково-дослідний інститут «Гідропроект», до складу якого входили Укргідропроект, Ленгідропроект, Середазгідропроект, Бакгідропроект, Армгідропроект, Тбілгідропроект та інші). Активно працював ВНРДГ з науковим обґрунтуванням проектів.

З 1935 р. Укргідроенергопроект розпочав системну розробку схем комплексного використання річок: Тетерева, Південного Бугу, Дністра з його притоками, Сіверського Донця, Осколу. У період 1938–1940 рр. була розроблена схема комплексного використання Дніпра від Києва до гирла, що у післявоєнні роки втілилась у Дніпровський каскад ГЕС та водосховищ.

Другий агрегат Угличської ГЕС (запущений у промислову експлуатацію в 1941 р.) Були утворені організації з провадження спеціальних видів будівельних робіт та монтажу обладнання, такі як трести «Гідромонтаж», «Гідроелектромонтаж», «Гідромеханізація», «Гідроспецбуд». Трест «Гідроелектробуд» був перетворений у Головгідроенергобуд, з якого у зв’язку зі збільшенням об’ємів робіт в азіатській частині країни згодом був виділений Головсхідгідроенергобуд.

Виробництво гідросилового обладнання базувалось у Ленінграді на заводах «Електросила», ЛМЗ та у Харкові на заводах Турбінному і «Електротяжмаш».

У цей період створюється вітчизняна школа гідроенергетики, для якої характерне планомірне, технічно обґрунтоване, комплексне освоєння гідроенергетичних і водних ресурсів. Спорудженню ГЕС передувала розробка схем комплексного використання річок, які базувались на принципі каскадного розміщення гідровузлів.

У 1940 р. загальна потужність ГЕС досягла 1537 МВт з виробленням 5,1 млрд. кВт·год, що склало 10,6% загального виробництва електроенергії.

Період воєнних років (1941–1945 рр.) характеризується переміщенням гідроенергетичного будівництва з європейської частини країни, де було припинене будівництво ГЕС загальною потужністю біля 1 млн. кВт, на Урал, Казахстан і в Середню Азію, куди була перебазована частина промисловості із тимчасово окупованих районів. На Уралі були споруджені Аргазинська, Верхньотурська, Широковська та ряд інших ГЕС, у Середній Азії – велика Фархадська ГЕС потужністю 126 МВт на р. Сирдар’ї, а також біля 40 малих ГЕС.

Важливу роль відігравали ГЕС у забезпеченні електропостачання прифронтових районів. Трудно переоцінити значення Волховської ГЕС для електропостачання Ленінграда у період блокади, верхньоволжських ГЕС для електропостачання Москви, особливо у зиму 1941–1942 рр.

У роки війни було зруйновано більше 60 ГЕС, в тому числі такі великі, як Дніпровська, Нижньосвірська, було демонтоване обладнання на 7 ГЕС. Загальна потужність виведених із ладу ГЕС перевищила 1000 МВт.

У 1944 році розпочались роботи по відбудові Дніпровської ГЕС. Були побудовані нові ГЕС загальною потужністю 280 МВт та відновлені ГЕС загальною потужністю 250 МВт.

У 1945 р. загальна потужність ГЕС досягла 1300 МВт з виробленням 4,8 млрд. кВт·год, що склало 11,2% загального виробництва електроенергії.

ГЕС Гранд-Кулі у Північній Америці на річці Колумбія (будівництво її завершене в червні 1942 року)