Лидеры рейтинга

ЭНЕРГИЯ АНГАРЫ (фрагмент книги Семенова А.Н.)

ЭНЕРГИЯ АНГАРЫ (фрагмент книги Семенова А.Н.)

Гидроэнергетика Восточной Сибири. Братская ГЭС

ОГЛАВЛЕНИЕ

Историческая справка
Братск — легенда XX в.
Проект гидроузла
Ангара — река с характером…
Монтаж оборудования
Зимние бетонные работы на плотине Братской ГЭС
Заключение

 

Историческая справка

 

Просторы Сибири изначально и мощно влекли к себе русских людей путешественников, исследователей и покорителей новых земель.

Итак, в разной степени, мы каждый по-своему чувствовали себя приобщенными к словам и делам наших предков: Ломоносова, сказавшего, что российское могущество прирастать будет Сибирью, отважных казаков-землепроходцев — могучего Ермака, Петра Бекетова, Максима Перфильева, Ерофея Хабарова, Поздея Фирсова, выдающихся деятелей графа Муравьева-Амурского и Сперанского, а также ссыльных декабристов — этих гордых российских патрициев, пронесших свою любовь к народу через испытания сибирских рудников и сохранивших до конца высокое благородство духа.

На бескрайних просторах Сибири расширяются торговые пути, возникают новые города — Тюмень и Тобольск (1586 г.), Енисейск (1619 г.), Красноярск (1628 г.). В 1619 и 1624 гг. большой поход на Енисей, Лену и Ангару совершил гулящий казак Пенда. Такие люди всегда были в русском народе. Вечно мятущаяся душа, стремление к новому и неизвестному — это неотъемлемые качества его характера. Воистину «Умом Россию не понять, аршином общим не измерить…» (Ф. Тютчев).

Именно этому гулящему казаку покорился грозный Падунский порог. Потрепал для порядка в бурунах утлую казачью лодчонку по склизлым с мшистой прозеленью древним своим камням, реванул для острастки в жерле, наподдал напоследок в корму и с мрачноватым добродушием выпустил казака в сужение — гуляй парень, твой час еще не пробил.

В 20-х годах XVI в. вслед за Пендой по Ангаре прошли казаки — Алексеев, Перфильев, Бекетов, обложив данью бурятских князей. В первоначальном освоении Сибири казаки сыграли особо важную роль. Они были специфическим слоем российского общества, их ряды постоянно пополнялись вольнолюбивыми беглецами от крепостной и царской неволи. Дух свободы — наследие древних славян — постоянно питал страсть казаков к далеким путешествиям, преодолению опасностей и придавал этим людям особую динамичность характера, силу и мужество.

…В 1631 г. казак Максим Перфильев поставил на Ангаре небольшой острог, получивший название Братского. Братск — срединное царство могучих сил природы, двинулся в свое будущее. Надо отметить, что свободолюбивые люди всегда стремились в Сибирь. Поэтому и Сибирь, и Урал для коренной России были районами свободолюбивых и нестандартных проявлений российского национального духа.

Видимая покорность народа царской власти была лишь внешним выражением взаимоотношений между царем и его подданными, особенно низами общества, внутри которого всегда клокотали недовольство, бунтарство и ярость.

Великий Пушкин гениально вник в эту особенность народа и вложил в уста Бориса Годунова, поучающего своего сына в знаменитой драме: «… Народ… всегда к смятенью тайно склонен…».

Братский острог

Братский острог. Начало освоения Восточной Сибири

А жизнь шла своим чередом. Мастера, в которых никакая сила не могла подавить тяги к прекрасному, творили малахитовые шкатулки и художественное литье, чеканили для Демидовых золотые червонцы, отливающие сливочной желтизной. Играя в карты с Екатериной Великой, Демидов с нарочитой щедростью рассыпал перед царицей новые монеты, примечая украдкой вспышки в ее холодных голубых глазах. Экономная немка любила выигрывать, а Демидов хорошо знал об этом. Со вздохом сгребая выигранное золото, царица, улыбаясь, как-то спросил партнера:

— Ты моими ли червонцами платишь?
— Все мы твои, государыня-матушка, — мудро ответил многоопытный делец… Опасный разговор был прекращен.

Вместе с тем, дальновидность сибирских магнатов очень скоро позволила им войти в круг важных персон при дворе. Многие Демидовы стали послами в других странах.

К великому сожалению, самые разные экстремисты всегда и весьма широко были представлены в русском обществе. Надо отметить, что жестокость подавления инакомыслия и бунтарский дух народа отнюдь не способствовали миру в обществе, напротив, поддерживали и стимулировали дух противоборства.

Сибирь давала суровое пристанище всем непокорным, но ожидала своего часа. По словам знаменитого и самого непокорного среди ссыльных декабристов Лунина, которого яростно ненавидели царские власти: «Настоящее… наше поприще началось со вступления нашего в Сибирь, где мы призваны словом и примером служить делу, которому себя посвятили».

В первой половине XIX в. завершается длительный и неспешный этап завоевания, разведки и торговой деятельности в Сибири, однако неотвратимо приближается качественно новый этап вторжения человека в природное равновесие Сибири.

Два крупнейших события конца прошлого и начала XX в. ускорили темпы экономического развития всего региона — строительство транссибирской железной дороги и столыпинская реформа. В 1906-1913 гг. более 3 млн крепких крестьян, получив крупные ссуды, переселись в Сибирь.

О деятельности Столыпина сейчас много говорят и пишут. Можно лишь отметить, что за всю историю Сибири ни царским, ни Советским правительством не было проведено столь масштабного мероприятия по увеличению численности оседлого крестьянского населения, направленного не только на хозяйственное развитие крупных районов в интересах государства, но и на значительный качественный сдвиг в улучшении благосостояния людей, на длительную перспективу без нарушения при этом природного равновесия.

Почти одновременно с развертыванием столыпинской реформы и вселенского перебазирования российского крестьянства в районы Сибири инженер Крутиков впервые выдвинул идею сооружения на р. Ангаре «электрических установок» (1906 г.). Предложения Крутикова получили в дальнейшем и практическое развитие. Отметим, что и до Крутикова р. Ангара привлекла к себе внимание руководителей Министерства путей сообщения царского правительства. В 1887-1890 гг. инженер Чернцов по поручению МПС провел рекогносцировочное освещение р. Ангары на всем ее протяжении.

Уже в 1917 г. были возобновлены прерванные войной исследования р. Ангары. В 1919-1920 гг. В.М. Малышевым была выполнена рекогносцировочная съемка р. Ангары от устья до г. Братска. Одновременно комиссия ГОЭЛРО рассмотрела доклад инж. А.А. Бельнера «Водные силы Ангары и возможности их использования» и отметила, что время решения ангарской проблемы еще не пришло.

В 1923 г. американский инж. Веннет по заданию треста Ангарметалл составил план исследования ангарских порогов и дал свои подсчеты мощности будущих электростанций.

В 1924-1925 гг. по заданию Госплана СССР при пересмотре плана ГОЭЛРО была подготовлена работа «Ленско-Байкальская область и перспективы ее электрификации», где вновь было подчеркнуто и обосновано значение для страны запасов гидроэнергии р. Ангары. Работа была развита инж. Колоссовским.

В 1929 г. проблема широких прикладных исследований р. Ангары была включена в 1-й пятилетний план. В Восточной Сибири предполагалось создать крупную энергопромышленную базу с использованием энергии р. Ангары и сырья прилегающих районов. Для конкретного изучения и исследования проблемы р. Ангары была создана специальная организация «Ангарстрой»; на р. Ангаре были открыты водомерные и гидрометрические посты.

В 1931 г. академик И.Г. Александров в своей книге «Проблемы Ангары» изложил в общем виде гипотезу о строительстве гидроэнергетических узлов на р. Ангаре. Уже на этом этапе была отмечена высокая эффективность размещения вблизи ГЭС энергоемких производств, и, прежде всего, алюминиевого.

Ангара неудержимо влекла к себе внимание руководителей государства и лучших специалистов страны. Запасы водной энергии р. Ангары по разным оценкам возможного к использованию напорного энергопотенциала реки составляют 70-86 млрд. кВт/ч. электроэнергии. Стабильность водного режима и расхода (стока) воды гарантирует устойчивую выработку электроэнергии на створах всех предполагаемых к сооружению гидроузлов по течению реки. У истока вода поступает в Ангару из оз. Байкал с глубины 400 м, и поэтому на протяжении первых 20 км она никогда не замерзает.

Путь Ангары пролегает по заповедным местам, хранящим огромные богатства. По нормам того напряженного времени, когда в стране шла энергичная индустриализация, ангарская гипотеза была разработана на хорошем научно-техническом уровне, многие решения выдержали испытание временем. Было предложено, например, лед через сооружения плотины не сбрасывать, водосбросы использовать только в страховом (маловероятном) режиме, сооружения плотины делать в массивном варианте, средний расход цемента (расчетный) для гидротехнического бетона был принят 275 кг/м3.

Коэффициент использования установленного основного оборудования ГЭС был принят на уровне 7000 ч; годовые расходы на эксплуатацию сооружений предполагались на уровне 10% стоимости капиталовложений (СК), фактически на Братской ГЭС они составляют 12 млн руб. (1,5% СК). Не выдержала испытания временем идея об использовании вместо постоянного жилья временных строительных городов, хотя она еще долго владела умами проектировщиков и заказчиков. Жизнь отвергла эти планы. Люди уже не хотели жить во времянках, без семей, тем более, что практика показала: нет ничего более постоянного, чем временные сооружения…

Учитывая возможную мощность ГЭС, гипотеза предусматривала сооружение промышленных предприятий, которые имелось в виду строить, двигаясь от станций с юга на север от истока, т.е. Байкальскую (ныне Иркутскую) ГЭС следовало строить первой, что и было осуществлено.

К сооружению Братской ГЭС надо было приступить лишь по накоплении опыта гидротехнического строительства, поскольку по расчетам эта станция была самая крупная. Достаточно глубоко была обоснована экономическая целесообразность привязки в районах р. Ангары энергоемких производств. Только годовая экономия при производстве электроэнергии всеми ГЭС будущего каскада по сравнению с среднесоюзной себестоимостью по расчетам должна была составить 950 млн руб. (в ценах 30-х годов). Было определено, что все производства с энергоемкостью выше 4000 кВт/ч на тонну готовой продукции выгоднее размещать в Приангарье, чем на расстоянии 2-3 тыс. км от него, например, в районе Кузбасса. Энергетические расчеты показали, что напряжение 200 и даже 400 кВ (о более высоком тогда не думали) недостаточно для передачи основной части вырабатываемой каскадом ГЭС электроэнергии на дальние расстояния (3 тыс. км), поэтому вся электроэнергия должна была расходоваться вблизи мест ее производства.

Разработчики гипотезы предложили производить в Приангарье ферросплавы (электростали с легирующими добавками), что обеспечивало качественный прогресс в производстве военной техники; электродоменный чугун, который был более экономичным, чем древесно-угольный на Урале; алюминий в количестве 800 тыс. т в год.

Деревня Падун

Деревня Падун. Здесь Братскгэсстрой Минэнерго СССР построит Братскую ГЭС

Все технологии производства предлагалось разрабатывать высокоэффективными и малолюдными, ибо проблема продуктов питания тогда для людей отмечалась как весьма острая. Ориентация индустрии на широкое использование древесины была предопределена ее огромными запасами. По оценкам того времени, только в бассейне р. Ангары леса занимали площадь 32,4 млн га, а годовой отпуск древесины с расчетных лесосек составлял 160 млн м3.

Гипотеза предусматривала сооружение на р. Ангаре семи ГЭС: Байкальской, Бархатовской, Братской, Шаманской, Кежемской, Богучанской, Нижнеенисейской с использованием общего напора 364 м. Предполагалось использование реки только для целей энергетики, поэтому дноуглубительные работы должны были обеспечить по всей ее длине фарватера глубину не менее 5 м.

Лесные запасы на затопляемых территориях предполагалось использовать до поднятия напора. К сожалению, в дальнейшем эту идею реализовать в полной мере не удалось…

Гипотеза предусматривала построить в створе Падунского сужения или у Пьяновских порогов Братскую ГЭС мощностью 2,5 млн кВт высотой плотины 110 м. Работы предполагалось начать в 40-е годы, но помешала война.

В предвоенной обстановке, когда большинство населения страны жило в состоянии неизвестности и тревоги в связи с усилением гитлеровской Германии, важно было достичь результата в минимальный срок. К большому сожалению, подготовительный период слишком затянулся и время было упущено.

Поэтому только в середине 70-х годов, наш народ, залечив в основном раны войны (хотя ее последствия остались в памяти людской навечно), накопил необходимые силы для решения новых задач в хозяйственном строительстве. Ангарская проблема, наконец, выдвинулась на первое место, и настоящая история Братска началась.

 

Братск — легенда XX в.

 

Среди глухой необжитости тайги несгибаемой волей советских людей, героическим трудом старших поколений и молодежи была возведена гигантская ГЭС, выработка электроэнергии на которой приближается к 1 трлн кВт/ч. Станция дала жизнь крупнейшим промышленным предприятиям Восточной Сибири, положила начало преобразованиям огромного богатейшего края.

Ангара — уникальная, единственная в своем роде река в мире. Уже при выходе из Байкала расход воды составляет 1850 м3/с. Это больше расхода Днепра у Днепрогресса, втрое больше расхода Иртыша у Усть-Каменогорской ГЭС и Оби у Новосибирской ГЭС.

Ангара сочетает в себе важные энергетические свойства: полноводность равнинных рек и стремительность горных. Но самое редкое ее качество — равномерность расхода этого мощного потока воды в течение всего года. Это позволяет ГЭС работать практически без «скачков» равномерно круглый год.

Основная масса воды в Ангаре из грандиозного природного резервуара — оз. Байкал. Объем его настолько велик, что даже такая могучая река, как Ангара, выносит за год лишь одну четырехсотую его часть. Благодаря Байкалу и собственному гигантскому водохранилищу — Братскому морю ГЭС полностью зарегулирована, т.е. в любое время года, и в дождь, и в сушь получает нужное ей количество воды.

Равномерность стока имеет и другие преимущества: сокращение высот перемычек при строительстве и водосливных устройств и гарантии выработки значительного количества электроэнергии даже при относительно небольшой емкости водохранилища. Геологические условия долины Ангары, особенно в сред-нем течении, весьма благоприятны для строительства высоких плотин и мощных электростанций, могущих дать огромное количество энергии. Полноценное использование этого потока энергии зависело от строительства в том же районе крупных энергоемких производств. Таким образом, энергетическое освоение Ангары становилось народнохозяйственной проблемой государственного значения, которая была связана с решением сложнейших вопросов разведки и разработкой рудных месторождений, строительством заводов цветной металлургии, производством алюминия, развитием химической и лесохимической промышленности, сельского хозяйства, обеспечением рабочей силой и рядом других.

Уже в первые послевоенные годы, несмотря на огромные потери в экономике страны, работы на Ангарстрое продолжались. Гидропроект уточнял энергетическую схему реки, составлял новые проекты промышленного использования ее энергии. Вся эта могучая река энергии должна была преобразить облик Приангарья, вызвать к жизни первый в стране Братский территориально-производственный комплекс (ТПК).

Промышленность комплекса складывалась из энергоемких горнорудных, лесохимических и электрометаллургических предприятий. А возможностей для этого в Приангарье достаточно. Еще в предвоенные годы разведка залежей железной руды в Приангарье дала впечатляющие цифры запасов Анагаро-Илимского района. Первый железорудный район — Илимский с Коршуновским, Рудногорским и Краснояровским месторождениями оценивался в 400 млн т. Второй — бассейн р. Онот, притока Белой — в 100-150 млн т и третий — Западное Забайкалье — 100 млн т. Общий суммарный запас железной руды в Восточной Сибири (по тогдашней оценке) составлял не менее 1 млрд т.

Второе природное богатство Приангарского края — его леса. Ангаро-Байкальский район сосредоточил около 20% общих запасов древесины страны. Он являлся основным почти нетронутым лесосырьевым районом страны с высоким качеством древесины. Для производства целлюлозы намечалось использовать не только сосну, ель и пихту, но и лиственницу, и мягкие лиственные породы. Все это обещало большие перспективы для широкого развития комплексной переработки древесины.

Братск дождался звездного часа. В конце сентября 1954 г. для строительства Братской ГЭС было создано специальное управление Нижнеангаргэстрой (впоследствии Братскгэсстрой), подчиненное Министерству строительства электростанций СССР.

18 октября в старинное сибирское село Братск приехал начальник будущей стройки И.И. Наймушин. Об этих талантливых людях, о руководителях Братскгэсстроя И.И. Наймушине, главном инженере А.М. Гиндине и о блестящем их окружении профессионалов энтузиастов подробно изложено в разделе «Кадровая политика». Сопки, уходящие за горизонт, покрытые острым частоколом хвойника, стиснутая береговыми утесами стремительная Ангара играла на каменистых порогах; бездорожье, бескрайний зеленый океан тайги, буреломы, чащобы, пади. Но именно здесь встала мощнейшая в мире ГЭС с самой большой выработкой энергии, протянулись самые длинные высоковольтные линии электропередачи, благодаря энергии станции, выросли самые большие заводы.

Плотина Братской ГЭС протянется бетонной призмой высотой 125 м. Вместе с земляными плотинами, раскинувшимися на оба берега реки, она удержит море самого глубокого и самого емкого в мире искусственного водохранилища по фронту на 5 км с лишним.
В бетонное тело плотины заложат могучие трубы-водоводы. Их 20, по числу турбин станции, а диаметр — больше диаметра тоннелей московского метро. И долго не будет в мире ГЭС, которая могла бы сравниться с Братской по мощности и выработке электроэнергии.

По размерам турбины Братской ГЭС равны турбинам Днепрогэса. Но по мощности они значительно их превзойдут. Мощность каждой турбины Братска будет равна двум третям мощности Каховской ГЭС. Одна турбина Братской ГЭС — это по мощности четыре такие станции, как Волховская. Стоимость электроэнергии Братской ГЭС — 0,055 коп. за киловатт-час. Экономичность во многом определяется исключительно выгодными природными условиями. ГЭС встанет в Падунском сужении, где река, широкая и полноводная, сжата диабазовыми утесами. Немногим выше в Ангару впадают два ее больших притока — Ока и Ия.

Палатки первых строителей Братскгэсстроя, 1954 г.

Палатки первых строителей Братскгэсстроя, 1954 г.

К началу работ по сооружению Братской ГЭС советские энергостроители имели немалый опыт, и проект станции разрабатывался на научной основе. Создано и изучено пять вариантов. Над составлением, технической разработкой, подготовкой научных данных работало 70 научно-исследовательских институтов страны. Задачи, стоявшие перед армией проектировщиков, ученых, конструкторов, были немалые.

Предстояло оснастить станцию и ее строительство машинами и аппаратурой, способными работать при температуре до -55 оС, укладывать бетон в зимнее время. Как известно, в Швейцарии на строительстве ГЭС зимой прекращались все бетонные работы. А разве в Швейцарии зима! В Братске такой вариант был невозможен. Сколько же лет понадобилось бы, чтобы уложить 5 млн м3 бетона, которые требовались для сооружения Братской ГЭС?

Да, пришлось укладывать бетон зимой, пересмотреть существующие нормы, расчеты, инструкции.

Пришло время, и Братская ГЭС стала гордостью народа. Но это — лишь первый этап, начало развития и преображения района, края, территориально-промышленного комплекса. Энергия Братской ГЭС вызывала к жизни заводы-гиганты — Братский алюминиевый завод, Братский лесопромышленный комплекс, десятки других промышленных предприятий.

Возникли новые города с многочисленным населением — Братск, Усть-Илимск, Железногорск, сотни поселков. Встали новые ГЭС; электроэнергия Восточной Сибири влилась в единую энергетическую систему страны, реализуя на практике заветы великого М. Ломоносова.

Так стало. А тогда — морозная дымка висела над тайгой, поблескивало медью злое зимнее солнце, трещали вековые деревья, мигали редкие огоньки в разбросанных, занесенных снегом до наличников окон избах. Шумели Падунские пороги.

А на исходных позициях — небольшая группа специалистов и два руководителя будущего строительства — начальник и главный инженер.

Началось воплощение в жизнь основной части грандиозного плана обуздания Ангары — все необходимые условия для этого были созданы.

 

Проект гидроузла

 

По окончательному варианту Братский гидроузел включал в себя плотину длиной 5,1 км, высотой 130 м, земляные плотины, примыкающие к русловой, состояли из двух частей: правобережная — из песка, а левобережная — из песчаника с суглинистым ядром, с бетонным зубом и упорной призмой из диабазового скальника.

Различие в материалах береговых плотин вызвано особенностями геологических условий берегов. Створ гидроузла расположен в Падунском сужении, пробитом рекой миллионы лет назад в застывшем потоке лавы. Под основанием плотины на глубине 100-150 м залегают три основных слоя из диабазовых пород, песчаника и алевролита, которые служат в силу своей прочности и незначительной водонепроницаемости почти идеальным естественным основанием.

Глубина водохранилища перед плотиной 120 м. На этой глубине давление достигает соответственно 12 атм. Под таким давлением вода проникает по микротрещинам в дренажные потерны и швы, откуда откачивается специальными насосами. Для снижения фильтрации под плотиной имеется плотная сплошная цементационная завеса, которая выполнена нагнетанием в специальные скважины цементного «молока» под давлением в несколько атмосфер. «Молоко», проникнув в бетон и заполнив трещины, твердеет и превращается в сплошную непроницаемую для воды преграду. Датчики контролируют ее исправность. В случае необходимости на поврежденных участках она будет восстановлена нагнетанием новых порций «молока».

Русловая плотина состоит из водосливной и станционной частей. Водосливная снабжена одиннадцатью водосливными пролетами 16-метровой ширины каждый, служащими для пропуска, при необходимости, воды из водохранилища. Пролеты перекрыты металлическими 260-тонными сегментными затворами, для подъемов и опусканий которых предназначены козловые краны на гребне плотины. При сбросе излишних паводковых вод поток воды, устемившийся со стометровой высоты, плавно закругляется на носке плотины и сбрасывается в нижний бьеф.

В станционной части плотины расположены водоводы, по которым вода подается к турбинам ГЭС. Отработанная вода через отсасывающие трубы выходит в нижний бьеф. Доступ воды к турбинам можно прервать, закрыв лопатки направляющего аппарата.

Для защиты турбин от попадания плавающего в водохранилище леса и прочего мусора водоводы защищены специальными решетками. Они очищаются кранами с грейферными захватами.
В подводной части ГЭС расположены турбины, вспомогательные механизмы, отсасывающие трубы, мостовые краны и другие механизмы для обслуживания станции. 20 гидроагрегатов (работают 18, станция располагает резервными кратерами для установки дополнительных машин) по 225 тыс. кВт имеют общую установленную мощность 4,5 млн кВт.

Масштабы и размах предстоящих работ, уникальность сооружений гидроузла и других объектов, трудности и проблемы, которые предстояло решить в короткий срок, сразу же потребовали от строителей широких и смелых решений. Мировая практика строительства не знала подобного.

Перекрытие — это рубеж нового фронта работ, эффективный, но кратковременный эпизод. Схема строительства плотин упрощенно выглядит так. На первом этапе строится продольная перемычка, затем отсыпаются верховая и низовая, после откачки воды из котлована вынимают разрушенный или лишний грунт (скалу), и начинается укладка бетона. Возводится гребенка — ряд бычков, оснащенных пазами для затворов и откачки воды.

Затем второй этап. Второе перекрытие — устройство котлована во второй половине реки, охватывающего весь фронт работ. Котлован возводится в процессе строительства верховой и низовой перемычек. Гребенка здесь не