Открыть главное меню

Куба́нская ГАЭС — гидроаккумулирующая электростанция у посёлка Водораздельный Прикубанского района Карачаево-Черкесии, на Большом Ставропольском канале. Первая гидроаккумулирующая электростанция в России (введена в эксплуатацию в 1967 году). Используется для сезонного регулирования воды в Большом Ставропольском канале, обеспечивая наполнение его водой в маловодный осенне-зимний период. Имеет оригинальную конструкцию — здание электростанции размещено на дне водохранилища. Входит в состав Каскада Кубанских ГЭС (группа Куршавских ГЭС), являясь его головной ступенью. Собственником Кубанской ГАЭС является ОАО «РусГидро».

Кубанская ГАЭС
Kuban PSPP 10.JPG
Здание Кубанской ГАЭС
Страна  Россия
Местоположение  Карачаево-Черкесия
Река Большой Ставропольский канал
Каскад Кубанский
Собственник РусГидро
Статус действующая
Год начала строительства 1961
Годы ввода агрегатов 1968-1969
Основные характеристики
Годовая выработка электроэнергии, млн  кВт⋅ч 10,7
Разновидность электростанции гидроаккумулирующая
Расчётный напор, м 30
Электрическая мощность, МВт 15,9/14,4 (турбинный/насосный режим)
Характеристики оборудования
Тип турбин обратимые
Количество и марка турбин 6×63НТВ-30
Расход через турбины, м³/с 6×11,3/10,5 (турбинный/насосный режим)
Количество и марка генераторов 6×ВГДС 260/64-20
Мощность генераторов, МВт 6×2,65/2,4 (турбинный/насосный режим)
Основные сооружения
Тип плотины земляная
Высота плотины, м 12
Длина плотины, м 6800
Шлюз нет
ОРУ 110 кВ
На карте
Кубанская ГАЭС (Карачаево-Черкесия)
Red pog.png
Кубанская ГАЭС
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Природные условияПравить

Кубанская ГАЭС, находящаяся на 47-м километре Большого Ставропольского канала, использует перепад высот между каналом и наливным Кубанским водохранилищем, расположенным в естественной котловине бывшего озера Большое Солёное. Большой Ставропольский канал питается водами реки Кубань, берет своё начало от построенного на этой реке Усть-Джегутинского гидроузла, площадь водосбора Кубани в створе гидроузла составляет 4160 км². Водный режим Кубани характеризуется продолжительным летним половодьем, на которое накладываются дождевые паводки. Подъём уровня воды начинается в конце марта-начале апреля, завершается в конце сентября-начале октября; за это время проходит до 80 % годового стока. С октября по март наблюдается меженный период, наименьшие расходы воды фиксируются в феврале. Максимальный расход воды в створе Усть-Джегутинского гидроузла наблюдался в ходе катастрофического наводнения 22 июня 2002 года и составлял 1880 м³/с; согласно расчётам, раз в 1000 лет могут наблюдаться паводки с расходами до 2140 м³/с. Максимальные расходы воды в Большом Ставропольском канале составляют 180 м³/с, в перспективе возможно увеличение пропуска воды до 220 м³/с[1].

Климат в районе расположения ГАЭС континентальный, с жарким дождливым летом и неустойчивой зимой. Среднегодовая температура составляет 9-10°С, длительность безморозного периода составляет 176—191 день. Среднегодовая сумма осадков составляет 572 мм, максимум осадков наблюдается в июне. В основании сооружений Кубанской ГАЭС залегают глинистые отложения различного генезиса — палеогеновые майкопские глины, делювиальные и озёрные глины. Сейсмичность района расположения станции составляет 8 баллов по шкале MSK-64[2].

Конструкция станцииПравить

Конструктивно Кубанская ГАЭС представляет собой средненапорную деривационную гидроаккумулирующую электростанцию с подводным зданием ГАЭС. Верхним бьефом ГАЭС является Большой Ставропольский канал, нижним — Кубанское водохранилище. Сооружения гидроаккумулирующей электростанции включают в себя земляную плотину Кубанского водохранилища, подводящий канал, здание ГАЭС, напорные трубопроводы, водоприёмник, отводящий канал водоприёмника, холостой водосброс, шлюз-регулятор № 1 с отводящим каналом, открытое распределительное устройство (ОРУ) 110 кВ. Ряд сооружений станции (в частности, напорные трубопроводы и водоприёмник сифонного типа) унифицированы с сооружениями других гидроэлектростанций каскада кубанских ГЭС. Установленная мощность электростанции в турбинном режиме составляет 15,9 МВт, в насосном режиме — 14,4 МВт, среднегодовая выработка электроэнергии — 10,7 млн кВт·ч[3][4][5][6].

Земляная плотинаПравить

Земляная плотина, образующая Кубанское водохранилище, проходит по водоразделу между озёрами Малое Солёное и Большое Солёное (последнее стало частью водохранилища). Плотина однородная, отсыпана из местных делювиальных суглинков и глин. Длина плотины — 6800 м, ширина по гребню — 7 м, максимальная высота — 12 м, в плотину отсыпано 2,082 млн м³ грунта. Профиль плотины имеет ломаные очертания — верховой откос имеет два участка с заложением 1:2 и 1:10, сопрягающиеся с помощью горизонтальной бермы. Низовой откос имеет участки с заложением 1:2 и 1:3. Верховой откос до бермы защищён от размыва волнами железобетонными плитами толщиной 0,2 м, ниже бермы откос закреплён слоем песчано-гравийного грунта толщиной 1 м. Низовой откос закреплён одерновкой. Противофильтрационые и дренажные устройства в теле плотины отсутствуют, в основании низового откоса выполнена дренажная канава с насосной станцией, перекачивающей фильтрующиеся воды в водохранилище[3][7][8][9].

Холостой водосбросПравить

Холостой водосброс консольного типа служит для заполнения Кубанского водохранилища (совместно с пропуском воду через агрегаты ГАЭС), а также для аварийного опорожнения головного участка Большого Ставропольского канала (от Усть-Джегутинского гидроузла до шлюза-регулятора № 1). По конструкции представляет собой железобетонный поверхностный быстроток с консольным сбросом, состоит из входного оголовка, лотка и консольной части. Входной оголовок предназначен для регулирования расхода воды через водосброс, представляет собой сооружение докового типа размером 18×16 м с двумя пролётами шириной по 6 м. Пролёты оборудованы плоскими основными и аварийно-ремонтными затворами, оперирование которыми производится при помощи электролебёдок[10][11].

Лоток водосброса имеет длину 190,36 м, ширину 13,3 м, высоту 2-3,5 м, уложен на слой гравийно-песчаной смеси толщиной 0,2 м, сопрягающимся с дренажом. Лоток переходит в консольную часть длиной 62 м, размещённую на опорах и выдающуюся в водохранилище. По ширине консольная часть разделена на два пролёта. Гашение энергии сбрасываемой воды производится в воронке размыва, закреплённой каменной наброской. Воронка размыва соединяется с основной частью водохранилища коротким отводящим каналом[10][11].

Консольный водосброс Кубанской ГАЭС является одним из крупнейших в России сооружений такого типа. Расчётный расход воды через водосброс составляет 180 м³/с, максимальный — 220 м³/с. Перепад уровней между водохранилищем и Большим Ставропольским каналом (напор водосброса) составляет, в зависимости от уровня воды в водохранилище, 16-31 м[10][11].

ГАЭСПравить

  Внешние изображения
  Здание Кубанской ГАЭС при низком уровне воды в водохранилище

Здание ГАЭС представляет собой коробчатое железобетонное сооружение длиной 48,5 м, шириной 19,75 м и высотой 26,41 м. Здание расположено на дне Кубанского водохранилища в выемке, гидроагрегаты заглублены под его нормальный подпорный уровень — ось рабочего колеса находится на отметке уровня сработки водохранилища. Над водой возвышается лишь верхняя часть сооружения с мостовым краном, с берегом здание ГАЭС соединено служебным мостом длиной 96 м[12][13].

В здании ГАЭС установлено 6 обратимых вертикальных гидроагрегатов мощностью по 2,65/2,4 МВт (в турбинном/насосном режимах), расстояние между осями агрегатов 6,5 м. Агрегаты оборудованы радиально-осевыми насос-турбинами 63НТВ-30 (диаметр рабочего колеса — 1,7 м), работающими при расчётном напоре 30 м (максимальный напор — 31,25 м, минимальный — 16,25 м). Максимальный расход воды через насос-турбину — 10,5/11,3 м³/с (в турбинном/насосном режимах). Особенностью насос-турбин является отсутствие регулируемого направляющего аппарата (имеющиеся лопатки направляющего аппарата переставляются вручную и обеспечивают регулирование только по напору, но не по мощности), вследствие чего агрегаты могут работать только на полной мощности. Насос-турбины созданы на основе центробежного насоса 8к-25, произведены заводом «Уралгидромаш». Насос-турбины соединены с гидрогенераторами-двигателями ВГДС 260/64-20 производства предприятия «Уралэлектротяжмаш»[12][14][6].

Сборка-разборка гидроагрегатов осуществляется с помощью мостового крана грузоподъёмностью 30 т, расположенного на эстакаде над перекрытием машинного зала, при этом подача/извлечение оборудования краном из машинного зала производится через люки в перекрытии. Внутри машинного зала для обслуживания оборудования установлен мостовой кран грузоподъёмностью 5 т. Перед спиральными камерами насос-турбин установлены дисковые затворы диаметром 1,8 м с гидравлическим приводом, за камерами в отсасывающих трубах смонтированы сороудерживающие решётки, которые при необходимости заменяются на плоские ремонтные затворы[15][14][6].

Со стороны нижнего бьефа подвод и отведение воды к насос-турбинам производится по подводящему каналу длиной 2251 м, расположенному на дне водохранилища. На протяжении 40 м от здания ГАЭС дно и откосы канала закреплены железобетонными плитами, затем на протяжении 30 м — каменным мощением, далее крепление отсутствует. Со стороны верхнего бьефа подвод воды производится по двум железобетонным напорным трубопроводам, каждый из которых в районе здания ГАЭС переходит в развилку на три агрегата. Длина каждого трубопровода — 420 м, внутренний диаметр — 4 м, расход воды — 32 м³/с. Трубопроводы уложены в выемке и засыпаны сверху грунтом[16][17].

Со стороны верхнего бьефа трубопроводы соединяются с водоприёмником сифонного типа, представляющим собой монолитную железобетонную конструкцию с двумя пролётами и сифонным водозабором. Водоприёмник оборудован сороудерживающими решётками и ремонтными затворами (для оперирования которыми используется козловой кран), вакуумные насосы и клапаны срыва вакуума. В нижней части сифона расположена потерна, в которой расположен центробежный насос для подачи воды в вакуумные насосы. Водоприёмник (а также холостой водосброс) соединяются с Большим Ставропольским каналом при помощи отводящего канала, выполненного в полувыемке-полунасыпи. Длина канала — 160 м, ширина по дну — 23 м, максимальная глубина воды — 5,8 м, пропускная способность — 247 м³/с, отметка уровня воды в канале — 645,25 м. Откосы канала на протяжении 40 м от водоприёмника закреплены железобетонными плитами, далее на протяжении 10 м — каменной наброской, далее щебнем[18].

Гидрогенераторы-двигатели производят/потребляют электроэнергию на напряжении 6,3/6 кВ, которое преобразуется в напряжение 110 кВ при помощи двух силовых трансформаторов ТДНГ-10000/110. Выдача/потребление мощности в/из энергосистемы производится через открытое распределительное устройство 110 кВ, выполненное по схеме «мостика», на котором установлен один элегазовый выключатель ВГТ-110П-40/2500-У1 производства фирмы ABB[19][6]. Кубанская ГАЭС соединена с энергосистемой двумя линиями электропередачи напряжением 110 кВ:

  • ГАЭС — ПС Береговая (Л-26)
  • ГАЭС — ГЭС-1 (Л-46).

Шлюз-регуляторПравить

Шлюз-регулятор № 1, расположенный на Большом Ставропольском канале за отводящим каналом ГАЭС предназначен для разделения потока воды между каналом и ГАЭС. Представляет собой железобетонный трёхпролётный водослив (ширина пролёта — 6 м). Пролёты снабжены плоскими основными и аварийно-ремонтными затворами, для оперирования которыми применяется канатный механизм. Отводящий канал шлюза-регулятора выполнен в плувыемке-полунасыпи, откосы канала закреплены железобетонными плитами, бетоном и каменным мощением[20]. Координаты шлюза-регулятора — 44°13′17″ с. ш. 42°20′56″ в. д.HGЯO

Кубанское водохранилищеПравить

 
Схема расположения сооружений Кубанской ГАЭС

Напорные сооружения ГАЭС образуют Кубанское водохранилище (до 1968 года именовавшееся водохранилищем «Большое»). Водохранилище создано в природной котловине Большого Солёного озера (отметка воды в котором составляла 505—506 м над уровнем моря по Балтийской системе высот), озеро полностью вошло в состав водохранилища и прекратило своё существование как отдельный объект. Водохранилище наливного типа, ГАЭС используется в качестве нижнего аккумулирующего бассейна. Площадь водохранилища при нормальном подпорном уровне 49,8 км², длина около 11 км, максимальная ширина около 8 км, максимальная глубина 21 м. Полная и полезная ёмкость водохранилища составляет 565,9 и 490,6 млн м³ соответственно, что позволяет осуществлять сезонное регулирование стока (водохранилище наполняется в многоводный период года и срабатывается в маловодный). Отметка нормального подпорного уровня водохранилища составляет 629 м, уровня сработки — 614 м. При создании водохранилища было затоплено 6,45 тыс. га сельскохозяйственных земель и перенесены 65 строений[21][22][23]

Экономическое значениеПравить

Кубанская ГАЭС используется для сезонного регулирования стока в Большом Ставропольском канале, с попутной выработкой электроэнергии; её режим работы сильно отличается от такового классических гидроаккумулирующих электростанций, предназначенных для компенсации суточных неравномерностей потребления электроэнергии в энергосистемах. С мая по август ГАЭС работает в турбинном режиме, заполняя Кубанское водохранилище из канала и вырабатывая электроэнергию (до 12 млн кВт⋅ч в год). За этот период через гидроагрегаты ГАЭС пропускается в среднем 292 млн м³ воды, ещё 166 млн м³ проходит через водосброс. С сентября по апрель ГАЭС работает в насосном режиме, перекачивая воду из водохранилища в канал, на что затрачивается до 46 млн кВт⋅ч электроэнергии[24][25].

Кубанская ГАЭС является головной станцией в каскаде Кубанских ГЭС. Обеспечивая сработку водохранилища в маловодный период, когда забор воды в Большой Ставропольский канал из Кубани резко снижается, ГАЭС обеспечивает выработку электроэнергии на нижележащих станциях каскада — ГЭС-1, ГЭС-2, ГЭС-3 и ГЭС-4 общей мощностью 386 МВт. Из Кубанского водохранилища по Кавминводскому групповому водоводу обеспечивается надёжное водоснабжение городов Минеральные Воды, Железноводск, Ессентуки, Кисловодск, Пятигорск, Лермонтов и ряда других населённых пунктов (ежегодный забор воды — 13,47 млн м³)[26]. Кубанское водохранилище используется для любительского и промыслового (в небольших объёмах) рыболовства — в водоёме обитают 18 видов рыб. В осенний период на водохранилище останавливается до 36 тысяч мигрирующих уток[27].

История строительства и эксплуатацииПравить

В 1935—1940 годах в соответствии с Постановлением Совнаркома СССР была разработана Схема обводнения Ставрополья. В соответствии с ней, было намечено строительство двух обводнительно-оросительных систем: Кубань-Егорлыкской и Кубань-Калаусской (с 1968 года — Большой Ставропольский канал). Проектное задание первой очереди Кубань-Калаусской системы было разработано Пятигорским филиалом института «Южгипроводхоз» и утверждено в 1956 году. В проектном задании институтом «Укргидропроект» был выполнен раздел, посвящённый гидроэнергетическому использованию канала. С 1956 года проектирование энергетических сооружений по трассе канала было выделено в отдельный титул и поручено институту «Гидропроект»[28][29].

В проектном задании предполагалась самотечная система наполнения и сработки Кубанского водохранилища (имевшего тогда название водохранилище «Большое»): вся вода из головной части канала сбрасывалась в водохранилище и оттуда самотёком шла в нижнюю часть канала. В ходе дальнейших проработок институт «Гидропроект» предложил изменить эту схему, сделав Кубанское водохранилище наливным, заполняемым и опорожняемым при помощи обратимой насосной станции (ГАЭС). Это решение имело ряд преимуществ, в связи с чем было принято к реализации[30]:

  • Увеличивается мощность и выработка на ГЭС-1 Кубанского каскада за счёт включения в работу около 30 м напора, теряемого в исходной схеме;
  • В два раза снижается объём работ по плотине Кубанского водохранилища, отпадает необходимость в сооружении сложной и дорогостоящей прорези между водоразделами Кубани и Кумы с регулирующим сооружением;
  • Дополнительная выработка на ГЭС-1 и ГАЭС более чем вдвое превышает затраты электроэнергии на работу ГАЭС в насосном режиме.

В ходе проектирования рассматривалось несколько вариантов размещения сооружений ГАЭС и их компоновки. В частности, были проработаны варианты здания ГАЭС, совмещённого с холостым водосбросом, плавучего здания ГАЭС, здания ГАЭС без напорных трубопроводов, размещённого на берегу водохранилища в шахте. Принятый к реализации вариант был выбран по результатам технико-экономического сравнения и оценки удобства эксплуатации. Строительство Кубанской ГАЭС было начато в 1961 году организацией «Севкавгидроэнергострой», первый гидроагрегат пущен 1 декабря 1968 года, последний — в 1969 году. В ходе строительства станции была произведена выемка 1180 тыс. м³ и насыпь 2800 тыс. м³ мягкого грунта, а также насыпь 326 тыс. м³ каменной наброски, дренажей и фильтров. Было уложено 55 тыс. тонн бетона и железобетона, смонтировано около 250 тонн металлоконструкций и механизмов[31][32][33].

20 октября 1967 года дирекция строящихся Кубанских ГЭС была преобразована в Каскад Кубанских ГЭС в состав которого вошли 5 электростанций (ГАЭС, ГЭС-1, ГЭС-2, ГЭС-3, ГЭС-4). С 1 апреля 1972 года Кубанская ГАЭС в составе каскада Кубанских ГЭС была передана в ведение районного энергетического управления «Ставропольэнерго», которое в 1988 году было преобразовано в Ставропольское производственное объединение энергетики и электрификации «Ставропольэнерго», на базе которого в 1993 году было создано ОАО «Ставропольэнерго». В 2005 году в ходе реформы РАО «ЕЭС России» Кубанская ГАЭС вместе с другими ГЭС каскада была выделена из состава ОАО «Ставропольэнерго» в ОАО «Ставропольская электрическая генерирующая компания», которое в свою очередь в 2006 году перешло под контроль ОАО «ГидроОГК» (позднее переименованного в ОАО «РусГидро». В 2008 году ОАО «Ставропольская электрическая генерирующая компания» было ликвидировано, и Кубанская ГАЭС вошла в состав филиала ОАО «РусГидро» — Каскад Кубанских ГЭС[34][35][6].

К началу 2010-х годов оборудование Кубанской ГАЭС отработало более 40 лет, износилось физически и морально устарело, в связи с чем стало требовать замены и реконструкции. В 2011 году ОАО «РусГидро» подписало с компанией Alstom Hydro France договор на комплексную реконструкцию 9 станций каскада Кубанских ГЭС, в том числе и Кубанской ГАЭС. В соответствии с договором, в течение 10 лет планируется заменить всё основное и вспомогательное оборудование станции — гидроагрегаты, затворы, трансформаторы, оборудование распределительного устройства и т. п., а также построить новое здание ГАЭС. По состоянию на 2014 год были изготовлены и доставлены на склад филиала новые силовые трансформаторы ГАЭС, а также оборудование комплектного распределительного устройства элегазового (КРУЭ-110 кВ)[36][37]. С 1968 по 2011 годы в Кубанском водохранилище отложилось 46,1 млн м³ наносов, в результате полная ёмкость водохранилища уменьшилась по сравнению с проектными показателями на 7,5 %. Полезная ёмкость в результате заиления сократилась на 9,4 млн м³ или на 1,9 %[38].

ПримечанияПравить

  1. Правила, 2014, с. 195—213.
  2. Правила, 2014, с. 195—202.
  3. 1 2 Гидроэлектростанции России, 1998, с. 261—263.
  4. Правила, 2014, с. 219—228.
  5. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 87.
  6. 1 2 3 4 5 Кубанская ГАЭС на официальном сайте ОАО «РусГидро». РусГидро. Дата обращения 5 января 2015.
  7. Правила, 2014, с. 219—220.
  8. ПТЭБ, 2014, с. 8.
  9. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 74—76.
  10. 1 2 3 Правила, 2014, с. 226—227.
  11. 1 2 3 Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 85—86.
  12. 1 2 Правила, 2014, с. 221—223.
  13. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 78—85.
  14. 1 2 Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 87—89, 92-94.
  15. Правила, 2014, с. 221—223, 225.
  16. Правила, 2014, с. 225.
  17. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 82.
  18. Правила, 2014, с. 223—225.
  19. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 92.
  20. Правила, 2014, с. 227—228.
  21. Правила, 2014, с. 229—230.
  22. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 74.
  23. Гидроэлектростанции России, 1998, с. 261.
  24. Правила, 2014, с. 232—236.
  25. Каскад Кубанских ГЭС. Общие сведения. РусГидро. Дата обращения 5 января 2015.
  26. Правила, 2014, с. 247—251.
  27. Кубанское водохранилище и озеро Малое. Водно-болотные угодия России. Дата обращения 5 января 2015.
  28. Правила, 2014, с. 379.
  29. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 16.
  30. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 16—18.
  31. Гидроэлектростанции ККОС, 1974, с. 16, 78.
  32. Гидроэлектростанции России, 1998, с. 263.
  33. 45 лет назад встал под нагрузку первый обратимый агрегат ГАЭС Каскада Кубанских ГЭС. РусГидро. Дата обращения 5 января 2015.
  34. История ГЭС Кубанского каскада. РусГидро. Дата обращения 5 января 2015.
  35. Годовой отчёт Открытого акционерного общества «Ставропольэнерго» по результатам работы за 2006 год (недоступная ссылка). ОАО «Ставропольэнерго». Дата обращения 5 января 2015. Архивировано 8 января 2015 года.
  36. Проект комплексной реконструкции и модернизации. РусГидро. Дата обращения 5 января 2015.
  37. На Каскад Кубанских ГЭС прибыло новое распределительное устройство для ГЭС-2. РусГидро. Дата обращения 5 января 2015.
  38. ПТЭБ, 2014, с. 67.

ЛитератураПравить

СсылкиПравить