Экологические последствия аварий на гидротехнических сооружениях

Рис 3. Последствия  аварии на Саяно-Шушенской ГЭС.

 

Авария на данный момент является крупнейшей в истории катастрофой  на гидроэнергетическом объекте  России и одной из самых значительных в истории мировой гидроэнергетики. «Авария уникальна, — сказал, в частности, министр РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий С. К. Шойгу. — Ничего подобного в мировой практике не наблюдалось». Тем не менее, оценка последствий катастрофы в экспертном и политическом сообществе неоднозначна. Некоторые специалисты и организации, в том числе тот же Сергей Шойгу,сравнивали Саяно-Шушенскую аварию по её значимости и влиянию на экономические и социологические аспекты жизни России с аварией на Чернобыльской АЭС. Другие эксперты утверждали, что эти аварии несравнимы по масштабам. Президент Российской Федерации Д. А. Медведев высказывал мнение, что не следует излишне драматизировать ситуацию и делать «апокалиптические» комментарии. Авария вызвала большой общественный резонанс, став одним из самых обсуждаемых в средствах массовой информации событий 2009 года.

          Рис 4. Саяно-Шушенская ГЭС до аварии.

 

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция  на реке Енисей является крупнейшей ГЭС  России и одной из наиболее крупных ГЭС в мире. Она расположена на границе Красноярского края и Хакасии. Строительство ГЭС началось в 1968 году, первый гидроагрегат был пущен в 1978 году, последний — в 1985 году. В постоянную эксплуатацию электростанция была принята в 2000 году. Технически ГЭС состоит из бетонной арочно-гравитационной плотины высотой 245 м и приплотинного здания ГЭС, в котором размещены 10 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 640 МВт. Установленная мощность ГЭС составляет 6400 МВт, среднегодовая выработка — 22,8 млрд кВт·ч. Плотина ГЭС образует крупное Саяно-Шушенское водохранилище сезонного регулирования (рис 4). Ниже по течению Енисея расположена контррегулирующая Майнская ГЭС, составляющая с Саяно-Шушенской ГЭС единый производственный комплекс. Сооружения ГЭС спроектированы институтом «Ленгидропроект», гидросиловое оборудование поставлено заводами «ЛМЗ» и «Электросила» (ныне входят в состав концерна «Силовые машины»). Саяно-Шушенская ГЭС принадлежит ОАО «РусГидро».

На момент аварии нагрузка на станцию составляла 4100 МВт, из 10 гидроагрегатов в работе находилось 9 В 8:13 местного времени 17 августа 2009 года произошло внезапное разрушение гидроагрегата № 2 с поступлением через шахту гидроагрегата под большим напором значительных объёмов воды. Персонал электростанции, находившийся в машинном зале, услышал громкий хлопок в районе гидроагрегата № 2 и увидел выброс мощного столба воды. Потоки воды быстро затопили машинный зал и помещения, находящиеся под ним. Все гидроагрегаты ГЭС были затоплены, при этом на работавших гидрогенераторах произошли короткие замыкания (их вспышки хорошо видны на любительском видео катастрофы), выведшие их из строя. Произошёл полный сброс нагрузки ГЭС, что привело в том числе и к обесточиванию самой станции. На центральном пульте управления станцией сработала светозвуковая сигнализация, после чего пульт был обесточен — пропала оперативная связь, электропитание освещения, приборов автоматики и сигнализации. Автоматические системы, останавливающие гидроагрегаты, сработали только на гидроагрегате № 5, направляющий аппарат которого был автоматически закрыт. Затворы на водоприёмниках других гидроагрегатов оставались открытыми, и вода по водоводам продолжала поступать на турбины, что привело к разрушению гидроагрегатов № 7 и 9 (сильно повреждены статоры и крестовины генераторов). Потоками воды и разлетающимися обломками гидроагрегатов были полностью разрушены стены и перекрытия машинного зала в районе гидроагрегатов № 2, 3, 4. Гидроагрегаты № 3, 4 и 5 были завалены обломками машинного зала. Сотрудники станции, имевшие такую возможность, оперативно покинули место аварии.

Отчет о восстановительных работах

Всего в поисково-спасательных работах было задействовано до 2700 человек (из них около 2000 человек  работали непосредственно на ГЭС) и  более 200 единиц техники. В ходе работ  было разобрано и вывезено более 5000 м³ завалов, из помещений станции  откачано более 277 000 м³ воды. С целью  ликвидации масляного загрязнения  акватории Енисея было установлено 9683 метра боновых заграждений и собрано 324,2 т маслосодержащей эмульсии.

Причины аварии

Результаты расследования  аварии комиссией Ростехнадзора были опубликованы на сайте ведомства в виде документа под официальным названием «Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества „РусГидро“ — „Саяно-Шушенская ГЭС имени П. С. Непорожнего“».[1] В акте приводятся общие сведения о гидроэлектростанции, перечисление событий, предшествовавших аварии, описывается ход аварии, перечисляются причины и события, повлиявшие на развитие аварии. Непосредственная причина аварии этим актом была сформулирована так: Вследствие многократного возникновения дополнительных нагрузок переменного характера на гидроагрегат, связанных с переходами через не рекомендованную зону, образовались и развились усталостные повреждения узлов крепления гидроагрегата, в том числе крышки турбины. Вызванные динамическими нагрузками разрушения шпилек привели к срыву крышки турбины и разгерметизации водоподводящего тракта гидроагрегата.

Парламентская комиссия, результаты работы которой были опубликованы 21 декабря 2009 года под официальным  названием «Итоговый доклад парламентской  комиссии по расследованию обстоятельств, связанных с возникновением чрезвычайной ситуации техногенного характера на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года», причины аварии сформулировала следующим  образом: Авария на СШГЭС с многочисленными человеческими жертвами стала следствием целого ряда причин технического, организационного и нормативного правового характера. Большинство этих причин носит системный многофакторный характер, включая недопустимо низкую ответственность эксплуатационного персонала, недопустимо низкую ответственность и профессионализм руководства станции, а также злоупотребление служебным положением руководством станции.

Саяно-Шушенская ГЭС, как  и другие крупные гидроэлектростанции, играла важную роль в системе автоматического  регулирования режима энергосистем по частоте и перетокам мощности (АРЧМ) Объединённой энергосистемы Сибири и была оборудована системой группового регулирования активной и реактивной мощности (ГРАРМ), которая позволяла в автоматическом режиме изменять нагрузку на гидроагрегаты в зависимости от текущих потребностей энергосистемы. Алгоритм ГРАРМ Саяно-Шушенской ГЭС предусматривал недопустимость работы гидроагрегатов в зоне, не рекомендованной к работе, но никак не ограничивал количество переходов гидроагрегатов через данную зону в процессе изменения их мощности по командам ГРАРМ. За 2009 год гидроагрегат № 2 проходил зону не рекомендованной работы 232 раза, находясь в ней в общей сложности 46 минут (для сравнения, гидроагрегат № 4 за тот же период времени произвёл 490 проходов через зону не рекомендованной работы, проработав в ней 1 час 38 минут). Необходимо отметить, что эксплуатация гидроагрегатов в зоне, не рекомендованной к работе, заводом-изготовителем турбин не запрещалась, отсутствовали также и ограничения на прохождение гидроагрегатов через эту зону

На момент аварии в машинном зале станции находилось 116 человек, в том числе один человек на крыше зала, 52 человека на полу зала (отметка 327 м) и 63 человека во внутренних помещениях ниже уровня пола зала (на отметках 315 и 320 м). Из них сотрудниками станции  были 15 человек, остальные являлись работниками различных подрядных организаций, осуществлявших ремонтные работы (большая часть из них — сотрудники ОАО «Саяно-Шушенский Гидроэнергоремонт»). Всего на территории станции (в том числе вне зоны, затронутой аварией) находилось около 300 человек. В результате аварии погибло 75 человек, пострадало 13 человек. Тело последнего погибшего было найдено 23 сентября. Полный список погибших с указанием мест обнаружения тел опубликован в акте технического расследования комиссии Ростехнадзора. Большое количество погибших объясняется нахождением большинства людей во внутренних помещениях станции ниже уровня пола машинного зала и быстрым затоплением этих помещений.

Экологические последствия

Авария оказала негативное воздействие на окружающую среду: масло  из ванн смазки подпятников гидроагрегатов, из разрушенных систем управления направляющими  аппаратами и трансформаторов попало в Енисей, образовавшееся пятно растянулось  на 130 км. Общий объём утечек масла из оборудования станции составил 436,5 м³, из которых ориентировочно 45 м³ преимущественно турбинного масла попало в реку. С целью недопущения дальнейшего распространения масла по реке были установлены боновые заграждения; для облегчения сбора масла применялся специальный сорбент, но оперативно прекратить распространение нефтепродуктов не удалось; пятно было полностью ликвидировано лишь 24 августа, а мероприятия по очистке прибрежной полосы планировалось завершить к 31 декабря 2009 года. Загрязнение воды нефтепродуктами привело к гибели около 400 тонн промышленной форели в рыбоводческих хозяйствах, расположенных ниже по течению реки; фактов гибели рыбы в самом Енисее отмечено не было. Общая сумма экологического ущерба предварительно оценивается в 63 млн рублей.

В посёлке Майна из-за выхода из строя фильтров очистки  был приостановлен водозабор  из Енисея, что вызвало нарушение  централизованного водоснабжения посёлка. Местными властями была организована доставка воды автоцистернами по графику; 40 % населения посёлка Майна временно использовало воду из колодцев. Для 1,8 тыс. пожилых людей и инвалидов, которые не могли донести воду до дома, была организована доставка бутилированной воды силами местного отделения Красного Креста при финансировании Еврокомиссии в размере 10,5 тыс. евро.

Ущерб сооружениям  и оборудованию электростанции

В результате аварии полностью  разрушен и выброшен из шахты гидроагрегат № 2, разрушена также шахта гидроагрегата. У гидроагрегатов № 7 и № 9 разрушены  генераторы. Существенные повреждения  получили и другие гидроагрегаты. Разрушены  стены и крыша машинного зала в районе гидроагрегатов № 2, 3, 4. В районе гидроагрегатов № 2, 7, 9 разрушено перекрытие машинного зала. Разной степени повреждения получило и иное оборудование станции, расположенное в машинном зале и вблизи него, — трансформаторы, краны, лифты, электротехническое оборудование. Общие потери, связанные с повреждением оборудования, оцениваются в 7 млрд рублей. По оценке министра энергетики РФ Сергея Шматко, затраты на восстановление СШГЭС могут превысить 40 млрд рублей. «Только машзал в значительной степени заменить — примерно на 90 % — стоимость составит до 40 млрд рублей», — сказал он. Министр подчеркнул, что восстановление ГЭС в любом случае выгодно, так как плотина, которая не пострадала при аварии, составляет 80 % от общей стоимости станции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

1. Аварии на гидросооружениях напорного типа характеризуются масштабными воздействиями ниспадающих огромных водных масс на  больших территориях, сопровождаемые: гибелью людей; разрушением жилых строений, промышленных объектов и элементов инфраструктуры; уничтожением и деградацией сельскохозяйственных угодий,  ландшафта и пр.
2. Формируемая тенденция роста аварий на гидросооружениях напорного типа обусловлена изменяющимися параметрами климата (повышение средней глобальной температуры воздуха, увеличение объема осадков, таяние ледников) и, как следствие, - изменение гидрологического режима поверхностных и подземных вод (переувлажнение почв, подтопление, заболачивание, нарушение баланса сточных вод), а также   повышением техногенных нагрузок на геоэкологию территории (повышение сейсморезонансных колебаний в зоне функционирования промышленных предприятий и горных выработок). Все эти факторы, определяющие объемы и характер воздействия на устойчивость гидротехнических сооружений,  как по отдельности, так и в сумме превышают проектные показатели, установленные для их эксплуатации в условиях предыдущих лет (50 лет и более).
3. Наибольшей опасности возникновения и развития  аварийной ситуации подвержены гидросооружения напорного типа на грунтовых основаниях в зоне переувлажнения и экстремальных погодных условий, сопровождаемых обильными осадками и паводками. 
4. Поражающими факторами аварии на гидросооружениях напорного типа являются: волна прорыва и затопление территории.
5. Риск аварий на гидротехнических сооружениях – есть вероятностный ущерб, реализуемый в зоне поражающего действия волны прорыва и затопления, возникающих в результате разрушения плотины под воздействием неблагоприятных факторов, формируемых экстремальными показателями состояния окружающей среды (обильные и длительные осадки, паводки, сейсмические явления и геологические  аномалии). На основе моделирования процессов вероятностного развития разрушения плотины и действия поражающих факторов аварии разработана методика оценки риска последствий аварии на гидротехническом сооружении напорного типа, позволяющая оценивать ущерб от поражающего действия волны прорыва и вод затопления (гибель людей и материальных ценностей, деградирование природных объектов).
6. На основе изучения возможных процессов формирования и развития рисковых ситуаций  на территории функционирования гидротехнического сооружения установлены основные идентификационные пути решения проблем по их оценке при использовании дистанционного зондирования и геодезического контроля динамики грунтов.
7. Наибольшей информативностью по идентификации показателей рисковых ситуаций в районе функционирования гидротехнического сооружения и непосредственно на самом сооружении на стадии раннего обнаружения являются возможности аэрокосмической съемки в видимом диапазоне и в инфракрасном (тепловом) спектре, а на стадии снижения устойчивости сооружения – наклономерный метод геодезического контроля.      
8. В целях получения практических рекомендаций по использованию метода наклономерных измерений уточнена  методика наклономерных наблюдений за смещениями в основании плотины, учитывающая геофизику грунтов в основании плотины и местные особенности гидрологического режима поверхностных и грунтовых вод, дающая измерения в непрерывном режиме.

 

 

Список  литературы

 

1. Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек. Москва, Фаир, 1999.560 с.

2. Селиванов А. О. Изменчивая гидросфера Земли. Москва, Знание, 1990. 46 с.

3. Спенглер О. А. Слово о воде. Ленинград, Гидрометиоиздат, 1980. 152 с.

  4. Кроличенко В.В. Социальные последствия аварий плотин и катастрофических паводков. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка №1. 2006г. 61 с.

  5. Князев А. Г. Экологические преступления. Москва, Феникс, 2009. 464 с.