Три ущелья (электростанция)

ГЭС Три ущелья
Three Gorges Dam, Yangtze River, China.jpg
Страна  Китай
Река Янцзы
Каскад Каскад ГЭС на Янцзы
Статус действующая
Год начала строительства 1992
Годы ввода агрегатов 2003—2012
Основные характеристики
Годовая выработка электроэнергии, млн  кВт⋅ч 111 800
Разновидность электростанции плотинная
Расчётный напор, м 80,6
Электрическая мощность, МВт 22 500
Характеристики оборудования
Тип турбин радиально-осевые
Расход через турбины, м³/с 600—950
Мощность генераторов, МВт 32×700, 2×50
Основные сооружения
Тип плотины бетонная
гравитационная
водосбросная
Высота плотины, м 185
Длина плотины, м 2309
Шлюз • двухниточный:
5 камер 280×35×5 м
• судоподъёмник:
1 камера 120×18×3,5 м
РУ 500 кВ
На карте
ГЭС Три ущелья (Китай)
Красная точка
ГЭС Три ущелья
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

«Три уще́лья» (кит. трад. 三峽, упр. 三峡, пиньинь Sānxiá, палл. Санься) — гравитационная плотинная гидроэлектростанция, расположенная на реке Янцзы в провинции Хубэй, Китай. Сооружение является крупнейшей в мире электростанцией по установленной мощности в 22,5 ГВт и выработала более 1,6 трлн кВт/ч электроэнергии за 20 лет с момента введения в эксплуатацию её первого энергоблока в июле 2003 года[1].

Гидроэлектростанция «Санься» обладает 34 турбинами, и её плановый объём производства электроэнергии составляет 88,2 млрд кВт/ч в год. «Три ущелья» играют ключевую роль в поставках электроэнергии в энергетической системе Китая. Выработанная на ней чистая электроэнергия доставляется в различные районы страны. Объём произведённой ГЭС «Санься» электроэнергии за последние два десятилетия соответствует объёму энергии, произведённой от использования 480 миллионов тонн угля, что сочетается с сокращением выбросов углекислого газа примерно на 1,32 миллиарда тонн и способствует развитию чистой, низкоуглеродной, безопасной и эффективной энергетической системы в Китае[2].

Тем не менее, строительство ГЭС «Три ущелья» имеет негативные последствия для Китая. Потенциальный прорыв плотины приведёт к затоплению плодородных земель и археологических объектов в верхнем течении реки, увеличит риск оползней и уменьшит биологическое разнообразие. При возможном прорыве плотины в зоне затопления оказалось бы более 360 миллионов человек, поэтому объект и окружающие воды охраняются армией КНР, использующей вертолёты, дирижабли, бронетехнику и роботов для обезвреживания взрывных устройств[3].

История

Лидерами по выработке гидроэнергии в абсолютных значениях являются Китай, Канада, Бразилия, на душу населения — Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало XXI века ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии: в этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира[4].

Почти все древние цивилизации зарождались в районе рек: индийская в районе рек Инд и Ганг, шумерская — в районе Тигра и Евфрата, египетская — вдоль берегов Нила. Не была исключением и китайская цивилизация, которая развивалась вдоль рек Хуанхэ и Янцзы[5].

Предложение Джона Л. Сэвиджа о строительстве плотины в ущелье реки Янцзы, 1945 год

Идея строительства большой плотины на реке Янцзы была высказана в 1919 году премьер-министром Гоминьдана Сунь Ятсеном (в труде «Международное развитие Китая»). Он заявил, что в районе Трёх ущелий плотина способна генерировать мощность в 30 миллионов лошадиных сил (22 ГВт)[5].

В 1944 году главный инженер-конструктор Американского комитета по мелиорации Джон Сэвидж обследовал район Трёх ущелий и разработал предложение о строительстве плотины. Были проведены обследование местности, некоторые экономические и прочие исследования, а также выполнена проектная работа. Но правительство свернуло организацию работ в 1947 году из-за снова начавшейся в Китае гражданской войны[6].

В 1949 году Мао Цзэдун поддержал идею строительства плотины, но с учётом последствий войны между силами Китайской Республики и китайскими коммунистами в 19271950 годах (с перерывами) и состояния промышленности, страна в то время не могла себе позволить такой масштабный проект[7].

В 1950 году Мао Дзэдун побывал в Трёх ущельях и был настолько вдохновлён красотами этого места и идеей Сунь Ятсена дополнить природный пейзаж гигантской плотиной, что написал стихотворение, которое в переводе на русский язык звучит следующим образом[8]:

Каменная стена поднимется и встанет
Поперёк бегущей с Запада стремнины,
Чтобы заступить воде дорогу,
Чтобы озеро заполнило ущелье,
Чтобы боги этих древних гор дивились
Чудному преображению природы.Мао Цзэдун

 В 1970 году началось строительство ГЭС «Гэчжоуба» и закончилось в 1988 году. Эта станция стала первым крупным гидротехническим проектом КНР на реке Янцзы. В 1990-х и 2000-х годах все доходы от производства электроэнергии ГЭС «Гечжобуа» пошли на финансирование строительства её «старшего брата» — ГЭС «Три ущелья»[9].

Строительство ГЭС

Плотина «Три ущелья» (слева) и плотина «Гэчжоуба» (справа) из космоса

Дамба располагается на реке Янцзы — крупнейшей водной артерии Китая. Огромный гидроэнергетический потенциал реки был очевиден инженерам ещё в начале XX века, когда впервые начал обсуждаться вопрос строительства плотины. В среднем, каждые десять лет в регионе происходили разрушительные наводнения. Например, в 1931 году из-за воздействия стихии пострадало более 25 миллионов человек. Плотину решили строить в 1991 году после очередного наводнения, ущерб от которого составил около 30 млрд долларов. Примечательно, что стоимость проекта, включая средства на переселение более миллиона человек, оценивалась в ту же сумму[10].

Строительство станции началось в 1994 году и продолжалось до 2012 года, однако первые генераторы, установленные на северной части плотины, были введены в эксплуатацию уже в 2003 году[8]. К 2009 году на станции уже работало 26 генераторов, к 2024 году их число достигло 32, включая три подземных. Эти генераторы вырабатывают около 100 тВт/ч. Для производства такого количества энергии тепловой электростанции потребовалось бы сжечь около 50 млн тонн угля[11].

Состав сооружений станции

Нижняя сторона плотины

В состав сооружений ГЭС входят:

  • гравитационная бетонная плотина длиной 2309 м и высотой 181 м;
  • левобережное приплотинное здание ГЭС с 14 гидроагрегатами;
  • правобережное приплотинное здание ГЭС с 12 гидроагрегатами;
  • правобережное подземное здание ГЭС с 6 гидроагрегатами;
  • двухниточный пятиступенчатый судоходный шлюз (в основном предназначен для грузовых судов, время прохода шлюзов около четырёх часов, размеры камер 280×35×5 м);
  • судоподъёмник (в основном предназначен для пассажирских судов, грузоподъёмность 3 000 т, время подъёма/спуска 10 мин, прохода — 30 мин).

Плотина длиной 2309 м и высотой 181 м от скального основания, сделана из бетона и стали. В проекте использовано 27,2 млн м³ бетона (рекордное количество для одного проекта), 463 тысяч тонн стали и перемещено около 102,6 млн м³ земли[12].

Напорные сооружения ГЭС образуют крупное водохранилище площадью 1045 км², полезной ёмкостью 22 км³. При его создании было затоплено 27820 га обрабатываемых земель, под воду ушли города Ваньсянь и Ушань. Максимально допустимая высота верхнего бьефа над уровнем моря (НПУ), равная 175 м, была впервые достигнута в 2010 году. Высота нижнего бьефа над уровнем моря составляет 66 м. Таким образом, напорный уровень в течение года изменяется от 79 м до 109 м, максимум достигается в сезон летних муссонов. Гидроузел оборудован водосбросом пропускной способностью 116 000 м³/сек[5].

Производство и распределение электроэнергии

Производство

Радиально-осевая турбина основных генераторов

Основные агрегаты электростанции имеют массу около 6000 тонн и мощность 700 мегаватт каждый. Расчётный напор для этих агрегатов составляет 80,6 метра. Скорость потока воды варьируется в диапазоне от 600 до 950 м³/с в зависимости от текущего напора, который колеблется от 79 до 109 метров. При увеличении текущего напора уменьшается необходимый объём воды для достижения расчётной мощности[5].

В генераторах используются (турбины Френсиса). Диаметр турбин варьируется от 9,7 до 10,4 метра в зависимости от дизайна, а расчётная скорость вращения составляет 75 оборотов в минуту[13]. Роторы генераторов имеют по 80 полюсов для производства электроэнергии частотой 50 герц. Номинальная мощность генераторов составляет 778 мегаватт, а максимальная — 840 мегаватт при коэффициенте мощности 0,9. Электроэнергия производится при напряжении 20 кВ, затем увеличивается до 500 кВ с помощью трансформаторов и передаётся в сеть частотой 50 герц. Размеры статора составляют от 21,4 до 20,9 метра в наружном диаметре, от 18,5 до 18,8 метра во внутреннем диаметре и высотой 3—3,1 метра, что делает эти генераторы самыми крупными. Опорная нагрузка генераторов составляет от 5050 до 5500 тонн, а средняя эффективность достигает 94 %, а максимальная — 96,5 %[14].

Генераторы были изготовлены двумя группами компаний:

Соглашение о технологическом сотрудничестве было заключено между этими группами компаний. Большинство генераторов оборудовано водяным охлаждением. Некоторые новые модели имеют воздушное охлаждение, которое является более простым в проектировании, производстве и обслуживании[18].

Выработка и распределение

Потенциал выработки электроэнергии ГЭС «Три ущелья» по месяцам

В период сухого сезона, который длится с ноября по май, производство электроэнергии на ГЭС ограничивается уровнем речного потока, это отражено на представленной диаграмме. В случае достаточного потока производительность ограничивается возможностями генераторов. Максимальные показатели мощности были рассчитаны на основе среднего расхода, при условии, что уровень воды составляет 175 метров, а валовая эффективность энергоузла равна 90,15 %. В 2008 году фактическая мощность была определена на основе объёма ежемесячно поставленной в сеть электроэнергии.

Первый раз расчётный максимум уровня воды в 175 м был достигнут 26 октября 2010 года, а в этом же году была достигнута планируемая годовая выработка в 84,7 тераватт-часов. В 2012 году 32 энергоблока ГЭС произвели рекордные для мира 98,1 тераватт-часа электроэнергии, что составляло 14 % от общего выпуска электроэнергии всех ГЭС в Китае. К августу 2011 года производство электроэнергии на ГЭС достигло отметки в 500 тераватт-часов[19].

Навигация

Шлюзовая система

Шлюзы на плотине для прохода речных судов, май 2004 года

Плотина оснащена двухниточной шлюзовой системой Каждая из них состоит из пяти ступеней и имеет время прохождения примерно 4 часа. Шлюзы пропускают суда водоизмещением не более десяти тысяч тонн[20]. Длина шлюзовых камер — 280 м, ширина — 35 м, глубина — 5 м. Это на 30 м длиннее, чем на шлюзах морского пути Святого Лаврентия, но уступает по глубине в два раза.

До постройки плотины максимальный грузооборот на участке «Три ущелья» составлял 18,0 миллионов тонн в год. С 2004 по 2007 годы оборот через шлюзы составил в целом 198 миллионов тонн. Возможности реки увеличились в шесть раз, и при этом стоимость транспортировки уменьшилась на 25 %. Предполагалось, что пропускная способность шлюзов будет превышать 100 миллионов тонн в год, в 2022 году их грузооборот достиг 159,65 миллионов тонн[21].

Судоподъёмник

В 2016 году в Китае начались испытания самого крупного в мире подъёмника судов на плотине «Three Gorges», который способен поднимать суда весом до 3 тысяч тонн на высоту 113 метров из водоёма в реку. Габариты судоподъёмной камеры составляют 120 метров в длину, 18 метров в ширину и 3,5 метра в глубину. Главное предназначение этого подъёмника — суда малого и среднего водоизмещения, для крупных судов предусмотрена система пяти шлюзов. Введение в эксплуатацию подъемника сократило время прохождения плотины для большинства судов с нескольких часов до одного[22].

Экологические последствия для экономики Китая

Река Янцзы в районе плотины «Три ущелья» до начала и после завершения строительства электростанции

Почти половина всей производимой в мире электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода приходится на гидроэнергетику. На протяжении многих лет это была самая экономически выгодная форма возобновляемой энергии. Однако существует проблема — самый распространённый вид гидроэлектростанций — это перегородки на реках, которые оставляют значительный экологический след. Хотя сам процесс гидроэнергетики не приводит к выбросу парниковых газов, плотины и водохранилища выделяют большое количество метана и углекислого газа. В определённых условиях, особенно в тропических зонах, они могут производить больше парниковых газов, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. Кроме того, плотины изменяют температуру воды в реках, влияют на качество воды и препятствуют стоку питательных веществ. Эти отложения важны для восстановления деградированных почв и сохранения биоразнообразия на низменностях[23].

Плотины также несут высокие социальные издержки. В 2007 году премьер-министр Китая Вэнь Цзябао сообщил, что КНР переселила 22,9 миллионов человек, чтобы освободить место для водных проектов. Строительство только плотины «Три ущелья», полностью введённой в эксплуатацию в 2012 году, потребовало переселения более 1,4 миллиона человек[24].

Учитывая тот факт, что в Китае на производство одного киловатт-часа электроэнергии требуется 366 граммов угля, можно предположить, что запуск электростанции привёл к уменьшению потребления угля на 31 миллионов тонн в год. Это также означает, что в атмосферу не будет выброшено 100 миллионов тонн парниковых газов и пыли, один миллион тонн диоксида серы, 370 тысяч тонн оксида азота. Кроме того, было заявлено, что повышение уровня Янцзы благодаря созданию водохранилища позволит более крупным судам проходить по реке, что также уменьшит выбросы в атмосферу от сгорания органического топлива[25].

«Три ущелья» создали угрозу для всей экосистемы региона, в котором насчитывается 6400 видов растений, 3400 видов насекомых, 300 видов рыб и более 500 видов наземных позвоночных животных — все они так или иначе пострадали от этой стройки. А эрозия почвы на этом месте провоцировала оползни, которые затруднили один из крупнейших в мире рыбных промыслов в Восточно-Китайском море. В случае разрушения плотины под угрозой окажется более 360 миллионов человек[26].

По расчётам НАСА, создание водохранилища с подъёмом 39 миллиардов тонн воды на высоту до 175 метров над уровнем моря увеличивает момент инерции Земли, что приводит к замедлению вращения планеты, увеличивая длительность суток на 60 наносекунд и года на 0,000022 секунды (22 микросекунды)[27].

Галерея

Примечания

  1. Сергеев С. Китай: как победить грязный уголь // Монокль : журнал. — 2024. — 19 февраля (№ 8).
  2. ГЭС «Санься» выработала более 1,6 трлн кВт/ч электроэнергии за последние 20 лет. Russian.News.Cn (10 июля 2023). Дата обращения: 21 июня 2024.
  3. Three Gorges Dam protected by armed troops (англ.). CHINAdaily news (14 сентября 2004). Дата обращения: 22 июня 2024.
  4. Как крупнейшие страны отказываются от угля и добывают электричество из воды, солнца и ветра. Смежная сетевая компания «Интеграция». Дата обращения: 4 июля 2024.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 ГЭС «Санься» («Три ущелья») или Великая Китайская стена на реке Янцзы. PROenergp. Дата обращения: 2 июля 2024.
  6. Biography. John L. Savag (англ.). Thr Civil Engineering Honor Society. Дата обращения: 5 июля 2024.
  7. Мы вместе строили Новый Китай : основные направления и результаты помощи Китайской Народной Республике со стороны Советского Союза в 40–50-х годах ХХ века / сост. Ван Цзиньлин, А. В. Пасмурцев, О. Н. Волкотрубова, Ван Нин [и др.]. — Хабаровск, Чанчунь: Тихоокеанский государственный университет; Институт иностранных языков Чанчуньского университета, 2017. — 260 с. — ISBN 978-5-7389-2229-9.
  8. 8,0 8,1 Сухманский М. Великая китайская электростанция // Коммерсантъ Власть : журнал. — 2005. — 17 октября.
  9. Дубровская Лариса. Гидроэлектростанция «Три ущелья» в Китае // Подземный эксперт : Информационный портал о подземном строительстве. — 2019. — Октябрь.
  10. ГЭС «Три ущелья» – самое тяжелое сооружение планеты. Главгосэкспертиза России (15 июля 2020). Дата обращения: 22 июня 2024.
  11. ГЭС «Три ущелья» — сооружение, которое замедлило движение Земли. Моя Энергия. Дата обращения: 21 июня 2024.
  12. Снимок недели: Плотина «Три ущелья», Китай. СКАНЭКС (4 февраля 2022). Дата обращения: 1 июля 2024.
  13. Технологии будущего: VII Международная научно-техн. конф. студентов и аспирантов (22 – 26 мая 2023 г., Москва): Сб. тр. конф. — М.: Издательство МЭИ, 2023. — 559 с. — ISBN 978-5-7046-2880-4.
  14. РД 34.45-51.300-97 Объем и нормы испытаний электрооборудования. ПО «Электромашина». Дата обращения: 4 июля 2024.
  15. Электрогенераторы, наполняющие мир энергией. ABB. Дата обращения: 4 июля 2024.
  16. Hydropower (англ.). Harbin Electric Corporation. Дата обращения: 4 июля 2024.
  17. Technical & Engineering Resources (англ.). Orientalmotor. Дата обращения: 4 июля 2024.
  18. ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения. Инженерная библиотека в области промбезопасности (1 июля 2017). Дата обращения: 4 июля 2024.
  19. China's Three Gorges sets new production record. Hydro World (10 января 2013). Дата обращения: 4 июля 2024. Архивировано 15 января 2013 года.
  20. Логистика. China. Rconomic Review (1 мая 2005). Дата обращения: 24 июня 2024.
  21. Shipping throughput of Three Gorges Dam hits new record (англ.). Xinhua (2 января 2023). Дата обращения: 24 июня 2024.
  22. Самый большой в мире судоподъёмник. Информационно-аналитическое агентство SewNews (22 сентября 2016). Дата обращения: 4 июля 2024.
  23. Романова О. Экопространство (влияние на климат планеты, парниковые газы) // HSEDays : сайт. — 2023. — 17 октября.
  24. Кочетова Марина. Гидроэнергетика влечёт за собой экологические проблемы // Ведомости : газета. — 30 июня.
  25. Возобновляемые источники энергии. Институт Энергетики. Дата обращения: 4 июля 2024.
  26. Огромная конструкция изменила скорость вращения Земли. NOI (10 мая 2020). Дата обращения: 4 июля 2024.
  27. Китайская супер-плотина замедлила вращение Земли. Новые известия (4 марта 2019). Дата обращения: 4 июля 2024.