Капшагайская ГЭС: водные перспективы энергетики
Может ли классическая электроэнергетика быть экологически лояльной и к человеку, и к природе – например, гидроэнергетика? В современной классификации к зеленой энергетике и ВИЭ однозначно относят малые гидроэлектростанции. Но и станции, вырабатывающие более 50 МВт, в полной мере также претендуют на дружелюбие в отношении окружающей среды и общества. Особенно если они изначально бережно встраивались в природный ландшафт, а нынешние экологи, даже исходя из жестких современных требований и принципов ESG, не имеют к ним претензий.
Два таких объекта, в полной мере вписывающихся в современную экологическую повестку, давно и успешно работают в Алматы и Алматинской области. Это каскад алматинских ГЭС, недавно отметивших свой 75-летний юбилей, и Капшагайская ГЭС имени Ш. Чокина на реке Или, работающая с 1970 года. Оба входят в состав АО «Алматинские электрические станции».
Для Казахстана, который реализует на государственном уровне «Зеленый переход», нацеленный на создание устойчивой, экологически чистой экономики и решение глобальных проблем, связанных с изменением климата и исчерпанием природных ресурсов, эти объекты могут рассматриваться как значимые и устойчивые элементы фундамента этой стратегии.
Каскад ГЭС дает около 5% электроэнергии от всей выработки АО «АлЭС» и обеспечивает поставку почти четверти объема питьевой воды для Алматы. Капшагайская ГЭС, согласно плану текущего года, должна выработать около 750 млн кВт/часов электроэнергии. Это около 15% от общего объема выработки всего комплекса АО «АлЭС». Рассмотрим эти перспективы на примере Капшагайской ГЭС.
Скалу пробурить…
Хотя при разработке проекта Капшагайской ГЭС в 60-х годах прошлого века действовали другие экологические нормативы, проектировщики постарались максимально бережно вписать производственный объект в природный ландшафт.
«Строительство ГЭС научно обосновал советский и казахский ученый-энергетик, бывший президент Академии наук Казахской ССР, основатель и первый директор Казахского НИИ энергетики, академик Шафик Чокин. Он доказал, что ГЭС будет полезна и выгодна для Алматы и Казахстана. Не случайно первый камень в основание станции закладывал лично руководитель республики Динмухамед Ахмедович Кунаев, – рассказывает главный инженер Капшагайской ГЭС Максим Мамырин. – Если говорить об экологии, то для станции было предложено немало технических новаций. В частности, вот такое оригинальное решение: водовод для гидроагрегатов не строился отдельно из бетона. Им стал и по сей день служит естественный скальный останец. Для этого в скале вырубались туннели, которые затем облицовывались бетоном. По таким природным трубам – длина всего водовода около 110 м – и пошла вода к гидроагрегатам».
С точки зрения режимов работы выработки энергии станция не дает никаких вредных выбросов. Единственный момент, по которому могут возникать вопросы у специалистов или экологов, – охлаждение гидроагрегатов. Но здесь все процедуры отработаны и современные нормативы выдержаны. Как поясняет Максим Мамырин, если через гидроагрегаты для выработки электроэнергии необходим основной поток воды в 320 м3/сек, то на охлаждение гидроагрегата – всего 450 м3/час, и обратно в речку возвращается чистая, оптимальной температуры вода.
«Хотя мы взаимодействуем с водой, используем ее в промышленных целях, наш департамент по своей характеристике является экологически чистым предприятием, – рассказывает Райхан Максутова, инженер по охране окружающей среды Капшагайской ГЭС. – У нас также есть разрешение на эмиссии. Для станции установлены допустимые нормативы, которые мы не должны превышать.
В ходе производственного процесса мы мониторим концентрацию сбросов и выбросов в целом по станции. Под особым контролем находятся отдельные участки производства: сварочный пост, механическая мастерская и другие. Но в основном мы мониторим воду, которая выходит из генератора, и показатель нефтепродуктов. В последние годы они не обнаруживались. Раз в квартал к нам приезжает подрядная организация – ТОО «Экосервис», которая производит все замеры, расчеты, предоставляет отчеты. Мы же, в свою очередь, направляем их в Департамент экологии Алматинской области».
Также под контролем станция биологической очистки. Норматив по допустимой концентрации веществ, согласно предельно допустимым сбросам, мы тоже не превышаем. Станция биологической очистки обслуживается постоянно, а ремонтные работы проводятся по графику.
В целом за все эти годы у экологов не было претензий к станции. Проверки проходим нормально: ни экологических штрафов, ни серьезных замечаний к нам не было.
…И рыбу развести
Мониторится природоохранителями и жизнь фауны в зоне ответственности станции. В конце прошлого года на ГЭС введено в эксплуатацию рыбозащитное устройство, а в минувшем сентябре здесь произвели зарыбление Капшагайского водохранилища.
«В рамках проекта строительства рыбозащитного устройства мы выпустили 3200 штук мальков карпа. Проект финансировался за счет АО «АлЭС», – рассказывает Райхан Максутова. – Рыбозащитное устройство (РЗУ) расположено на верхнем бьефе и препятствует проникновению рыбы в гидроагрегаты. Это требование Водного кодекса РК по защите животного мира.
Специалистами ранее проводились исследования, и, хотя в их заключении было отмечено, что воздействие ГЭС на экологию незначительное, компания все-таки приняла решение о возведении РЗУ. Есть несколько вариантов таких устройств, которые должны соответствовать типу реки или водоема. Поэтому, когда мы готовили проект к реализации, эксперты нам обосновали, какой и почему именно этот тип РЗУ нам подходит. К слову, этот вариант устройства – единственный в Казахстане».
Проект прошел госэкспертизу, был согласован с Комитетом рыбинспекции, и все рекомендации специалистов компанией были выполнены. «Это большое дело и важный вклад в охрану водных ресурсов: теперь вся живность остается в водохранилище», – подчеркивает Райхан Максутова.
В производстве все должно быть прекрасно
С точки зрения эстетики Капшагайская ГЭС – редкое по красоте производство: на территории ГЭС – прекрасная река, обрамленная горами; производственные цеха с огромными, как сказали бы дизайнеры, французскими окнами; чистый горный воздух без примесей нефтепродуктов; раритетная, но как новенькая, работающая аппаратура и прекрасные панно-горельефы на стене основного цеха – образцы индустриального соцреализма; небольшой лимонарий и даже непуганая живность, обитающая в окрестностях станции. Одним словом, в производстве все должно и может быть прекрасно: и объект, и показатели, и люди.
В залитой солнечным светом диспетчерской рабочая тишина: современные мониторы вполне уживаются со старым диспетчерским оборудованием и в полной мере отражают текущую производственную ситуацию ГЭС.
«Все штатно, – подтверждает начальник смены станции Олег Югов, заступивший на вахту в 8 утра. – Мы на 12 часов заступаем, больше – нельзя, работа очень ответственная. В смене два человека. В случае какой-то неисправности, если мы можем сами устранить, то устраняем ее своими силами. Если устранить этот дефект не можем, вызываем аварийную бригаду».
Олег Югов – из Конаева. Он – потомственный энергетик. Окончил Алматинский колледж энергетики по специальности «радиотехник», затем – Политехнический университет им. Сатпаева, и уже больше 20 лет работает в компании. А теперь и его старший сын работает в энергетике.
«У нас династия энергетиков, – подчеркивает он, не отрываясь от показателей. – На мониторах видно, какие генераторы работают, какую нагрузку несут. Сюда сигнализация сходится с генераторов, информация о неисправностях или еще о каких-то других действиях и параметрах оборудования.
Все сигналы, если что-то случилось, поступают либо напрямую, либо на расшифратор. В настоящее время работает один гидроагрегат с расходом 250 м3/С и нагрузкой 73 МВт, согласно предписаниям Балхаш-Алакольской бассейновой инспекции, а три генератора – в резерве. Также в работе четыре воздушные линии 220 кВ, две на Талдыкорган, две – на Алматы. У нас главный критерий – напряжение и частота сети. То есть должно быть определенное напряжение сети, которое поддерживается реактивной мощностью».
Максим Мамырин продолжает, что по штату на станции – 141 человек. В среднем за сутки ГЭС обслуживают 100 человек. Но именно дежурные смены оперативно принимают решения, как действовать, чтобы поддержать или восстановить нормальный режим работы станции. А что касается оборудования, то в планах есть намерение поменять его на интерактивные мониторы. «Но это немного сложно в режиме действующей станции», – добавляет он.
План – планом, но работа – по воде
Показывая – не без гордости – производственные цеха и мощности ГЭС, Максим Владимирович рассказывает: «Каждый год АО «АлЭС» утверждает годовой план станции. В этом году мы должны выработать 750 млн. кВт/часов электроэнергии. Но я надеюсь, что мы выработаем даже побольше. Это большой плюс, потому что себестоимость нашей электроэнергии гораздо ниже себестоимости энергии на ТЭЦ.
И если мы свой план выполняем и даем даже больше, то компания может разгрузить ТЭЦ, что дает возможность снизить сжигание угля, а значит, и выбросов меньше будет.
И хотя АО «АлЭС» на протяжении последних двух десятилетий развивает и совершенствует систему уловителей, ужесточает экологический контроль, такие гидроэлектростанции, как наша, экономически и экологически более выгодны.
К тому же они более оперативны: если где-то пропала мощность, то ТЭЦ в силу ее технологического режима и специфики производства не сразу ее может поднять, а на ГЭС – кнопку нажал, и через 1–2 минуты станция уже несет максимальную нагрузку агрегата».
Но у каждого объекта, даже такого, как ГЭС, есть свой ресурс, свой максимум, свои ограничения, в том числе экологического свойства. Поэтому наивный вопрос журналиста, а почему бы тогда не нарастить производственную мощность Капшагайской ГЭС, вызывает улыбку у энергетиков. Хотя, казалось бы, очевидное решение: запустите все четыре агрегата… А нет, терпеливо поясняет специалист, не все так просто: «Мы работаем по воде, сколько нам воды дадут, такой и будет выработка. Мощность станции – 364 МВт, это четыре гидроагрегата по 91 МВт. Хотя изначальная проектная мощность была 434 МВт. Но, когда начали наполнять водохранилище, то, насколько я понял, начало появляться очень большое зеркало воды. И чтобы минимизировать вред экологии, отметку водохранилища опустили на 6 м ниже.
По проекту предельная верхняя отметка водохранилища должна быть 485 м, а сделали максимальное наполнение на уровне 479 м. В 1993 году провели перемаркировку турбин – и со 111 МВт снизили до 91 МВт. По идее, если воды еще набрать, то мы можем еще больше вырабатывать электроэнергии, но пока сделали ниже.
То есть наша станция работает не в полную силу. Бывает, что уровень использования мощности за год составляет 20–30%. Но если в системе не хватает мощности электроэнергии, то срабатывает автоматика, и станция может увеличить выработку электроэнергии в автоматическом режиме, либо по заданию диспетчеров АлЭС, которые видят, какая нагрузка нужна. Диспетчер может дать нам указание, и мы тогда запускаем еще один агрегат». Хотя, вспоминают энергетики, бывали годы, когда ГЭС вырабатывала по 1,7 млрд кВт часов в год. В среднем по годам выходило около 1 млрд кВт часов. В 2016 году летом, когда было очень много воды, работали 4 гидроагрегата. Но последние несколько лет выработка электроэнергии не превышает 900 млн кВтч. И тому немало причин, когда технически рекордные показатели возможны, а экологически – недопустимы.
Есть еще немало нюансов, которые необходимо учитывать для того, чтобы при работе ГЭС не нарушить баланс между экономикой и экологией. Если смотреть в комплексе, то работу станции также регламентируют и правила эксплуатации водохранилища, которые неукоснительно соблюдаются. С середины весны и почти до конца осени станция в основном работает по постоянному графику, без внутрисуточных колебаний, а в зимний период у нас есть возможность покрывать пиковые нагрузки.
«К примеру, есть рыба, которая нерестится в апреле, – поясняет Максим Мамырин. – Допустим, она отнерестилась в камышах, а мы взяли и уменьшили расход воды. В результате вся икра осталась в воздухе и погибла. Либо наоборот, мы дали хороший напор, который икру всю смыл, хищники ее съели. Это все также должно учитываться при работе гидроэлектростанции.
Кроме того, в низовьях есть рисовые плантации. Рис должен расти в воде – поэтому мы должны постоянно поддерживать для них определенный уровень воды. Если же мы вдруг снизим расход, то рис останется без воды».
В ожидании контррегулятора
Для решения задачи со многими переменными – природоохранными, аграрными, энергетическими, экологическими – было все-таки найдено решение – строительство контррегулирующей Кербулакской ГЭС на реке Или. Как поясняют в АО «Самрук-Энерго», создание водохранилища-контррегулятора в нижнем бьефе Капшагайской ГЭС необходимо для выравнивания неравномерных недельно-суточных попусков станции и ее перевод «в режим покрытия пиковых нагрузок с использованием всей располагаемой мощности в дефицитных по мощности и энергии Алматинской энергосистеме и в системе Южной энергетической зоны Казахстана». Проект планируется реализовать до 2026 года.
Максим Мамырин объясняет, что если построят контррегулятор, тогда ГЭС сможет работать круглогодично, как и зимой – с регулированием.
«Контррегулятор нужен для того, чтобы мы могли весь свой потенциал использовать в пиковой нагрузке, – говорит он. – Есть утренний и вечерний максимум, когда мы сможем наращивать мощности. Допустим, ночью никому электроэнергия не нужна, мы можем нести минимум 45 МВт мощности и выдерживать утренний максимум в 90 МВт или вечерний в 130 МВт и даже больше. Сейчас это невозможно, но, когда контррегулятор начнет работать, мы будем в течение года заниматься таким регулированием по мощности и сможем, к примеру, запускать на определенный срок в часы максимума три агрегата.
Причем в рамках строительства контррегулятора сейчас рассматривается вопрос и о модернизации наших гидроагрегатов, что взаимоувязано. Возможно, мы заменим турбины на более усовершенствованные или увеличим рабочее колесо, и наши гидроагрегаты будут уже не 91 МВт номинальной мощности, а больше. Мы рассчитываем, что благодаря проекту общая мощность станции сможет увеличиться ориентировочно на 18 МВт.
Думаю, просто строить Кербулак, не модернизируя Капшагайскую ГЭС, которой уже более 50 лет, просто невыгодно. Сама суть проекта – именно в повышении мощности, надежности, стабильности ГЭС.
Сейчас АО «АлЭС» проводит технико-экономическое исследование по строительству Кербулакской ГЭС и модернизации Капшагайской ГЭС. Изучается вопрос эффективности, потом будет ТЭО, а потом – проект. Мы, конечно, предоставляем всю необходимую информацию и аргументацию».
Но это пока перспективные и вполне реализуемые планы, согласующиеся и с соблюдением норм природоохранного законодательства страны, и принципов ESG, и отвечающих стратегии «Зеленого перехода».
Но сейчас, в преддверии зимы, на станции расписывают зимний режим работы: по вечерам в часы пик будут включать по два агрегата, ночью – один. А плановый ремонт начнут уже с января. В режиме действующей электростанции поочередно пройдут ремонты на всех четырех агрегатах.
«Что же касается следующего года, то станция будет работать по воде, – говорит главный инженер. – Пока никто не знает, какая будет проточность и сколько воды дадут. Но по воде будет и выработка энергии. Станция надежна и справится с любым объемом».
Как говорится, все эффективное и современное новое – это хорошо сохраненное и умело используемое старое. Поэтому и экологи, и сами энергетики предрекают Капшагайской ГЭС успешное будущее в рамках «Зеленого перехода» – на базе новых знаний, технологий и огромного накопленного опыта.
