Зеленчукская ГЭС-ГАЭС

Гидроузел на реке Большой Зеленчук расположен в 113,6 км от её устья43°47′56″ с. ш. 41°32′47″ в. д. и является головным сооружением станции, обеспечивая забор воды в деривацию в объёме 35 м³/с. Включает в себя следующие сооружения:[2][3]

• земляная плотина длиной 670 м и максимальной высотой 12,4 м, отсыпана из гравийно-галечного грунта, имеет противофильтрационный экран из суглинка;
• водосброс, состоящий из входного оголовка и лотка с концевым консольным сбросом. Имеет два пролёта шириной по 10 м, перекрываемых сегментными затворами. Пропускная способность водосброса при НПУ — 456 м³/с;
• водозаборное сооружение пропускной способностью 35 м³/с, примыкает к водосбросу с правого берега, представляющее собой четырехпролётную бетонную конструкцию, оборудованную сороудерживающими решётками, с рыбозащитным устройством;
• рыбоход лестничного типа, представляющий собой железобетонный канал с перегородками, предназначенными для снижения скорости воды. Длина рыбохода 710 м, максимальный расход воды 7 м³/с;
• правобережная дамба обвалования длиной 150 м, отсыпана из суглинка;
• малую ГЭС «Большой Зеленчук» мощностью 1,26 МВт, включающую в себя водозаборное сооружение (расположенное на земляной плотине), два напорных водовода, здание ГЭС, отводящий канал.

Сооружения гидроузла образуют небольшое водохранилище. Площадь водохранилища при нормальном подпорном уровне 0,456 км², полная ёмкость составляет 1,36 млн м³, полезная ёмкость отсутствует. Отметка нормального подпорного уровня водохранилища составляет 1012 м над уровнем моря.

Гидроузел на реке Маруха расположен в 15,2 км от её устья43°47′32″ с. ш. 41°39′38″ в. д. и обеспечивает забор воды в деривацию в объёме 15 м³/с. Включает в себя следующие сооружения:[4][3]

• земляная плотина длиной 745 м и максимальной высотой 12,25 м, отсыпана из гравийно-галечного грунта, имеет противофильтрационный экран из суглинка;
• водопропускной лоток, расположенный в теле грунтовой плотины, по которому проходит вода, перебрасываемая по деривации с реки Большой Зеленчук. Представляет собой закрытую железобетонную трубу сечением 3,5×4,5 м, длиной 904 м. Соединена с водозабором, после которого меняет конструкцию (из одноочковой становится двухочковой) и пропускная способность возрастает с 45 м³/с до 60 м³/с;
• водосброс с шугосбросом, состоит из входного оголовка и лотка с концевым консольным сбросом. Имеет два пролёта шириной по 10 м, перекрываемых сегментными затворами, а также пролет шугосброса шириной 6 м, перекрываемый клапанным затвором. Суммарная пропускная способность водосброса и шугосброса при НПУ — 517,8 м³/с. Водопропускной лоток пересекает водосброс по акведуку;
• водозаборное сооружение пропускной способностью 15 м³/с, оборудованное промывными галереями пропускной способностью 46 м³/с, примыкает к водосбросу с правого берега, оборудовано рыбозащитным устройством.

Сооружения гидроузла образуют небольшое водохранилище. Площадь водохранилища при нормальном подпорном уровне 0,196 км², полная ёмкость составляет 0,58 млн м³, полезная ёмкость отсутствует. Отметка нормального подпорного уровня водохранилища составляет 1000,45 м над уровнем моря.

Гидроузел на реке Аксаут расположен в 14,6 км от устья реки Аксаут43°47′33″ с. ш. 41°41′27″ в. д. и обеспечивает забор воды в деривацию в объёме 20 м³/с. Включает в себя следующие сооружения:[5][3]

• земляная плотина длиной 894 м и максимальной высотой 11,15 м, отсыпана из гравийно-галечного грунта, имеет противофильтрационный экран из суглинка;
• водопропускной лоток, расположенный в теле грунтовой плотины, по которому проходит вода, перебрасываемая по деривации с рек Большой Зеленчук и Маруха. Представляет собой закрытую двухочковую железобетонную трубу с сечением каждого отверстия 3,5×4,5 м, длиной 298 м. Соединена с водозабором, после которого её пропускная способность возрастает с 60 м³/с до 80 м³/с;
• водосброс с шугосбросом, состоит из входного оголовка и лотка с концевым консольным сбросом. Имеет два пролёта шириной по 10 м, перекрываемых сегментными затворами, а также пролет шугосброса шириной 6 м, перекрываемый клапанным затвором. Суммарная пропускная способность водосброса и шугосброса при НПУ — 517,8 м³/с. Водопропускной лоток пересекает водосброс по акведуку;
• водозаборное сооружение пропускной способностью 20 м³/с, оборудованное промывными галереями пропускной способностью 69 м³/с, примыкает к водосбросу с правого берега.

Сооружения гидроузла образуют небольшое водохранилище. Площадь водохранилища при нормальном подпорном уровне 0,46 км², полная ёмкость составляет 1,19 млн м³, полезная ёмкость отсутствует. Отметка нормального подпорного уровня водохранилища составляет 996,55 м над уровнем моря.

• Гидроузел на реке Аксаут
• 
  Общий вид
• 
  Акведук водопропускного лотка
• 
  Сегментный затвор

В состав деривации Зеленчукской ГЭС-ГАЭС входит система каналов, тоннелей и дюкеров, по которым производится переброска части стока рек Большой Зеленчук, Маруха и Аксаут к напорно-станционному узлу. Состав сооружений деривации:[6][3]

• канал Большой Зеленчук — Хуса-Кардоникская длиной 3,64 км с расчётным расходом воды 35 м³/с. В головной части на протяжении 1 км канал выполнен в виде закрытой железобетонной трубы размерами 3,8×3,5 м, далее открытого типа с креплением откосов гравийно-галечниковым грунтом. Реку Хуса-Кардоникская канал пересекает по насыпи, сток реки пропускается через водопропускную трубу;
• безнапорный туннель Хуса-Кардоникская — Маруха длиной 5,188 км, пропускной способностью 35 м³/с;
• безнапорный туннель Маруха — Аксаут длиной 1,755 км, диаметром 5,5 м, пропускной способностью 60 м³/с;
• отстойник длиной 900 м и шириной 40 м, расположен за гидроузлом Аксаут;
• двухпролётное аварийно-перегораживающее сооружение, расположенное за отстойником;
• рыбоход лестничного типа длиной 743 м, служащий для пропуска рыбы через сооружения гидроузла на реке Аксаут;
• канал Аксаут — Кардоник длиной 7 км, шириной по дну 16 м, полностью выполнен в открытой выемке, откосы закреплены щебнем и на некоторых участках железобетонными плитами;
• дюкер через реку Кардоник с входным и выходным оголовками, пропускной способностью 70 м³/с (40+30 м³/с). Состоит из двух ниток длиной по 3,729 км, диаметром 4 м (правая) и 3,24 м (левая). Правая нитка состоит из железобетонного и металлического участков, левая — полностью металлическая;
• канал Кардоник — Кубыш длиной 2,2896 км, с входным и выходным оголовками, проложен в открытой выемке;
• дюкер через реку Кубыш, пропускной способностью 70 м³/с (40+30 м³/с). Состоит из двух ниток длиной по 1,143 км, диаметром 4 м (правая) и 3,24 м (левая). Правая нитка состоит из железобетонного и металлического участков, левая — полностью металлическая;
• канал Кубыш — бассейн суточного регулирования, длиной 2,288 км, проложен в открытой выемке.

• Деривация Зеленчукской ГЭС-ГАЭС
• 
  Деривационный канал
• 
  Аварийно-перегораживающее сооружение
• 
  Дюкер

Деривация завершается напорно-станционным узлом, в состав которого входят сооружения, обеспечивающее как функционирование ГЭС (включая конечный участок деривации), так и весь комплекс сооружений в части ГАЭС. Его сооружения включают в себя:[7][3]

• шлюз-регулятор на сопряжении деривационного канала и бассейна суточного регулирования;
• бассейн суточного регулирования (БСР), также выполняющий функцию верхнего бассейна ГАЭС, длиной 1250 м, шириной 400 м, площадью 350 тыс. м², полезной ёмкостью 1,85 млн м³, отметка НПУ 983 м, отметка УМО 977 м. Бассейн располагается в полувыемке-полунасыпи, дно закрыто суглинистым экраном и частично полиэтиленовой плёнкой; 43°51′56″ с. ш. 41°52′02″ в. д.
• водоприёмник с двумя водопропускными отверстиями размером по 5×5 м, оборудованный сороудерживающими решётками и плоскими аварийно-ремонтными затворами;
• железобетонные напорные трубопроводы (2 нитки) диаметром по 5 м, длиной 423,5 м и 411,7 м;
• напорные деривационные тоннели (2 нитки) диаметром по 5 м и длиной по 2271,5 м;
• два уравнительных резервуара в виде металлических цилиндров диаметром 13,4 м и высотой 30,7 м с металлической трубой-стояком диаметром 5 м внутри, закрытых защитными ограждениями. Уравнительные резервуары соединены с деривационным тоннелем шахтами высотой 44 м;
• две вертикальные шахты высотой по 130,6 м и диаметром 4,5 м;
• два напорных тоннеля длиной по 542 м и диаметром 4,5 м, с развилками на гидроагрегаты;
• здание ГЭС-ГАЭС; 43°53′54″ с. ш. 41°52′57″ в. д.
• два напорных водовода (дюкера) длиной по 230,4 м от здания ГЭС-ГАЭС к нижнему бассейну, проложенных по дну реки Кубань, с камерой аварийно-ремонтных затворов. Сечение водоводов на разных участках прямоугольное 4×4 м или круглое диаметром 5 м;
• двухпролётный водоприёмник нижнего бассейна с регулируемым водоспуском в русло Кубани, служащим для опорожнения нижнего бассейна;
• нижний бассейн площадью 143,4 тыс. м² и полезным объёмом 0,86 млн м³, расположенный на правой террасе реки Кубань. Отметка НПУ нижнего бассейна составляет 762 м, отметка УМО — 756 м. Бассейн образован выемкой грунта и железобетонными подпорными ограждающими стенами, дно бассейна забетонировано. Имеется автоматический аварийный водосброс, представляющий собой понижение подпорных стенок и лоток в русло Кубани, закреплённое железобетонными плитами.

В здании ГЭС-ГАЭС установлено 4 вертикальных гидроагрегата. Два из них (гидроагрегаты ГЭС) имеют мощность по 80 МВт, они оборудованы радиально-осевыми турбинами РО 230-В-224, работающими на расчётном напоре 234 м, и генераторами СВ-475/210-14УХЛ1. Ещё два (гидроагрегаты ГАЭС) имеют мощность по 70 МВт (в турбинном режиме) и 78,09 МВт (в насосном режиме), они оборудованы радиально-осевыми насос-турбинами ОРО 230-В-221, работающими на расчётном напоре 210 м, и двигателями-генераторами СВО 407/215-10УХ4. Перед турбинами смонтированы шаровые затворы. Гидротурбины и шаровые затворы изготовлены предприятием «Турбоатом», генераторы и двигатели-генераторы — предприятием «Электротяжмаш» (г. Харьков)[8][3]. Электроэнергия с генераторов ГЭС и ГАЭС на напряжении 13,8 кВ подаётся на трёхфазные силовые трансформаторы ТДЦ-125 000/110/13,8 (2 шт.), ТДЦ-2000000/330/13,8-У1 (1 шт.) и автотрансформатор АТДЦТН-200000/330/110/13,8-У1 (1 шт.), а через них через комплектное распределительное устройство (КРУЭ) 110 кВ и 330 кВ — в энергосистему по следующим линиям электропередачи:[9]

• ВЛ 330 кВ Зеленчукская ГАЭС — ПС Черкесск;
• ВЛ 110 кВ Зеленчукская ГАЭС — ПС Карачаевск (Л-31);
• ВЛ 110 кВ Зеленчукская ГАЭС — ПС Южная (Л-42);
• ВЛ 110 кВ Зеленчукская ГАЭС — ПС Ток Москвы (Л-143);
• ВЛ 110 кВ Зеленчукская ГАЭС — ПС Зеленчук (Л-144).

• Напорно-станционный узел Зеленчукской ГЭС-ГАЭС
• 
  Панорама станционного узла. Нижний бассейн осушен
• 
  Бассейн суточного регулирования
• 
  Осушенный нижний бассейн
• 
  Гидроагрегаты ГЭС
• 
  Шахта турбины
• 
  Шаровой затвор
• 
  Силовой трансформатор
• 
  КРУЭ

В конце 1950-х — начале 1960-х годов институтом «Гидропроект» была разработана «Схема энергетического использования Верхней Кубани», которая была одобрена экспертной комиссией Госплана СССР 21 сентября 1963 года. В ходе разработки схемы была установлена возможность создания деривационной электростанции (в схеме она именовалась как «ГЭС № 1») на переброске стока из бассейна Большого и Малого Зеленчуков в Кубань. Согласно схеме, гидроэлектростанция должна была иметь следующие параметры: мощность 300 МВт, среднегодовая выработка 793 млн кВт.ч, напор 248 м[11][12].

В 1967 году было разработано проектное задание «Зеленчукские гидроэлектростанции и вторая очередь Куршавских ГЭС». Строительство Зеленчукской ГЭС согласно этому документу являлось составной частью общего водохозяйственного комплекса Верхней Кубани. Помимо собственно выработки электроэнергии на Зеленчукской ГЭС, переброска стока Зеленчуков в Кубань должна была обеспечить повышение объёма воды, забираемой в Большой Ставропольский канал, с увеличением выработки электроэнергии на ГЭС Кубанского каскада и расширением орошаемого земледелия. В проектном задании обосновывалось строительство целого ряда объектов, которые планировалось возвести в две очереди. К первой очереди были отнесены Зеленчукская ГЭС с перебросным трактом Зеленчуки—Кубань, Архызское регулирующее водохранилище с ГЭС на р. Большой Зеленчук, 2 очередь Куршавских ГЭС с увеличением пропускной способности головного участка Большого ставропольского канала. Во вторую очередь планировалось построить Аксаутское регулирующее водохранилище с ГЭС на р. Аксаут, Красногорские ГЭС на Кубани и тоннель по переброске стока из р. Кяфар в р. Большой Зеленчук. Реализация мероприятий первой очереди позволяла произвести переброску 1,24 км³ стока в год, с выработкой около 700 млн кВт·ч электроэнергии на Зеленчукской ГЭС и около 600 млн кВт·ч дополнительной выработки на станциях каскада Кубанских ГЭС[11].

Проектное задание было утверждено Минэнерго СССР 7 июня 1968 года и стало основой для разработки технического проекта, который был разработан Особым Конструкторским Бюро института «Гидропроект» (в настоящее время — институт «Мособлгидропроект») и утверждён 28 мая 1971 года. В техническом проекте не предусматривалось строительства Архызского и Аксаутского водохранилищ, объём переброски стока был снижен до 1,112 км³. Мощность Зеленчукской ГЭС устанавливалась равной 320 МВт, среднегодовая выработка электроэнергии — 651 млн кВт·ч[13][14].

Титул строительства Зеленчукской ГЭС был открыт Постановлением Совета Министров СССР от 17 ноября 1975 года. Строительные работы были начаты организацией «Севкавгидроэнергострой» в сентябре 1976 года и по ряду причин существенно затянулись. В 1989 году строительство станции было фактически приостановлено в связи с критикой проекта экологическими организациями и общим ухудшением экологической ситуации в стране. К этому времени была возведена большая часть сооружений напорно-станционного комплекса (в частности, завершена проходка тоннелей и строительство массива здания ГЭС из расчёта на установку четырёх гидроагрегатов) и перебросного тракта из Аксаута и Марухи. В 1990 году по экологическим соображениям технический проект был пересмотрен в сторону снижения объёма перебрасываемого стока до 0,96 км³ в год, что повлекло за собой снижение мощности ГЭС до 160 МВт и выработки до 516 млн кВт·ч. В дальнейшем, объём отбираемого стока был снижен до 0,7 км³. По первоначальному проекту, планировался отбор 77 % стока рек Большой Зеленчук, Маруха и Аксаут, по скорректированному проекту — 50 % половодно-паводкового стока стока (Большой Зеленчук — отбор до 35 м³/сек, Маруха — до 15 м³/сек, Аксаут — до 20 м³/сек)[15][3].

Строительные работы были активизированы в 1994 году, 10 марта 1998 года было создано ОАО «Зеленчукские ГЭС» (дочернее общество «РАО ЕЭС России»), основной задачей которого являлось завершение строительства Зеленчукской ГЭС. Первый гидроагрегат Зеленчукской ГЭС с водозабором на р. Аксаут введён в промышленную эксплуатацию 9 августа 1999 года. 20 апреля 2002 года состоялось перекрытие реки Марухи, 2 октября 2002 года введён в эксплуатацию второй гидроагрегат Зеленчукской ГЭС с водозабором на р. Маруха и перебросным трактом Маруха-Аксаут. Мощность ГЭС при этом достигла 160 МВт, среднегодовая выработка 187,5 млн кВт·ч. В апреле 2005 года началось строительство третьего пускового комплекса — гидроузла на р. Большой Зеленчук с трактом переброски Большой Зеленчук — Аксаут, которое велось организацией «Буреягэсстрой». Большой Зеленчук был перекрыт 20 апреля 2005 года, а 16 декабря 2006 года третий пусковой комплекс был введён в эксплуатацию, что означало завершение строительства Зеленчукской ГЭС и выход её на проектные параметры выработки электроэнергии[16][17][3].

После ввода двух агрегатов Зеленчукской ГЭС остался неиспользованный строительный задел, созданный по первоначальному проекту станции — часть ёмкости БСР, часть водоприёмника БСР на гидроагрегаты № 3 и 4, второй деривационный тоннель и вертикальная шахта, кратеры на два гидроагрегата в здании ГЭС (со спиральными камерами и шаровыми затворами). Наличие этого задела давало возможность создания на базе Зеленчукской ГЭС гидроаккумулирующей электростанции. В 2007 году институтом «Мособлгидропроект» было разработано технико-экономическое обоснование строительства Зеленчукской ГАЭС, получившее положительное заключение экспертизы 8 февраля 2008 года. Изначально при проектировании в качестве нижнего бассейна ГАЭС рассматривалось водохранилище перспективной Верхне-Красногорской ГЭС на реке Кубань, но в итоге по ряду причин (в частности, из-за опасений быстрого заиливания водохранилища) было принято решение о строительстве искусственного нижнего бассейна на правом берегу Кубани. При этом возникла задача создания перехода водоводов через Кубань; изначальное проектное решение в виде мостового перехода уже в процессе строительства было изменено на подрусловой переход, как лучше соответствующий гидравлическим условиям напорного тракта ГАЭС и более удобный в эксплуатации. Для трансформации гидроэлектростанции в ГЭС-ГАЭС предстояло завершить строительство и отделку деривационного, напорного тоннелей и вертикальной шахты, смонтировать два обратимых гидроагрегата, два силовых трансформатора, КРУЭ-330 кВ, построить напорный трубопровод, уравнительный резервуар, переход водоводов через Кубань и нижний бассейн[18][16].

Проект Зеленчукской ГЭС-ГАЭС был утверждён приказом РусГидро в сентябре 2010 года, в октябре того же года был выпущен приказ о развороте строительства станции и были начаты первоочередные строительные работы, порученные ОАО «Карачаево-Черкесская гидрогенерирующая компания» (дочернему обществу РусГидро). Окупаемость проекта обеспечивалась в рамках заключённого договора о предоставлении мощности (ДПМ)[19]. В 2011 году был осуществлён разворот строительства в полном объёме, заключены договоры о поставке основного оборудования (насос-турбины, двигатели-генераторы, силовые трансформаторы)[20]. В 2012 году было принято решение об изменении конструкции водоводов через Кубань на подрусловые, велось бетонирование подпорной стенки нижнего бассейна и разработка грунта в чаше бассейна, монтаж металлоконструкций на уравнительном резервуаре. Функции заказчика-застройщика Зеленчукской ГАЭС были переданы Карачаево-Черкесскому филиалу РусГидро. В 2013 году выполнен значительный объём работ по монтажу напорного водовода и уравнительного резервуара, началось бетонирование днища и разработка котлована водоприёмника нижнего бассейна, на площадку строительства доставлены насос-турбины и двигатели-генераторы. В 2014 году был развёрнут монтаж гидросилового оборудования, развёрнуто строительство подрусловых водоводов, для чего произведено переключение расходов Кубани в новое русло. В 2015 году было в целом завершено строительство нижнего бассейна, уравнительного резервуара, напорного и подрусловых водоводов. Гидроагрегаты Зеленчукской ГАЭС были введены в эксплуатацию 23 декабря 2016 года[21][16].

• Этапы строительства Зеленчукской ГЭС-ГАЭС
• 
  Машинный зал Зеленчукской ГЭС в 2011 году. Монтаж гидроагрегатов ГАЭС ещё не начат
• 
  Входной портал деривационного тоннеля, монтаж напорного трубопровода ещё не начат. Июнь 2011 года
• 
  Земляные работы на нижнем бассейне, октябрь 2011 года
• 
  Земляные работы на верхнем колене напорной шахты, октябрь 2011 года
• 
  Водоприёмник нижнего бассейна на этапе завершения строительства, июль 2015 года
• 
  Завершение монтажа уравнительного резервуара, июль 2015 года
• 
  Завершение монтажа гидроагрегатов, июль 2015 года