Для тепловых электростанций тоже строят водохранилища. Но используют их иначе, чем в гидроэнергетике. О том, чему ГЭС могли бы позавидовать, о преимуществах травоядных рыб и несправедливой плате за воду – «Кислород.ЛАЙФ» на примере Беловской ГРЭС Сибирской генерирующей компании.

Тепловые электростанции нуждаются в значительных объемах воды. Она служит для охлаждения разнообразного оборудования, гидротранспорта золы и шлака, но, прежде всего, для конденсации пара в конденсаторах паровых турбин – вода постоянно циркулирует по трубкам их водяных камер. Поэтому объекты тепловой генерации можно обнаружить на берегах крупных озер (Гусиноозерская ГРЭС в Бурятии) и даже морей (Сахалинская ГРЭС на берегу залива Терпения Охотского моря). Но чаще – у рек.

Схемы охлаждения бывают прямоточными, когда вода, забираемая из водоема, затем возвращается обратно. А бывают оборотными – в таком случае на станциях строят огромные конусообразные сооружения, называемые градирнями. Или же – перегораживают реку плотиной и создают водохранилище, – так же, как это делают перед запуском любой ГЭС. Но в тепловой энергетике речь идет о водоеме-охладителе.

В Кемеровской области, например, подобная схема охлаждения реализована на Южно-Кузбасской ГРЭС (входит в Группу «Мечел») на реке Кондома. Но больше известно в регионе и за его пределами «Беловское море» – так здесь называют водохранилище Беловской ГРЭС Сибирской генерирующей компании (СГК), построенное на правом притоке Оби – реке Иня. Плотина водохранилища небольшая, в длину – 857 метров, а в высоту – чуть больше 15 метров. Длина водоема по руслу реки доходит до 19 км, средняя ширина не превышает километр. «Море» считается мелководным – в среднем до дна здесь примерно четыре метра, хотя есть, конечно, и более глубокие участки.

«Кислород.ЛАЙФ» решил узнать, как теплоэнергетики используют свой гидроузел. И в чем состоят отличия от эксплуатация гидроэнергетических водохранилищ – кроме очевидного факта, что на ГРЭС за счет потока воды не вырабатывают электричество.

Беловская ГРЭС Сибирской генерирующей компании

ФАКТ №1: МНОГОКРАТНЫЙ ВОДООБОРОТ

Полный объем воды в Беловском море составляет 59 млн кубометров – в тысячу раз меньше водохранилища, например, Богучанской ГЭС. В бассейне небольшой и равнинной Ини это – самый крупный и единственный рукотворный водоем. Полезный объем – то есть тот, который можно использовать, — в два раза меньше: 22,5 млн кубометров. И фактически всю эту воду ежегодно использует Беловская ГРЭС.

При полной загрузке энергоблоков через теплообменную систему станции проходит более 1,4 млрд кубометров воды в год – в 24 раза больше полного объема водохранилища! Как так получается? За счет оборотной схемы водоснабжения – вода из Ини в режиме онлайн забирается и возвращается обратно. Подобного не увидеть ни на одной ГЭС – там поток всегда движется в одну сторону, и, пройдя через гидроагрегаты или холостые водосбросы, вспять не поворачивает (хотя есть люди, которые уверены в обратном).

На Беловской ГРЭС, естественно, гидроагрегатов нет. Вода станции нужна главным образом для конденсаторов паровых турбин. За прокачку отвечают циркуляционные насосы. Схема работает так. Водохранилище и главный корпус ГРЭС связаны двумя каналами, подводящим и отводящим. Первый начинается от плотины и идет до здания очистных вращающихся сеток. Их функция – удержать мусор. Кстати, это единственная очистка – никакой химией или ультрафиолетом воду здесь больше не трогают. Какую взяли из водохранилища, такую и вернули (за одним исключением, но о нем ниже).

Миновав здание сеток, вода устремляется в закрытую часть подводящего канала, по длине которого вдоль корпуса станции установлено три насосных станции, каждая из которых обслуживает по два энергоблока (всего на ГРЭС их шесть – четыре по 200 МВт, и два новых по 230 МВт). В каждой из них – по четыре циркнасоса, по два на каждый «дубль-блок». Сделав дело, вода, пробежав более 6 км по открытому отводящему каналу, сбрасывается обратно в море – но в подогретом виде. И этот водообмен не останавливается ни на минуту.

При полной мощности нормальный циркуляционный расход, подаваемый блочными насосами, составляет 41,67 метров в секунду (примерно по 6,9 кубометров в секунду на каждую турбину). Максимальный расход циркводы – 162 тыс. кубометров в час. Но, что нужно запомнить – вся эта вода крутится в системе охлаждения пара многократно. Безвозвратно ГРЭС забирает из водохранилища в год меньше одного процента от его общего объема – например, для компенсации потерь в технологическом процессе, для работы систем гидрозолоудаления, охлаждения механизмов и др.

При полной загрузке энергоблоков через теплообменную систему Беловской ГРЭС проходит более 1,4 млрд кубометров воды в год – в 24 раза больше полного объема Беловского водохранилища!

ФАКТ №2: УДЕРЖАТЬ ПОДПЕРТЫЙ ГОРИЗОНТ

Специалисты относят Беловское море к равнинным водохранилищам руслового типа и сезонного регулирования. Хотя 10 месяцев в году оно живет, фактически, в режиме замкнутого водоема. Таково внутригодовое распределение стока Ини. Теплоэнергетикам приходится напрягаться в конце марта – начале апреля, когда начинается активное снеготаяние и в реку приходит «большая вода». В это время проводят предпаводковую сработку водохранилища, опуская его уровень примерно на один метр. А затем за несколько недель, в зависимости от приточности, набирают до нормального подпорного уровня (НПУ), прописанного в проекте – 189,6 метров в Балтийской системе высот (БС). После этого два основных затвора на плотине закрывают до следующей весны и держат уровень, пользуясь для этого только малыми затворами, т.н. козырьяками. Вот, собственно, и все регулирование.

В научных работах по водохранилищу указаны и уровень мертвого объема (187,7 метров БС), и форсированный подпорный уровень (189,85 метров БС). Наряду с НПУ это ключевые параметры водохранилища любой ГЭС. Выходит, у Беловского моря – более чем 2-метровая призма регулирования? Да о таком водохранилище многие гидроэлектростанции в России могут только мечтать! Но, как объяснил «Кислород.ЛАЙФ» заместитель главного инженера ГРЭС Владимир Иванин, уровень водоема-охладителе, задача которого – обеспечить надежную и эффективную работу циркнасосов – необходимо лишь удерживать в диапазоне от 188,6 до 189,65 метров БС. Ниже нельзя – может случиться срыв сифонов на напорных водоводах циркнасосов. В результате снизится расход циркуляционной воды, что ударит по экономичности работы энергоблоков – перерасход топлива или рост потребления электроэнергии на собственные нужды. Худший вариант – «срыв насоса», что опасно для подобного оборудования из-за хорошо известной тем же гидроэнергетикам кавитации.

Хотя, в отличие от гидроагрегатов ГЭС, циркнасосам особый напор не нужен, им достаточно, как говорят технари, постоянного подпора «на всасе». Не случайно вместо НПУ на тепловой станции используют другой термин – «нормальный подпертый горизонт». 189,6 метров БС достаточно для естественного потока, при котором цикрнасосы точно «не сорвет». Так что у плотины гидроузла упрощенная роль – не подпирать, а удерживать, причем в узких пределах. Эксплуатация водоема при УМО, или «уровне мертвого остатка», вообще невозможна – придется останавливать всю ГРЭС. К счастью, до такого дело здесь никогда не доходило.

Еще одно важное отличие от гидроэнергетики – тепловые станции могут самостоятельно управлять своим водохранилищем. ГЭС, как известно, не имеют права и шагу ступить без предписаний бассейновых управлений Росводресурсов, которые при принятии решений о расходах стараются раздать всем сестрам – от водного транспорта до систем водоснабжения в городах – по серьгам. И интересы энергетиков часто оказываются на последнем месте. «Мы сами устанавливаем расходы, но предварительно разрабатываем и утверждаем график пропуска паводковых вод с МЧС. В период, когда идет сработка, а потом наполнение, на гидроузле организуется дежурная смена. Начальник смены котло-турбинного цеха держит с ней оперативную связь, и там в ручном режиме или открывают, или прикрывают затворы. Конечно, в периоды паводка мы ежедневно отчитываемся в МЧС и Росводресурсы о расходах. Все остальное время мы действуем самостоятельно», — рассказывает Владимир Иванин.

Расчетный расход через плотину – 315 кубометров в секунду, максимальный – 410 кубометров в секунду. По словам Иванина, максимум, который он помнит – всего 120 кубометров в секунду. Но даже если закрыты оба затвора, минимальный бытовой расход, необходимый для санитарных нужд районов в нижнем бьефе, никогда не прекращается. Для этого в теле плотины, на отметке 183 метра БС, сделан донный водовыпуск, на 0,25 кубометров в секунду. «Он всегда открыт, потому что вода должна обновляться. Водохранилище – не озеро или болото, нужно, чтобы в нем всегда было движение воды», — объясняет Иванин.

Уровень Беловского водохранилища регулируется двумя затворами, установленными на плотине. Необходимо лишь удерживать стабильный уровень в диапазоне от 188,6 до 189,65 метров БС.

ФАКТ №3: ДОРОГАЯ ВОДА

Директор по тарифам СГК Екатерина Косогова в прошлом году оценивала ежегодный объем водопотребления по всем объектам тепловой генерации компании в 1,7 млрд кубометров. С этого года цифра точно выросла – СГК зашла в Новосибирск, в котором работает четыре крупных ТЭЦ (все – по оборотной схеме, две стоят прямо у Оби). За всю воду СГК платит. Одна только Беловская ГРЭС – примерно 7,9 млн рублей за прошлый год.

С 2015 года правительство РФ установило ежегодное повышение ставок водного налога на 15%, растянутое на 10 лет. Из-за этого в текущем году платеж для Беловской ГРЭС превысит 9 млн рублей, а к 2025 году может вырасти до 25 млн рублей в год. Для всей СГК выплаты могут взлететь до астрономических 2 млрд рублей, и даже выше – вместо 600 млн, выплаченных по итогам 2016 года.

За потребляемую воду, конечно, платят все, в том числе и ГЭС. Но там вода крутит турбины, которые производят электроэнергию – как правило, самую дешевую на оптовом рынке. Киловатт тепловой станции всегда стоит дороже, и включать в себестоимость еще и водный налог генераторы не могут – тогда на ОРЭМ они проиграют еще сильнее. В цену тепла, если речь идет о ТЭЦ, плату за воду тем более не вставить – все регулируется тарифами.

ТЭЦ и ГРЭС с прямоточными системами охлаждения являются крупнейшими водопользователями среди всех тепловых станций, но до 90% воды они возвращают без изменения качества и химических свойств. В оборотных системах ежегодные объемы забора намного ниже – из водоема берется только небольшое количество для восполнения потерь и поддержания общего объема воды в системе. Но перевести станцию с прямоточной схемы на «оборотку» – чересчур дорогое удовольствие (одна градирня стоит 1 млрд рублей), не всегда технически возможное и практически не окупаемое.

«Нас, по сути, наказывают за прямоточность, — сетует Косогова. – Мы бы еще поняли, если бы эти деньги направлялись в экологические фонды рек Енисей и Обь. Но их не существует, эти деньги мы отдаем в бюджет, и они там растворяются».

В СГК хотели получить равные условия работы тепловых станций с ГЭС (одинаковые ставки платы на единицу киловатт-часа). «Это позволило бы найти равновесную цену, при которой мы тоже будем конкурентоспособны. И нас полностью бы устроило, потому что мы платим и за топливо, и за воду, тогда как гидроэлектростанции платят только за воду, которую потребляют в больших объемах. Было бы справедливо рассчитывать плату только за тот объем, который был забран из водоема безвозвратно, тем более что тепловые станции оснащены всеми необходимыми техническими средствами – приборы учета установлены как на забор, так и на сброс воды», — говорит Екатерина Косогова. Пока вопрос остается не решенным.

К 2025 году для всей СГК плата за воду может взлететь до астрономических 2 млрд рублей – вместо 600 млн, выплаченных по итогам 2016 года.

ФАКТ №4: ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Как было обещано выше, теперь про самую известную и понятную даже простым обывателям особенность водоемов-охладителей тепловых станций – повышенную температуру воды, особенно на выходе из сбросного канала. По данным Института водных и экологических проблем (ИВЭП) СО РАН, среднемесячная температура воды в реке Иня и в фоновой зоне водохранилища в теплый период года не превышает 18 градусов по Цельсию. Зимой она опускается до 0,4-1,1 градусов, при этом большая часть водоема замерзает. А вот температура сбросных подогретых вод летом может превышать и 30 градусов, а в холодные месяцы обычно держится на уровне 5-10 градусов по Цельсию. Такая разница в температурах называется «тепловым загрязнением», и оно охватывает до 40% акватории Беловского моря.

Подобного не бывает на водохранилищах ГЭС – там вода, проходя сквозь гидроагрегаты, температуру обычно не меняет. Исключения бывают, но точно не в сторону повышения. И на это влияет не оборудование станции, а глубина расположения водозаборов (самым ярким примеров является «незамерзающий» Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС, водозабор которой в плотине устроен в 40 метрах ниже уровня воды). Конечно, в случае и с гидро-, и с тепловой энергетикой не совсем корректно говорить и о «загрязнении». Ведь по факту, как уже отмечалось выше, вода возвращается в водоем в неизменном виде – только подогретая. Впрочем, термин устоялся, и даже экологи на самой ГРЭС относятся к нему вполне спокойно.

Корректнее говорить о «тепловом влиянии» на водохранилище. Его эффекты за годы работы тепловых станций в России изучены вдоль и поперек, а общий вывод общеизвестен. «Влияние мощного постоянно действующего экзодинамического фактора – поступления дополнительной тепловой энергии в сочетании с гидродинамическим возмущением – определяет экологические эффекты, локальные по пространству, но приводящие к глубоким перестройкам водных экосистем. Летом длительное повышение температуры воды выше 30 градусов по Цельсию действует угнетающе на разнообразие и обилие гидробионтов. Зимой наблюдается стимуляция их развития, сглаживание сезонной динамики», — писал в одной из своих многочисленных публикаций, посвященных Беловской ГРЭС, заведующий лабораторией водной экологии ИВЭП СО РАН Владимир Кириллов.

Если объяснять на пальцах, то суть в следующем – за счет постоянного потока теплой воды в водохранилище разрастаются теплолюбивые растения и животные. Летом водоему из-за такого может стать хуже – он может зацвести и запахнуть (это называет эвтрофикацией). Зато зимой, которая в Сибири длится дольше, всей биоте становится только лучше, особенно «термофильным» видам.

Неудивительно, что ученые, ссылаясь на результаты многократных и разнообразных исследований, смело констатируют: «Поступление подогретых сбросных вод Беловской ГРЭС не вызывает необратимых и значительных по пространству изменений экосистем и качества воды этих водных объектов. Более того, повышение температуры воды и интенсификация внутреннего водообмена в зоне циркуляционного потока охлаждающейся воды способствует процессам химического и биологического самоочищения».

ФАКТ №5: БОЛЬШЕ, БОЛЬШЕ АМУРА

Теплая вода в Беловском море дает ему еще одно преимущество – в нем можно круглый год разводить рыбу. Водохранилище давно признано в качестве рыбохозяйственного водоема, здесь развита не только любительская рыбалка, но и индустриальное производство. Первые садки в устье сбросного канала ГРЭС, в зоне наибольшей температуры воды и максимальной проточности, разместили еще в октябре 1978 года. Затем для выращивания мальков поставили и лотки. В 1980-х в собственном рыбном хозяйстве ГРЭС производилось до 1 тыс. тонн рыбы ежегодно, в основном – карпа.

За годы работы станции в водохранилище искусственно вселили семь видов рыб – сазана, белого амура, толстолобиков, канального сома, черного и большеротого буффало и др. И это кроме порядка двух десятков видов, обитавших в Ине изначально. Ловят в Беловском море и щук, и карасей, и карпа, и уж тем более вездесущего окуня. Рыбхоз давно от ГРЭС отделился и стал самостоятельным ЗАО «Беловское рыбное хозяйство», но технические связи, естественно, никуда не делись. Прямо у центральной проходной станции открыт магазин «Живая рыба», где любой желающий может приобрести карпа, сома и других обитателей водоема. Цены, правда, кусаются – например, сом стоит 390 рублей за килограмм. Зато рыбу можно выбрать еще живой, а получить – очищенной и порезанной на кусочки.

И все же главная задача рыбоводства на Беловском море – зарыбление водохранилища растительноядными видами, которые способны улучшать качество воды. С 2010 года этим занимается и сама ГРЭС, за минувшие девять сезонов в водоем было выпущено около 100 тонн такой рыбы. Только этим летом – 45 тыс. особей белого толстолобика и амура.

«Возвращающаяся обратно в море вода с электростанции имеет температуру чуть выше, поэтому летом в ней активно разрастаются водоросли — море начинает цвести, затягиваться растительностью. Качество воды, естественно, ухудшается. Амур питается жесткой травой, толстолобик — одноклеточными водорослями. Попадая в среду, богатую растительностью, рыбы начинают активно поедать ее, помогая снизить количество зеленых и сине-зеленых водорослей и сделать воду чище. Мониторинг качества воды в водохранилище показывает, что зарыбление дает результаты: вода в море становится чище, а количество водорослей сокращается», — рассказывают на ГРЭС.

ФАКТ №6: НЕЗАМЕТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Кроме биологического загрязнения, вызванного повышенной температурой воды, Беловское море как водоем комплексного использования страдает от воздействия всех возможных техногенных и антропогенных факторов. Тем более что расположено водохранилище в индустриальном Кузбассе, да еще и в его южном и самом загруженном в плане экологии промузле. Со всеми, как говорится, вытекающими.

Нагрузку на водохранилище оказывает сама ГРЭС – в год станция сжигает в среднем 3 млн тонн каменного угля с соседних месторождений. Три одинаковых дымовых трубы, высотой по 150 метров каждая – в них выходят газоходы с четырех котлов от двух энергоблоков, – в ясный день видно издалека. От выбросов, несмотря на рассеивание, все равно никуда не деться. Солидную часть угля на склады (их два, общей емкостью в 200 тыс. тонн) доставляют не только по железной дороге, но и автотранспортом – сказывается близость разрезов и шахт, которые в Кузбассе, а уж тем более в южном промузле, практически повсюду. Однако влияние ГРЭС на водохранилище давно изучено, понятно, находится под постоянным контролем надзорных органов, вписывается во все нормы ПДВ и, что еще важнее, так или иначе снижается – СГК ставит цель добиться максимальной «чистоты» в угольной энергетике.

Куда менее осознаны так называемые рассредоточенные по водосборному бассейну источники загрязнения. К ним относятся, например, многочисленные пашни, с которых в Беловском море стекают удобрения и ядохимикаты, стоки и подземные воды с угольных карьеров, а также поселки в Беловском районе, где нет очистных сооружений промышленных и ливневых стоков – в том числе в том же Инском. В районе подъездных путей Беловской ГРЭС более 10 лет цветет и пахнет свалка твердых бытовых отходов, через которую в водоем стекают талые и дождевые воды. Не улучшают экологию и десятки пансионатов, детских лагерей, баз отдых и тех же дач, построенных по берегам водохранилища. Каждое лето там – столпотворение отдыхающих не только из окрестных районов, но и со всей Кемеровской области. Люди ведут себя одинаково – мытье машин, костры, кучи мусора.

В ИВЭП СО РАН отмечали, что Беловскому морю остро не хватает комплексного управления. Возможно, даже специального органа. Есть, конечно, водоохранная зона – только вот охрана оставляет желать лучшего. Пока за состояние Беловского моря продолжает отвечать одна Беловская ГРЭС – и это даже не благотворительность, для станции жизненно важно, чтобы качество воды в водоеме не ухудшалось. До 1998 года, кстати, водохранилище было в обособленном пользовании ГРЭС, но последние два десятилетия считается «поверхностным водным объектом общего использования комплексного назначения». В отличие от водохранилищ ГЭС, охладители тепловых станций не являются объектами федерального подчинения. А в Кемеровской области до сих пор не разработан региональный закон «О Беловском водохранилище».

http://sibgenco.online