В СССР за 60 лет, прошедших после принятия плана ГОЭЛРО (1921 —1980 гг.), практически заново создано одно из наиболее прогрессивных направлений энергетики — гидроэнергетика. В табл. 1.4 показан рост установленной мощности и производства электроэнергии на гидроэлектростанциях. По единичной мощности гидроэлектростанций Советский Союз занимает одно из первых мест, по установленной мощности ГЭС — второе и по производству электроэнергии на гидроэлектростанциях третье место в мире после США и Канады. СССР располагает еще большими возможностями развития гидроэнергетики, так как наиболее эффективные гидроэнергоресурсы, расположенные в Сибири и на Дальнем Востоке, использованы еще в незначительной степени.
Важнейшими тенденциями в развитии гидроэнергетики СССР были и остаются: комплексность использования водных ресурсов; создание на водотоках каскадов гидроэлектростанций; концентрация энергетической мощности путем роста единичной мощности гидроагрегатов и гидроэлектростанций и повышения напоров.
Большое внимание уделялось, особенно в послевоенные годы, созданию на реках каскадов гидроэлектростанций как наиболее эффективному способу использования водноэнергетических ресурсов. Уже созданы такие крупные каскады ГЭС, как Волжский, Камский, Днепровский и ряд других; в процессе формирования находятся такие грандиозные каскады ГЭС, как Енисейский, Ангарский, Вахшский, Нарынский. Строительство каскадов гидроэлектростанций позволяет повышать степень зарегулированности стока рек и, как следствие, увеличивать мощность и выработку ГЭС, улучшать условия для маневрирования мощностью отдельных станций из-за устранения ограничений по нижнему бьефу. Кроме того, сооружение каскадов позволяет значительно более эффективно использовать квалифицированные строительные коллективы, производственные базы и строительную технику.
Рост единичной мощности гидроэлектростанций и гидроагрегатов — важнейшее направление технического прогресса в гидроэнергетике — происходил систематически по мере развития отечественного машиностроения и электротехнической промышленности.
С 50-х годов начался активный процесс концентрации гидроэнергетической мощности (табл. 1.5). За 20-летие (1961—1980 гг.) доля гидроэлектростанций единичной мощностью 1000 МВт и более возросла в 1,6 раза и достигла 64,6% в общей установленной мощности ГЭС.
Таблица 1.5. Концентрация мощности на гидроэлектростанциях
Суммарная мощность и число гидроэлектростанций
Если в 1950 г. самая крупная гидроэлектростанция в СССР имела мощность 650 МВт, то в 1960 г. единичная мощность ГЭС уже достигла 2300—2400 МВт, а в 1970—1971 гг. — 5000—6000 МВт. В 1950 г. наибольшая мощность гидроагрегата составляла 72 МВт, уже в 1955 г. единичная мощность агрегатов достигла 115 МВт, в 1960—1961 гг.— 225 МВт, в 1967—1970 гг, — 500 МВт и в 1978—1980 гг. — 640 МВт. Повышение напоров на гидроэлектростанциях было связано с освоением гидроэнергоресурсов восточных районов и Кавказа. Доля высоконапорных ГЭС во вводимой мощности постоянно увеличивалась, что видно из данных табл. 1.6.
Сооружение крупных многоагрегатных гидроэлектростанций повлекло за собой усовершенствование схем комплексной автоматизации процессов управления и регулирования всей ГЭС в целом. Одним из новых способов управления гидроэлектростанцией, значительно сокращающих затраты и улучшающих эксплуатацию, является внутристанционная телемеханизация с использованием аппаратуры телемеханики ближнего действия. Так управляются Волжские ГЭС имени В. И. Ленина и ГЭС имени XXII съезда КПСС, Братская ГЭС имени 50-летия Великого Октября, Красноярская ГЭС имени 50-летия СССР и другие крупные гидроэлектростанции.
Таблица 1.6. Увеличение доли высоконапорных гидроэлектростанций
во вводимой мощности электростанций | Доля вводимой мощности ГЭС, % | ||
низконапорных | средненапорных | высоконапорных | |
1961—1965 | 26,3 | 22,4 | 51,3 |
1966—1970 | 20,0 | 15,5 | 64,5 |
1971—1975 | 11,4 | 22,8 | 65,8 |
1976—1980 | 10,3 | 17,4 | 72,3 |
В результате увеличения доли крупных гидроэлектростанций, внедрения новых конструкций гидроагрегатов, увеличения их мощности, применения новых компоновок элекротехнической части, а также станционной и системной автоматики и телемеханики за последние годы значительно повысились устойчивость и надежность эксплуатации гидроэлектростанций и весьма существенно улучшились эксплуатационные показатели. Так, удельная численность промышленно-производственного персонала на гидроэлектростанциях 1 МВт установленной мощности снизилась с 2,21 чел. в 1950 г. до 0,31 чел. в 1980 г., т. е. в 7 раз. Производственная себестоимость 1 кВт электроэнергии, вырабатываемого на ГЭС, уменьшилась с 0,221 коп. в 1960 г. до 0,146 коп. в 1980 г.
Развитие гидроэнергетики СССР сопровождалось увеличением масштабов гидроэнергетического строительства, характеризуемым, в частности, ростом объемов строительных работ. В 1956—1960 гг. было выполнено 735 млн. м3 земельно-скальных и 18,6 млн. м3 бетонных работ, а в 1971—1975 гг. — соответственно более 1500 и 21 млн. м3. Наряду с увеличением объемов работ в целом по гидроэнергостроительству росли объемы работ, выполняемые на отдельных стройках. Так, за время возведения Волховской ГЭС (1919—1926 гг.) было выполнено 0,7 млн. м3 земельно-скальных и около 340 тыс. м3 бетонных работ; на Днепрогэсе (1927—1932 гг.) — 3,4 млн. м3 и 1180 тыс. м3 соответственно; на Волжской ГЭС имени В. И. Ленина (1950—1957 гг.) — 162,3 млн. м3 и 7035 тыс. м3; на Саяно-Шушенской ГЭС (1968— 1985 гг.) — 12 млн. м3 земельно-скальных (в основном скальный грунт) и 9700 тыс. м3 бетонных.
Рост объемов строительных работ требовал перехода к качественно новым средствам механизации, к новым организационным формам ведения работ, углублению специализации и т. и. Строительство Днепровской ГЭС с большими для того времени объемами бетонных работ потребовало решительного перехода от ручного труда к механизированному. Возведение бетонных сооружений Волжских ГЭС имени В. И. Ленина и ГЭС имени XXII съезда КПСС, отличавшихся большой протяженностью и кубатурой, потребовало для обеспечения необходимой интенсивности бетонирования применения бетоновозных эстакад, новых для отечественной практики кранов-бетоноукладчиков (портально-стреловых), а также широкого использования автомобилей-самосвалов и бетононасосов. При возведении плотины Братской ГЭС были применены наряду с портально-стреловыми кранами высокопроизводительные двухконсольные, работавшие с высокой эстакады. При возведении высоких арочных плотин Чиркейской и Ингурской ГЭС были успешно применены кабельные краны. На строительстве Токтогульской ГЭС высокая бетонная плотина возводилась новым методом — послойной бескрановой укладкой бетонной смеси.
Развитие технологии и техники, применяемых при возведении сооружений из грунтовых материалов, проходило в нескольких направлениях. Совершенствовались сухопутные средства доставки материалов и их уплотнения путем создания новых типов машин, а также увеличения мощности существующих. В целях сокращения сроков строительства и расширения диапазона грунтов, применяемых для возведения земляных сооружений, были разработаны и внедрены рациональные способы возведения земляных плотин путем отсыпки связных, переувлажненных и мерзлых грунтов в воду. При резком возрастании объемов работ и благоприятных условиях (наличие мягких грунтов в районах строительства) получил широкое развитие принципиально новый способ возведения земляных сооружений — средствами гидромеханизации, обеспечивший строительство в сжатые сроки крупных плотин большой протяженности (Цимлянской, Куйбышевской, Каховской). Следует учитывать, однако, что современное землеройно-транспортное оборудование: быстроходные скреперы, сверхмощные тракторные бульдозеры, быстроходные большегрузные транспортные средства (до 120 м3), конвейерные системы — по экономическим показателям, как показывает зарубежный опыт, не только не уступают гидромеханизации, но и превосходят ее. В связи с необходимостью перемещения и укладки в тело плотин огромных масс грунтовых материалов на строительствах Чарвакской, Нурекской, Рогунской и других плотин потребовалось создание в необходимых количествах новой техники — мощных высокопроизводительных транспортных и укладочных средств (большегрузных автомобилей- самосвалов, специальных землевозов, конвейеров, мощных бульдозеров, тяжелых катков и др.). В соответствующих условиях перспективен метод создания плотин направленными взрывами.
В СССР накоплен большой опыт строительства гидроэлектростанций различных типов и мощности, а также крупных комплексных гидроузлов в самых разнообразных природных условиях. На протяжении почти всей истории советской гидроэнергетики проектирование и строительство крупных гидроэлектростанций практически было централизовано, что способствовало созданию высококвалифицированных коллективов проектировщиков, строителей и монтажников. Сейчас проектирование гидроэлектростанций, комплексных гидроузлов и крупных каналов сосредоточено во Всесоюзном проектно-изыскательском и научно-исследовательском институте «Гидропроект» им. С. Я. Жука. Широкие исследования по гидротехнике и смежным областям науки и техники проводятся ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева, ГрузНИИЭГС, НИС Гидропроекта и другими организациями.
Сооружение гидроэлектростанций и крупных комплексных гидроузлов осуществляет Министерство энергетики и электрификации СССР, в составе которого имеется Всесоюзное строительно-монтажное объединение «Союзгидроэнергострой». Ему подчинены территориальные тресты, осуществляющие строительство гидротехнических объектов в тех или иных районах страны, и отдельные управления строительств гидроэлектростанций. В составе Минэнерго СССР имеются также специализированные всесоюзные объединения и тресты, такие, как Гидромонтаж, Спецгидроэнергомонтаж, Гидромеханизация, Гидроспецстрой.
Проектирование и строительство неэнергетических гидроузлов, а также оросительных систем сосредоточено в Министерстве мелиорации и водного хозяйства СССР.
