С развитием ВИЭ-технологий все более актуальной становится потребность запасать энергию. Соответственно, в мире растет интерес к технологии гидроаккумулирования. Однако в России пока действует только одна крупная станция такого рода — Загорская ГАЭС.

Как работает ГАЭС?

Гидроаккумулирующая электростанция может работать в режиме ГЭС, то есть производить электроэнергию, а также выполнять функции гигантского аккумулятора, способного запасать в огромных количествах потенциальную энергию воды. Цикл работы станции зависит от пиковых нагрузок — ночью, когда активная жизнь замирает и возникает переизбыток электроэнергии в сети, ГАЭС работает в режиме аккумулирования. Излишки электроэнергии покупаются на оптовом рынке мощности по цене, вдвое меньшей, чем в дневные часы. Используя эту энергию, насосы ГАЭС перекачивают воду из нижнего бассейна станции в верхний. А утром, когда в регионе начинается рабочий день, вода, запасенная ночью в верхнем бассейне, устремляется вниз по напорным водоводам, и происходит процесс выработки электроэнергии. Водоводы — уникальное железобетонное сооружение длиной 800 м и диаметром 7,5 м. По такому «тоннелю» свободно прошел бы поезд метро. У ГАЭС есть еще один режим работы — синхронная компенсация реактивной мощности энергосети. В этом режиме генератор работает «всухую», но его вращение позволяют «очистить» магистральную сеть, через которую передается энергия, поддерживая в сети заданный уровень электрического напряжения.

Цикличность работы ГАЭС позволяет выравнивать уровень нагрузки в энергосистеме.   Единственная в России Загорская гидроаккумулирующая электростанция сооружена на реке Кунья в пос. Богородское Сергиево-Посадского р-на Московской обл. ГАЭС стоит на среднерусской равнине, на суглинистой почве. Перепад высот здесь невелик — около 100 м между верхним и нижним бассейнами, но инженерам-проектировщикам удалось спроектировать станцию так, что ее КПД в итоге не уступает лучшим мировым образцам. На действующей Загорской ГАЭС работают шесть обратимых гидроагрегатов, суммарная мощность которых в генераторном режиме составляет 1200 МВт, а в насосном — 1320 МВт. Строительство станции началось в конце 1970-х гг., первые гидроагрегаты введены в эксплуатацию в декабре 1987 г. В 2000 г. станция вышла на полную проектную мощность. Небольшая, если сравнивать ее с сибирскими гигантами, станция вырабатывает в среднем за год около 1,9 млрд кВт∙ч! ГАЭС покрывает суточные пиковые нагрузки в Московской и Центральной энергосистеме, а кроме того, Загорская станция участвует в автоматическом регулировании частоты и перетоков мощности в энергосистеме Центральной России.   Подпятник для ГАЭС «Основная масса оборудования для ГАЭС производится в России, — рассказывает Владимир Магрук, директор филиала ОАО «РусГидро» «Загорская ГАЭС». — Но есть и оборудование иностранного производства. В данный момент мы работаем с нашими поставщиками, чтобы найти взаимоприемлемые решения, направленные в том числе и на импортозамещение оборудования». При участии специалистов ГАЭС восстановлено одно из редких направлений отечественного машиностроения. Более 5 лет ушло у специалистов гидроаккумулирующей станции и инженеров завода ООО «Электротяжмаш – Привод» (г. Лысьва Пермского Края) на то, чтобы изготовить подпятник с гидравлической опорой. За это время специалистам пришлось выполнить значительный объем задач: от доработки чертежей проекта подпятника до его практической реализации. Создавать качественный механизм пришлось буквально «с нуля». С самого начала эксплуатации Загорской ГАЭС, все шесть гидроагрегатов работали на подшипниках с гидравлическим опиранием. Причем это единственная в России электростанция, где используются механизмы такого типа. В советские годы эти элементы электротехнического оборудования производил завод «Уралэлектротяжмаш» (УЭТМ, г. Екатеринбург). Все произведенные подпятники были установлены на гидроагрегаты Загорской ГАЭС. С 1990-х гг., после завершения монтажа оборудования ГАЭС и пуска ее в эксплуатацию, это оборудование перестало производиться в России. После реорганизации завода «УЭТМ» соответствующие компетенции были утеряны. О важном элементе вспомнили в 2007 г., когда готовилась программа реконструкции гидроагрегатов ГАЭС. В качестве эксперимента на гидроагрегате №2 был установлен подшипник с жесткой опорой. Такие подшипники успешно работают на многих российских гидроэлектростанциях. Однако в процессе наблюдения за работой обратимой машины на подшипнике с жесткой опорой было принято решение о возврате на гидравлическую опору. Первый реконструированный реверсивный подпятник на гидравлическом опирании генератора-двигателя был изготовлен совместными усилиями ООО «Электротяжмаш – Привод» и инженерами Загорской ГАЭС, и затем установлен на гидроагрегат №2 в конце 2013 г. На данный момент новые подпятники успешно работают уже на трех гидроагрегатах станции. Еще один подпятник будет заменен в течение ремонтной кампании 2015 г. «Уже сейчас мы видим положительный результат — температурный режим работы опорного подшипника стал гораздо мягче как в генераторном, так и в насосном режимах», — отмечает Владимир Магрук.   Вид на Загорскую ГАЭС с противоположного берега р. Кунья   Реконструкция — в приоритете С момента пуска гидроагрегатов в промышленную эксплуатацию в 1987 г. на станции ежегодно проводится кампания по ремонту генерирующего и вспомогательного оборудования. Ежегодные профилактические ремонты оборудования значительно повышают надежность работы гидроаккумулирующей станции и способствуют безаварийному прохождению осенне-зимнего сезона. Они необходимы для восстановления технических характеристик и диагностики генерирующего оборудования. «Безусловное выполнение программы ремонтов и реконструкции — наш приоритет. Мы не можем без этого обойтись, потому что через профилактические ремонты мы обеспечиваем эксплуатационную готовность оборудования и его надежность», — говорит Владимир Магрук. Более 10 лет на Загорской ГАЭС действует программа комплексной модернизации. В текущем году ее основным пунктом станет схема выдачи мощности. Сейчас станция подает энергию в единую энергосистему через открытое распределительное устройство 500 кВ, отработавшее уже четверть века. В 3–4 квартале 2015 г. в эксплуатацию будет введено комплектное элегазовое распределительное устройство мощностью 500 кВ. КРУЭ также будет использоваться для выдачи мощности строящейся Загорской ГАЭС-2. Новая схема обеспечит дополнительную надежность передачи энергии.   Дамба верхнего бассейна Загорской ГАЭС   Загорская ГАЭС-2 Успешный опыт работы ГАЭС и дефицит маневренной регулирующей мощности в Московской обл. (около 2,5 млн кВт) побудили ОАО «РусГидро» построить вторую очередь Загорской станции. Объект вошел в Генеральную схему размещения объектов энергетики до 2030 г., одобренную Правительством РФ. На станции будет четыре гидроагрегата общей установленной мощностью 840 МВт. Первый кубометр бетона в основание станции был заложен в 2008 г. Здесь запроектировано современное оборудование, оснащенное АСУ ТП, комплектное элегазовое распределительное устройство 500 кВ, использованы новые технологии в строительстве водоводов, предусмотрен высокий уровень системы контроля и диагностики. С учетом экологической безопасности, на ГАЭС-2 будет применена новейшая система рыбозащитных сооружений, предложенная специалистами ОАО «Гидропроект».  
Машинный зал Загорской ГАЭС   Российские ГАЭС: две из пятисот В мировой энергетике ГАЭС давно уже завоевали репутацию надежных и мобильных энергоустановок, выполняющих функции системного регулятора. История создания и развития ГАЭС началась более 100 лет назад: в 1882 г. в Швейцарии близ г. Цюриха была сооружена ГАЭС Леттем с двумя энергоустановками общей мощностью 103 кВт и напором 153 м, а в 1894 г. в Италии введена в работу установка Крева−Луино мощностью 50 кВт и напором 64 м, работавшая по недельному циклу аккумулирования. К 1900 г. в Германии, Австрии и Италии было построено еще несколько ГАЭС мощностью по 50−100 кВт. В настоящее время общее количество ГАЭС в мире приближается к 500, и еще несколько десятков станций находятся на этапе проектирования и строительства. Но в России гидроаккумулирование пока не получило широкого развития. На территории нашей страны построены и функционируют только две ГАЭС. Помимо Загорской, действует Ставропольская ГАЭС мощностью 19 МВт. Она включена в функциональную структуру Большого Ставропольского канала и, работая в режиме сезонного регулирования, обеспечивает круглогодичную работу этого канала и расположенных по его трассе небольших ГЭС.  В 1970-е гг. в СССР было разведано более 20 створов, соответствующих требованиям геологии для строительства гидроаккумулирующих станций. Однако в силу исторических и экономических причин реализовано было всего несколько проектов, среди них Загорская ГАЭС (Россия), Круонисская ГАЭС (Литва) и Ташлыкская ГАЭС (Украина).   Вид на нижний бассейн Загорской ГАЭС и р. Кунья   Российские перспективы По статистике, развитые и даже некоторые развивающиеся страны мира используют энергию рек на 70–99%. В нашей стране это достояние работает лишь на 20%, а мощь сибирских рек задействована всего на 3%. Несомненно, российская энергетика должна прирастать за счет гидрогенерирующего ресурса. Опыт Загорской ГАЭС показывает, что даже небольшая речушка Кунья может быть неиссякаемым источником электроэнергии. Техническая необходимость форсированного развития гидроаккумулирующих электростанций в России не вызывает сомнений. К примеру, строящаяся Загорская ГАЭС-2 имеет большое значение для регулирования режимов единой энергосистемы. Опыт эксплуатации действующей станции подтвердил высокую эффективность ГАЭС, их востребованность в центральном регионе России. Специалисты «РусГидро» убеждены в необходимости создания генерирующих мощностей гидроаккумулирующего типа и на других площадках не только Московской обл., но и европейской части страны в целом. Потенциальные для реализации проектов ГАЭС регионы — Ленинградская и Тверская обл., а также Карачаево-Черкесская Республика, где уже завершается строительство Зеленчукской ГЭС-ГАЭС. Кроме европейской части России, существует объективная необходимость строительства гидроаккумулирующих мощностей на Сахалине в силу изолированности энергосистемы региона. Но действующие правила оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ) в России не учитывают технологических особенностей ГАЭС, что не позволяет гарантировать своевременный возврат инвестиций на проектирование и строительство гидроаккумулирующих станций. Этот фактор пока сдерживает дальнейшее развитие этой, несомненно, перспективной технологии.   Анна Бутусова На заставке: напорные водоводы Загорской ГАЭС достигают 800 м в длину и 7,5 м в диаметре Фото предоставлено пресс-службой Загорской ГАЭС Источник