«Три уще́лья» («Санься», кит. 峽大壩, пиньинь Sānxiá), крупнейшая в мире гравитационная плотинная гидроэлектростанция, расположенная на реке Янцзы, в провинции Хубэй. Гидроэлектростанция построена и управляется Государственной сетевой корпорацией Китая. Центр формируемой единой энергосистемы. Общая электрическая мощность плотины 22,5 МВт. Годовое производство электростанции 90–100 млрд кВт/ч. Мощность каждой водяной турбины 700 МВт.

Помимо выработки электроэнергии, плотина обеспечивает защиту от наводнений, характерных для верховьев реки Янцзы и её притоков. Строительство плотины снизило вероятность сильных наводнений с 10 до 1 % в год. В среднем разрушительные наводнения в регионе происходят каждые 10 лет (например, в 1931 из–за воздействия стихии пострадали более 25 млн человек). В 2010 г. плотина прошла испытание наводнением, когда было спасено множество жизней и предотвращён многомиллиардный ущерб. Так, при притоке воды 70 тыс. м³/с вниз сбрасывалось почти вдвое меньше воды – 40 тыс. м³/с. Оставшаяся вода аккумулировалась в водохранилище для последующего использования в орошении земель.

Кроме того, строительство гидроэлектростанции увеличило глубину реки вверх по течению, что улучшило условия судоходства. Гидроузел увеличил местный грузооборот в 10 раз.

Изначально ожидалось, что гидроэлектростанция будет покрывать 10 % потребностей Китая в электричестве, однако за время строительства потребление электроэнергии значительно выросло. Например, в 2011 г. спрос на электроэнергию достиг 4 692,8 ТВт/ч, было выработано лишь 1,7 % всей электроэнергии Китая (98,1 из 4 692,8 ТВт/ч). В 2012 г. были добавлены подземные машинные залы, включающие в себя дополнительные электрогенераторы. Количество вырабатываемого электричества в год в бо́льшей степени зависит от размера паводка на реке Янцзы.

Учитывая, что в Китае для выработки 1 кВт/ч электроэнергии сжигается 366 г угля, предполагалось, что ввод в строй электростанции приведёт к сокращению потребления угля на 31 млн т в год, из–за чего в атмосферу не будут выброшены 100 млн т парниковых газов, миллионы тонн пыли, 1 млн т диоксида серы, 370 тыс. т оксида азота и т. д.

Также было объявлено, что повышение уровня реки Янцзы вследствие создания водохранилища позволит проходить по реке гораздо более вместительным судам, что приведёт к снижению выбросов в атмосферу продуктов сгорания органического топлива.

История строительства

Работа над планами строительства плотины в районе «Трёх ущелий» началась ещё в 1932 г. Премьер-министру Гоминьдана Сунь Ятсену принадлежит идея, которую он изложил в книге «Международное развитие Китая» (1920). Суть идеи заключалась в том, что в районе «Трёх ущелий» через реку Янцзы можно построить плотину, которая будет генерировать мощность 22 ГВт.

Проект плотины разработан в 1944 г. американским инженером-строителем Дж. Савиджем. Помимо прочего, он предложил реализовать уникальный метод перемещения судов, которые будут заходить в шлюзы на нижнем и верхнем концах плотины, затем подъёмными кранами перемещаться от одного шлюза к другому. Группы судов должны были подниматься вместе. Несмотря на то что были проведены изыскания, исследования и проектные работы, в 1947 г. проект был остановлен из–за начала Гражданской войны в Китае.

В 1949 г. проект был поддержан Мао Цзэдуном, однако реализация проекта началась с плотины Гэчжоуба. Строительство плотины велось в 1970–1988 гг. Общая установленная электрическая мощность составляет 2,71 МВт.

В 1992 г. проект гидроэлектростанции «Три ущелья» был утверждён Национальным народным конгрессом Китая. Строительство началось в 1994 г. В 1997 г. река Янцзы была перекрыта, также началась укладка бетоном первых слоёв плотины. В 2005 г. в работу введено левобережное плотинное здание гидроэлектростанции, достигнута мощность 9,8 ГВт.

В 2006 г. строительство плотины завершено. В 2007 г., на год раньше запланированного срока, завершилось строительство инфраструктуры распределения и передачи электроэнергии, стоимость которого составила около 34,387 млрд юаней. Кроме того, завершилось проектирование судоподъёмника, первые испытания которого состоялись в 2016 г. В ходе испытаний грузовое судно было поднято в верхний бьеф, время подъёма составило 8 мин.

В 2008 г. запущены в работу все 26 гидрогенераторов основных зданий. К июню 2008 г. были переселены 1,24 млн жителей, поскольку предполагалось, что 13 городов, 140 посёлков и 1350 деревень будут полностью или частично затоплены водохранилищем. Общие расходы достигли 148,365 млрд юаней, из которых 64,613 млрд юаней потрачено на строительство, 15,195 млрд юаней – на выплаты по кредитам, 68,557 млрд юаней – на пособия и перемещение пострадавших жителей.

В 2010 г. уровень воды в водохранилище поднялся до расчётного – 175 м над уровнем моря. В 2011 г. введено подземное здание гидроэлектростанции и завершено строительство судоподъёмника.

В 2012 г. введён в эксплуатацию последний, 32-й энергоблок, а также официально объявлено о завершении строительства гидроэлектростанции. Гидроэлектростанция окупила себя в 2013 г. В конце 2012 г. начались предварительные работы по строительству рельсовых путей по обе стороны реки Янцзы для перевозки судов через плотину.

Конструкция

Гидроэлектростанция длиной 2309 м, высотой 181 м состоит из гравитационной бетонной плотины, левобережного и правобережного приплотинных зданий, правобережного подземного здания, 2-ниточного 5-ступенчатого судоходного шлюза и судоподъёмника. Гидроузел оборудован 5 шлюзами.

В проекте использовано 27,2 млн м³ бетона, 463 тыс. т стали и перемещено около 102,6 млн м³ земли. Толщина стен дамбы достигает 100 м. Для сравнения, на возведение самого высокого в мире небоскрёба «Бурдж-Халифа» (828 м) было затрачено в 85 раз меньше бетона и в 7,5 раз меньше стали.

Конструкция плотины расположена по центру, имеет поверхностный водосброс, рассчитана на пропуск 116 тыс. м³/с воды. Плотинные здания гидроэлектростанции оснащены в общей сложности 32 гидроагрегатами. Электроэнергия производится при напряжении 20 кВ, затем генерируемое напряжение повышается трансформаторами до 500 кВ и далее передаётся в сеть на частоте 50 Гц. Наружный диаметр статора составляет от 20,9 до 21,4 м, внутренний – от 18,5 до 18,8 м, высота – 3–3,1 м. Расчётная мощностью каждого генератора составляет 700 МВт, вес – 6 тыс. т. Скорость водного потока зависит от текущего напора (от 79 до 109 м) и составляет 600–950 м³/с. В генераторах используются радиально-осевые турбины, диаметр которых варьируется (9,7–10,4 м), расчётная скорость вращения 75 об/мин. Роторы генератора включают в себя по 80 полюсов. Производство тока происходит на частоте 50 Гц. Номинальная мощность генераторов составляет 778 МВт, максимальная – 840 МВт, коэффициент мощности – 0,9. Опорная нагрузка генераторов составляет 5050–5500 т, средняя эффективность – 94 % с достигаемым максимумом 96,5 %. Большинство генераторов имеет водяное охлаждение. У некоторых более новых моделей – воздушное охлаждение.

Для передачи электроэнергии с гидроэлектростанции к потребителям возведено 9484 км высоковольтных сетей линий электропередач. Всего от гидроэлектростанции расходится 15 высоковольтных линий в 10 различных провинций Китая, в том числе 6519 км – переменного тока напряжением 500 кВ, и 2965 км – линий постоянного тока напряжением ±500 кВ и выше. Общая установленная мощность трансформаторов для системы переменного тока составляет 22,75 ГВ/А, для системы постоянного тока – 18 ГВт.

Напорные сооружения гидроэлектростанции образуют крупное водохранилище площадью 1045 км², полезной ёмкостью 22 км³. При его создании было затоплено 27 820 га обрабатываемых земель. Максимально допустимая высота верхнего бьефа над уровнем моря, равная 175 м, была впервые достигнута в 2010 г. Высота нижнего бьефа над уровнем моря составляет 66 м. Таким образом, напорный уровень в течение года изменяется от 79 до 109 м. Гидроузел оборудован водосбросом, пропускная способность которого составляет 116 тыс. м³/с.

Каждый год с декабря по март плотина разгружает резервуар, за счёт чего увеличивается скорость течения реки, обеспечивая пресной водой сельскохозяйственные и промышленные нужды и улучшая условия судоходства. В преддверии сезона дождей уровень воды вверх по течению падает со 175 до 145 м. Также вода питает плотину Гэчжоуба. С момента заполнения водохранилища в 2003 г. плотина «Три ущелья» в течение засушливого сезона доставила дополнительно 11 км³ пресной воды в города и фермы, расположенные ниже по течению.

Судоходный шлюз (280 × 35 × 5 м) предназначен для грузовых судов, состоит из 2 отдельных ниток для подъёма и спуска. Такая система обеспечивает более эффективную работу в отличие от системы попеременного подъёма и спуска судов. Каждая из нитей 2-шлюзовой бескамерной системы состоит из 5 ступеней. Время прохождения шлюзов составляет около 4 ч. Длина шлюзовых камер составляет 280 м, ширина – 35 м, глубина – 5 м. Шлюзы пропускают суда водоизмещением не более 10 тыс. т. До постройки плотины максимальный грузооборот на участке «Три ущелья» составлял 18,0 млн т в год. В 2004–2007 гг. оборот через шлюзы составил 198 млн т, в 2022 г. достиг 159,65 млн т.

В дополнение к шлюзам гидроузел оборудован судоподъёмником, в основном предназначенным для транспортировки пассажирских судов, а также для ускорения прохождения судов через плотину на реке Янцзы. Судоподъёмник поднимает суда водоизмещением до 3 тыс. т на высоту до 113 м, размер подъёмной камеры составляет 120 × 18 × 3,5 м. Для подъёма или спуска в конструкции судового подъёмника используется винтовая зубчатая передача. Высота подъёма судна зависит от изменения уровней верхнего и нижнего бьефов.

Ежегодное производство электроэнергии

Экологические последствия

Опасения по поводу потенциального воздействия плотины на дикую природу возникли ещё до одобрения строительства платинной гидроэлектростанции. В регионе произрастает 6388 видов растений, принадлежащих к 238 семействам и 1508 родам. Из этих видов растений 57 находится под угрозой исчезновения. Эти редкие виды также используются в качестве ингредиентов в традиционной китайской медицине. В 2020-х гг. доля лесных массивов в районе плотины «Три ущелья» снизилась с 20 (1950) до менее чем 10 % (2002). В регионе также обитают сотни видов животных, которые страдают из–за изменения температуры воды и режима течения. В бассейне реки Янцзы обитает более 360 видов рыб, и на его долю приходится 27 % исчезающих видов пресноводных рыб в Китае. Больше всего пострадала популяция стерха. Кроме того, плотина способствовала вымиранию китайского речного дельфина.

Водохранилище гидроэлектростанции затопило несколько древних городов (Гуйчжоу, Куйчжоу, Ушань), включая около 1300 археологических памятников. Кроме того, изменился внешний вид гидроэлектростанции «Три ущелья», после того как уровень воды поднялся более чем на 91 м.

Специалистами NASA было отмечено, что при образовании водохранилища было поднято 39 млрд т воды на высоту до 175 м от уровня моря. Это привело к увеличению момента инерции Земли, а также к снижению скорости её вращения, вследствие чего продолжительность суток увеличилась на 0,06 м/с.

Эрозия водохранилища, вызванная подъёмом воды, провоцирует частые крупные оползни. В случае прорыва плотины в зону затопления попадают около 360 млн человек.