1

Отраслевая школа в РУДН

«Энергорынок» – «Оценка рисков в гидроэнергетике»

Научный руководитель школы – проф., д.т.н. Ляпичев Ю.П.

(кафедра гидравлики и гидросооружений), научный руководитель лаборатории

«Безопасность гидросооружений», член Международной комиссии по большим пло-

тинам (ICOLD) и Международной ассоциации по гидроэнергетике (IHA).

Организации-партнеры:

- ОАО «НИИЭС» (Научно-исследовательский институт энергетических сооружений,

энергетическая компания РусГидро), замдиректора по науке, к.т.н. Семенов И.В.

- ОАО "НИИ ВОДГЕО" (Научно-исследовательский и конструктивно-технологичес-

кий институт водоснабжения, канализации, гидросооружений и инженерной гидро-

геологии, Государственный научный центр РФ), замдиректора по науке, проф., д.т.н.

Куранов Н.П., заведующий лаборатории гидросооружений, д.т.н Розанов Н.Н.

Состояние проблемы и обоснование работы школы

«Оценка рисков в гидроэнергетике и гидротехнике»

Гидроэнергетика - одно из наиболее эффективных направлений электроэнергетики

передовых стран мира. Кроме своего прямого назначения - производства электро-

энергии - гидроэнергетика решает дополнительно ряд важнейших для общества и

государства задач. Прямая выгода от них включает создание систем питьевого и

промышленного водоснабжения, развитие судоходства, создание ирригационных

систем в интересах сельского хозяйства, рыборазведение, регулирование стока рек,

позволяющее осуществлять борьбу с паводками и наводнениями, обеспечивая без-

опасность населения. Гидроэнергетика является инфраструктурой для деятельности

и развития целого ряда важнейших отраслей экономики и страны в целом. Каждая

введенная в эксплуатацию гидроэлектростанция становится точкой роста экономики

региона своего расположения, вокруг нее возникают производства, развивается

промышленность, создаются новые рабочие места. Гидроэнергетика является клю-

чевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы Рос-

сии, располагая более 90% резерва регулировочной мощности.

2

В России рынок гидроэнергетики занимает только 20% общего объема энерго-

рынка, несмотря на явные преимущества ГЭС по сравнению с другими типами ЭС –

минимальную себестоимость выработки электроэнергии, максимальную мобиль-

ность (быстрый переход из базисной в пиковую часть графика нагрузки энергоси-

стемы и обратно), минимальный вред здоровью людей. В странах БРИК гидроэнер-

гетика занимает намного больший объем - до 30% в Китае и Индии и 80% в Брази-

лии.

Сейчас состояние многих гидросооружений и ГЭС не удовлетворяет возросшим

требованиям безопасной эксплуатации, что подтвердила катастрофа на Саяно-

Шушенской ГЭС. Не вдаваясь в главную причину этой катастрофы, следует отме-

тить, что подобная авария ГЭС никогда в мире не происходила и сценарий ее разви-

тия не укладывается в рамках нормальной эксплуатации ГЭС. Очевидно, что наряду

с известными причинами, увеличивающими риск аварии плотин и ГЭС, существует

ряд факторов, характерных сейчас для России и относящихся к разряду организаци-

онных, социальных и экономических. К этим факторам относятся: превышение

нормативных сроков эксплуатации многих плотин и ГЭС, нарушение работы их

технологического оборудования, отсутствие профилактических ремонтов и прове-

рок этого оборудования, АСУ ГЭС, недостаточностью финансирования научно-

проектных работ по обеспечению безопасности плотин и ГЭС, отсутствием опыта

разработки овременных компьютерных и информационно-диагностических систем

автоматизированного мониторинга состояния плотин и ГЭС и дефицитом гидротех-

ников-исследователей, имеющих требуемую подготовку в этой сложной области.

В магистерских программах ведущих университетов России (МГУ, МГСУ,

РУДН, МГУП и др.) и Европы отсутствует курсы по оценке рисков и безопасности

плотин и ГЭС, несмотря на очевидную ее актуальность для РФ и многих стран мира.

В связи с этим кафедра гидравлики и гидросооружений РУДН разработала и со-

здала в рамках национального проекта «Образование» научно-учебную лаборато-

рию (НЛ) «Гидрологическая и техническая безопасность ГС» (далее «Безопасность

ГС») и учебно-методический комплекс (УМК) с этим же названием, включающий

описание курса, программу и электронный учебник.

3

Основная цель школы

1. Обучить участников школы основам оценки рисков в гидроэнергетике и гид-

ротехнике включая оценку безопасности гидросооружений, оценку основных ви-

дов ущербов при их аварии и мониторинга их состояния при эксплуатации с це-

лью активного участия выпускников школы в федеральных и региональных про-

граммах по обеспечению безопасности гидросооружений в РФ и странах СНГ.

2. Научить участников школы использовать современные компьютерные про-

граммы для оценки безопасности гидросооружений (таблица).

Программы оценки рисков и безопасности гидросооружений

№ Код и название

программы

Владелец

программы,

ее статус

Операционная среда

(пред- и постпроцес

сорная обработка)

1 Проф. пакет CADAM. Расчеты статической и

сейсмической прочности и устойчивости бетон-

ных гравитационных плотин. Вероятностные

расчеты (метод Монте–Карло) этих плотин

Политехнический

университет

Монреаля (Канада),

свободный

Windows XP (пред- и

постпроцессор. обра-

ботка, визуализация,

печать данных)

2 Проф. пакет ModFlow-4. Расчеты установив-

шейся и неустановившейся фильтрации в грун-

товых основаниях и сооружениях

Фирма Schlumberger

(Германия),

учебный

То же

3 Проф. пакет FLAC-5 (2D). Расчеты статического

и сейсмического НДС, устойчивости и фильтра-

ции в грунтовых и подземных сооружениях

Корпорация ITASCA

(США),

лицензионный

То же

4 Проф. пакет FLAC/Slope. Расчеты статической и

сейсмической устойчивости грунтовых откосов

То же То же

5 Универс. пакет ADINA. Расчеты статич., сей-

смич. и температур. НДС, устойчивости, филь-

трации в бетонных и грунтовых сооружениях

Компания ADINA

(США),

учебный

То же

6 Проф. пакет MIKE-11. Одномерные гидравличе-

ские и гидрологические расчеты пропуска па-

водков (волны прорыва) и последствия их воз-

действий в нижних бьефах гидроузлов

Компания DHI. Water

& Environmental

(Дания),

лицензионный

То же

7 Проф. пакет MIKE-21. Двухмерные гидравлич. и

гидрологич. расчеты пропуска паводков и по-

следствий их воздействий в верхних бьефах

То же То же

Инновационность содержания курса, читаемого в школе

Инновационность содержания курса состоит в следующем:

1. Рассматриваемая в курсе методика оценка уровня и определения критериев без-

опасности гидросооружений, разработанная в ОАО «НИИЭС» на основе последних

рекомендаций Международной комиссии по большим плотинам, впервые включает

в себя 2 уровня критериальных значений диагностических показателей поведения

гидросооружений. Первый уровень – предупреждающий о наступлении потенци-

ально опасного состояния сооружения и требующий от его собственника принятия

4

оперативных мер, и второй – критический, требующий срочного ввода ограничений

на эксплуатацию сооружения (вплоть до быстрой сработки водохранилища).

2. Впервые в практике оценки безопасности гидросооружений наряду с детерми-

нистической применяется статистическая (вероятностная) оценка риска аварии бе-

тонной или грунтовой плотины с разными сценариями аварий и учетом наиболее

«опасных» факторов, что позволяет разработать научно обоснованные мероприятия

по обеспечению безопасности плотин.

3. Впервые в практике оценки безопасности гидросооружений производится стои-

мостная укрупненная оценка основных видов ущерба: экономического, социального

и экологического.

План-программа проведения школы

(аудиторная работа – 72 часа: лекций - 36 час, лабораторных работ – 36 час)

- Темы лекций:

Тема 1. Цели и задачи государственной программы «Безопасность гидросо-

оружений».

Актуальность проблемы. Федеральный закон о безопасности гидросооружений

(ГТС) и о страховании гражданской ответственности за причинение вреда при ава-

рии ГТС. Программа представления деклараций безопасности ГТС в РусГидро.

Тема 2. Основные причины аварий плотин различного типа.

Причины аварий грунтовых и бетонных плотин различного типа и времени их по-

стройки в разных странах (статистические данные Международной комиссии по

большим плотинам). Примеры разрушений крупных плотин с большим экономиче-

ским и социальным ущербами.

Тема 3. Основы методики оценки уровня безопасности гидросооружений.

Общие положения методика оценки уровня безопасности ГТС (ОАО «НИИЭС»).

Структура факторов безопасности ГТС. Таблицы для ранжированной оценки факто-

ров и уровня безопасности эксплуатируемых ГТС. Примеры из практики примене-

ния методики в ОАО «НИИЭС».

Тема 4. Основы методики определения критериев безопасности ГТС.

Общие понятия и положения методики определения критериев безопасности ГТС.

Основы определения критериальных значений диагностических показателей состо-

5

яния ГТС. Разработка прогностических математических моделей ГТС. Назначение и

уточнение критериев безопасности на этапах проектирования и эксплуатации.

Тема 5. Особенности определения критериальных величин разных диагности-

ческих показателей состояния грунтовых и бетонных плотин.

Особенности определения критериальных значений диагностических показателей

состояния бетонных и грунтовых плотин: осадки и горизонтальные перемещения

плотин, трещинообразование в водоупорных элементах плотин, фильтрационная

прочность и фильтрационные расходы грунтовой плотины и ее основания.

Тема 6. Примеры определения критериальных значений диагностических

показателей состояния различных ГТС.

- определения критериев безопасности гравитационной бетонной водосливной и

грунтовой плотин Воткинской ГЭС на р. Кама;

- определения критериев безопасности арочно-гравитационной бетонной плотины

Саяно-Шушенской ГЭС на р. Енисей;

Тема 7. Основы вероятностных расчетов для количественной оценки без-

опасности (надежности) плотин.

Основы вероятностных расчетов для количественной оценки безопасности

(надежности) плотин - расчет степени риска аварий плотин различного типа. По-

строение вероятностных математических моделей аварии плотин. Примеры количе-

ственной оценки безопасности ряда грунтовых и бетонных плотин.

Тема 8. Основы методики расчета волны прорыва напорного фронта.

Общие положения методики: выбор сценария аварии плотины, метода расчета

волны прорыва напорного фронта гидроузла, снижение уровня грунтовых вод в ВБ

и др. Типичные негативные последствия от аварий грунтовых и бетонных плотин.

Исходные данные для математического моделирования волны прорыва. Российские

и зарубежные компьютерные программы расчета волны прорыва и ее распростра-

нения в нижнем бьефе, использование картографических и географических инфор-

мационных систем (GIS и др.). Примеры из российской и зарубежной практики.

Тема 9. Основы методики определения экономического, социального и эко-

логического ущербов от прорыва напорного фронта гидроузла.

Методы ориентировочной, укрупненной и детальной оценки экономического, со-

циального и экологического ущербов от аварии плотин различного типа. Метод

6

определения значений укрупненных показателей для оценки ущербов. Пример

укрупненной оценки экономического, социального и экологического ущербов от

прорыва напорного фронта гидроузла.

- Темы семинаров:

Семинар 1. Определение критериальных значений осадок, горизонтальных пере-

мещений и напряжений в бетонных плотинах.

Семинар 2. Определение критериальных значений пьезометрических уровней в

основании бетонной плотины.

Семинар 3. Определение критериальных значений горизонтальных перемещений

гребня грунтовой плотины.

Семинар 4. Определение критериальных значений трещинообразования в водо-

упорных элементах грунтовых плотин.

Семинар 5. Определение критериальных значений положения поверхности де-

прессии в земляной плотине.

Семинар 6. Определение критериальных значений фильтрационной прочности и

расходов фильтрации в грунтовой плотине и ее основании.

Семинары 7-8. Пример определения критериев безопасности гравитационной бе-

тонной водосливной плотины Воткинской ГЭС на р. Кама.

Семинары 9-10. Пример определения критериев безопасности грунтовой плотины

Воткинской ГЭС на р. Кама.

Семинары 11-12. Пример количественной оценки безопасности (надежности)

грунтовой плотины.

Семинар 13-14. Пример количественной оценки безопасности (надежности) бе-

тонной плотины по программе CADAM (Канада).

Семинары 15-16. Примеры из российской и зарубежной практики расчетов волны

прорыва напорного фронта гидроузла.

Семинары 17-18. Пример укрупненной оценки экономического, социального и эко-

логического ущербов от прорыва напорного фронта гидроузла.

Доклады-презентации «Современные актуальные проблемы обеспечения

безопасности гидросооружений в России»

7

1. Нынешнее состояние гидроэнергетики России и перспективы ее развития до

2020 года в условиях обострения проблемы обеспечения безопасности гидросоору-

жений.

2. Нынешнее состояние Волжско-Камского каскада ГЭС: оценка правильности

проектных решений и безопасности каскада и пути ее решения.

3. Проблема безопасности каменно-набросной и бетонной плотин строящейся

Богучанской ГЭС и пути ее решения.

4. Проблема безопасности арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенской

ГЭС и пути ее решения.