ЛУЧШИЕ ПРАКТИКИ ЭФФЕКТИВНОГОВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ – КЕЙС ЭН+

СОБЛЮДЕНИЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫХ ТРЕБОВАНИЙ

Соблюдение законодательных требований – это необходимое, но недостаточное условие лучшей практики. В рамках настоящей статьи считаем важным остановиться в том числе на соблюдении обязательных требований.

Согласно Водному кодексу Российской Федерации, водные ресурсы рек и водохранилищ России принадлежат государству. Из этого исходит вся соответствующая нормативно-правовая база.

Договор водопользования ГЭС, помимо условий и порядка платы за пользование водным объектом (базой для расчета платы является объем выработки электроэнергии), содержит также ряд иных сопутствующих условий водопользования. Например, согласно договору водопользования, эксплуатирующая организация (или оператор) ГЭС должна выполнять регулярные наблюдения за состоянием водного объекта и его водоохранной зоны в пределах охранной зоны гидроэнергетического объекта по согласованной уполномоченным органом программе. На гидроэнергетических объектах Эн+ выполняются наблюдения за содержанием нефтепродуктов и взвешенных частиц в местах выпуска сточных вод, а также за состоянием дна и берегов водного объекта. Попадание нефтепродуктов в воду возможно при эксплуатации маслонаполненного оборудования (трансформаторов, выключателей, сервомоторов). Также имеет место процесс фильтрации воды через гидротехнические сооружения. Дренажные воды после очистки сбрасываются в реку ниже по течению. Сброс воды с территории ГЭС оформляется решением уполномоченного органа о предоставлении водного объекта в пользование с целью сброса сточных вод.

Поскольку крупные водохранилища используются комплексно, в интересах различных групп водопользователей, договором водопользования предусмотрена обязанность оператора ГЭС обеспечивать режим сработки (снижения уровня воды) и наполнения водохранилища в соответствии с Правилами использования водных ресурсов водохранилища и решениями Межведомственной рабочей группы по вопросам регулирования режимов водохранилищ. Такие межведомственные рабочие группы создаются при бассейных водных управлениях Росводресурсов для учета требований водопользователей при назначении водных режимов водохранилищВодный режим – изменение во времени уровней, расхода и объема воды в водном объекте (п. 5, ст. 1 Водного кодекса Российской Федерации).. В их состав входят представители заинтересованных органов исполнительной власти (федеральных и региональных), ключевых водопользователей и Системного оператора Единой энергетической системы (ЕЭС) России.

Со стороны Эн+ в работе межведомственной рабочей группы при Енисейском бассейновом водном управлении принимает участие представитель Ситуационно-аналитического центра (САЦ). САЦ находится в Иркутске и представляет собой аналог диспетчерского управления Системного оператора ЕЭС России, куда в режиме реального времени стекаются все ключевые производственные показатели объектов энергетики, входящих в Группу.

Деятельность компании, которой свойственна дополнительность по отношению к деятельности, обусловленной законодательными требованиями, формирует лучшие практики. Ниже приведены некоторые подобные практики Эн+ в сфере водопользования:

• исключение неочищенных сбросов;
• программа модернизации ГЭС «Новая энергия»;
• планирование режимов работы ГЭС;
• экологический мониторинг озера Байкал.

ИСКЛЮЧЕНИЕ НЕОЧИЩЕННЫХ СБРОСОВ

В 2021 году компания приняла на себя добровольное обязательство к 2030 году исключить сброс неочищенных сточных вод в Энергетическом сегментеЕдиный отчет Эн+ за 2023 год, с. 113.. С этой целью реализуются проекты по модернизации и строительству новых очистных сооружений объектов гидрогенерации и угледобычи.

На Иркутской ГЭС проектирование новых очистных сооружений завершено в 2022 году, в 2023 году начаты строительно-монтажные работы. В 2024 году ожидается завершение разработки проектной документации, связанной с локальными очистными сооружениями, для Братской и Усть-Илимской ГЭС. Указанные мероприятия являются дополнительными мерами очистки ливневых и дренажных сточных вод перед их выпуском в водные объекты.

Помимо этого, в рамках программы Эн+ «Новая энергия», нацеленной на обновление основного генерирующего оборудования ГЭС, в 2019–2024 годах на Иркутской ГЭС выполнена замена четырех поворотно-лопастных гидротурбин на пропеллерные. В новых гидротурбинах отсутствует механизм поворота лопастей – риск протечки масла из рабочих колес сведен к нулю. Более того, улучшенная геометрия лопастей рабочих колес позволяет повысить единичную мощность новых агрегатов с 82,8 до 107,5 МВт. Так, по итогам первого этапа технического перевооружения установленная мощность Иркутской ГЭС повысилась на 15 %, или с 662,4 до 761,2 МВт.

ПРОГРАММА «НОВАЯ ЭНЕРГИЯ»

Программа предполагает масштабную реконструкцию и замену основного оборудования на ГЭС компании в Сибири. В ее рамках проводится комплексная замена основного генерирующего оборудования (гидроагрегатовГидроагрегат – агрегат, состоящий из гидравлической турбины и электрического гидрогенератора (Приказ Министерства энергетики Российской Федерации (Минэнерго России) от 16 августа 2019 года № 857 «Об утверждении Методических указаний по технологическому проектированию гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций»)., рабочих колес), а также вспомогательного оборудования (маслонаполненных кабельных линий, силовых трансформаторов, замена воздушных выключателей на элегазовые).

Всего в рамках программы «Новая энергия» к 2026 году планируется техническое перевооружение 34 гидроагрегатов (четыре гидроагрегата и 30 рабочих колес):

• на Иркутской ГЭС – четыре из восьми гидроагрегатов;
• Братской ГЭС – 18 из 18 рабочих колес;
• Усть-Илимской ГЭС – четыре из 16 рабочих колес;
• Красноярской ГЭС – восемь из 12 рабочих колес.

Программа «Новая энергия» рассчитана до 2046 года. Инвестиции составят 21 млрд рублей за период до 2026 года (234,1 млн долларов США), включая уже инвестированные средства (17 млрд рублей).

Разгрузка нового рабочего колеса на Красноярской ГЭС

За счет более совершенного профиля лопастей новых рабочих колес и использования современных материалов достигается более высокий коэффициент полезного действия – повышение до +8 п. п. (например, КПД гидротурбины Красноярской ГЭС повысится до 96,7 %). Таким образом, результатом программы «Новая энергия» станет повышение эффективности энергетического использования стока рек.

К концу 2024 года объем электроэнергии, произведенной на ГЭС дополнительно после технического перевооружения, составит порядка 2,4 млрд кВт • ч накопленным итогом. Это эквивалентно сокращению выбросов парниковых газов на 2,5 млн т CO₂-экв. (за счет замещения выработки тепловых электростанций).

ПЛАНИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГЭС

Водные режимы водохранилищ и нижних бьефовНижний бьеф – участок реки, расположенный ниже по течению от плотины. Верхний бьеф, соответственно, – выше плотины. ГЭС оказывают существенное влияние на условия функционирования различных отраслей экономики, водной и прибрежной инфраструктуры, на условия отдыха и безопасности населения, а также на экологическое состояние водных и сухопутных экосистем в пределах зон влияния водных объектов. Здесь пересекаются интересы разных групп водопользователей и защиты окружающей среды. Требования различных интересантов к водным режимам, как правило, противоречат друг другу. Поэтому управление водными режимами водохранилищ и их каскадов – это всегда поиск компромисса.

Важно сказать, что при вынесении вопросов режимов водохранилищ ГЭС на обсуждение общественность оказывается недостаточно осведомлена о принципах управления, заложенных Водным кодексом Российской Федерации. Так, например, бытует мнение, что энергетики единолично принимают решения о расходах воды через ГЭС, а значит, управляют уровнями воды в водохранилищах. Это, конечно, не соответствует действительности. Для объяснения сути подхода к управлению в практике общения сотрудников Дирекции по устойчивому развитию Эн+ с местными сообществами хорошо зарекомендовала себя аллегория: оператор ГЭС – это водопроводный кран, а государство в лице Росводресурсов – рука, по воле которой кран открывается или закрывается.

Компания Эн+ уделяет пристальное внимание вопросам управления водными ресурсами водохранилищ и неукоснительно выполняет все указания Енисейского бассейнового водного управления.

Особое внимание Эн+ при этом сосредоточено на верхней ступени Ангарского каскада – Иркутском водохранилище. Плотина Иркутской ГЭС создает подпор уровней воды в реке Ангаре и озере Байкал и способна оказывать влияние на уровенный режим последнего. После присвоения в 1996 году озеру Байкал статуса объекта Всемирного природного наследия ЮНЕСКО был разработан и утвержден Федеральный закон «Об охране озера Байкал», согласно которому значения допустимых максимального и минимального уровней воды в Байкале устанавливаются Правительством России. Так, озеро Байкал стало единственным водным объектом в России, уровенный режим которого регулируется не только Правилами использования водных ресурсов водохранилища, но и напрямую федеральным законом.

Согласно этому закону, одним из основных принципов охраны озера является сбалансированность решения социально-экономических задач и задач охраны уникальной экологической системы озера Байкал на принципах устойчивого развития. Позиция компании при участии в заседаниях межведомственной рабочей группы выстраивается с учетом этого принципа.

Поиск компромиссов среди огромного комплекса факторов и зависимостей, оказывающих влияние на водноэнергетические режимы ГЭС, требует вовлечения науки.

Научные исследования для поддержки принятия решений

В 2021 году в целях выстраивания позиции компании по вопросам управления водными ресурсами водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада САЦ совместно с Дирекцией по устойчивому развитию Эн+ инициировал научно-исследовательскую работу «Разработка (уточнение) диспетчерских графиков ГЭС Ангаро-Енисейского каскада с учетом современных условий». Исполнителем работы стал Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН). Цель исследования – найти такие универсальные правила управления водными режимами каскада (диспетчерские графики), которые учитывали бы современные экологические и социально-экономические требования при соблюдении интересов компании.

В ходе работы были сформулированы универсальные экологические требования для сохранения экосистемы Байкала при управлении его водными ресурсами, а также разработаны предложения по уточнению диспетчерских графиков, удовлетворяющие требованиям большинства водопользователей при сохранении энергетических показателей каскада ГЭС. Результаты научного исследования были направлены в Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации и Росводресурсы как вклад Эн+ в научное обоснование решений для наиболее оптимального управления водными ресурсами Ангаро-Енисейского каскада водохранилищ с учетом экологических ограничений.

Немаловажным фактором при формировании позиции компании, представляемой на межведомственной рабочей группе, и при принятии решений о загрузке гидроагрегатов ГЭС являются перетоки мощности в энергосистеме Восточной Сибири и цены на электроэнергию на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ). В настоящее время по заказу Эн+ Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева Сибирского отделения РАН (ИСЭМ СО РАН) выполняет научно-исследовательскую работу по оптимизации загрузки гидроагрегатов по критерию цены электроэнергии на ОРЭМ с учетом всех действующих социально-экономических, экологических ограничений.

Можно отметить, что ИСЭМ СО РАН является давним научным консультантом Эн+ в вопросах управления каскадом ГЭС. В настоящее время расчеты водноэнергетических режимов Ангаро-Енисейского каскада ГЭС в САЦ выполняются с использованием программного обеспечения, разработанного ИСЭМ СО РАН. Текущая научно-исследовательская работа нацелена на совершенствование этого программного обеспечения.

Адаптация к изменениям климата

Одной из подзадач упомянутой выше научно-исследовательской работы ИВП РАН в 2021 году был анализ влияния текущих и прогнозируемых изменений климата на приток воды к озеру Байкал и водохранилищу Иркутской ГЭС. Ученые ИВП РАН, которые представляют Россию в Межправительственной группе экспертов по изменению климатаСмотрите здесь., со ссылками на научную литературу показали, что существует риск снижения притока воды. Так, водный сток главного притока озера Байкал – реки Селенги – имеет тенденцию к сокращению. Более того, по самому суровому климатическому сценарию (глобальное потепление до конца века на 4–6 °C) прогнозируется снижение водного стока Селенги на 25 %. Это послужило стимулом к более детальной оценке климатических рисков для ГЭС компании с целью разработки мер адаптации.

Так, в 2022 году был запущен проект по адаптации ГЭС к изменениям климата. Подход к реализации проекта принят в соответствии с Руководством по климатической устойчивости ГЭССмотрите здесь., разработанным Международной ассоциацией гидроэнергетики. За два года междисциплинарная команда ученых Института глобального климата и экологии им. Ю. А. Израэля и ИВП РАН выполнила комплексную научно-исследовательскую работу для ГЭС компании, расположенных на Ангарской ветви каскада – Иркутской, Братской и Усть-Илимской. В работе оценены исторические изменения климата и выявлены ключевые тенденции эволюции климатических риск-факторов в XXI веке. Прогнозы изменения температуры воздуха и количества осадков даны для двух климатических сценариев и трех горизонтов планирования: 2030, 2050, 2100 годы. На основе этих данных составлен подробный реестр физических климатических рисков для ГЭС. Также была создана гидрологическая модель водосборного бассейна озера Байкал и реки Ангары до створа Усть-Илимской ГЭС. С помощью гидрологической модели рассчитаны сценарные прогнозы полезного притока воды в водохранилища каскада на указанные горизонты планирования. Рассчитаны связанные с этим изменения энергетических показателей ГЭС.

Предварительные прогнозы подтвердились в результате детальной оценки. Итогом работы стали предложения по мерам адаптации к основным физическим климатическим рискам.

Результаты этого исследования использовались при формировании адаптационного проекта Иркутской области в рамках проектно-образовательной программы Агентства стратегических инициатив «Адаптация регионов России к изменениям климата».

Одной из важнейших мер адаптации водохозяйственного комплекса к изменению климата является повышение качества прогнозов притока воды в водохранилища. От точности прогнозов зависит качество планирования водных режимов водохранилищ, что, в свою очередь, сказывается на надежности обеспечения требований водопользователей и водопотребителей, безопасности населения и инфраструктуры при наводнениях. В настоящее время прогнозы притока воды в водохранилища Ангаро-Енисейского каскада выдаются территориальными управлениями гидрометслужбы Росгидромета России на основании накопленных данных наблюдений и их статистической обработки.

Прогнозирование притока воды в водохранилища ГЭС

Проект по прогнозированию притока воды в Эн+ запущен в 2017 году. Тогда во взаимодействии с командой – разработчиком технологии прогноза погоды Meteum был выполнен первый подход к повышению качества сверхдолгосрочных прогнозов (на три, шесть, 12 и 18 месяцев) притока воды в озеро Байкал с использованием методов гидрологического моделирования и машинного обучения. Существенного повышения точности и оправдываемости прогнозов такой большой заблаговременности достичь тогда, к сожалению, не удалось. Но выводы работы сформировали предпосылки для выполнения сценарных климатических прогнозов водности (проект по адаптации ГЭС к изменениям климата) и продолжения работы над повышением качества прогнозов с более короткой заблаговременностью.

Очередной импульс этот проект получил в 2023 году, когда прогнозирование притока было предложено в качестве одной из мер адаптации ГЭС к изменениям климата. Существенного улучшения качества планирования водных режимов водохранилищ можно достичь при повышении качества и информативности средне- и долгосрочных гидрологических прогнозовСмотрите здесь.. Целеполагание проекта было уточнено: горизонты заблаговременности прогнозов существенно сокращены. Сейчас прорабатывается возможность повышения качества прогнозов на 10 и 60 суток. Предполагается, что прогнозы будут выполняться на базе гидрологической модели водосборного бассейна озера Байкал с использованием архивных и оперативных данных наблюдений, а также доступных прогнозных метеоданных. В мировой практике уже есть успешные примеры реализации подобного подхода (США, Канада, страны ЕС, Норвегия, Китай). Первые результаты и пробные прогнозы мы планируем получить летом 2025 года.

Технологии машинного обучения также используются в данном проекте. Уже сейчас сотрудниками Дирекции по цифровой трансформации Эн+ разработан и применяется в САЦ инструмент автоматизации работы с гидрологическими данными для подбора годов-аналогов для планирования режимов работы Иркутской и Красноярской ГЭС. Инструмент зарекомендовал себя как удобный и более эффективный, по сравнению с классическими методами анализа. В ближайшей перспективе ожидается доработка моделей машинного обучения для уточнения долгосрочных прогнозов с заблаговременностью 60 суток на основе доступных метеорологических прогнозов и данных гидрологической модели.

С целью реализации проекта по прогнозированию притока воды в водохранилища в декабре 2023 года было подписано трехстороннее рамочное соглашение о сотрудничестве между АО «ЕвроСибЭнерго», Иркутским управлением гидрометслужбы и ИВП РАН.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОЗЕРА БАЙКАЛ

Одним из важнейших направлений деятельности компании принято экологическое благополучие озера Байкал как ключевого ценного природного объекта в регионе. Экосистема Байкала обеспечивает уникально высокое качество воды в озере. Нарушение баланса в этой экосистеме может отразиться на всех водопользователях, расположенных в бассейне реки Ангары, в том числе на предприятиях Группы Эн+ и их сотрудниках. Из этого направления вытекает ряд добровольных инициатив Эн+ по защите Байкала. В частности, проект по экологическому мониторингу озера Байкала и его притоков, начатый в 2019 году и успешно реализуемый уже на протяжении пяти лет.

Экологический мониторинг озера Байкал и его притоков выполняется командой ученых – представителей Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, МФТИ и других научных и образовательных институтов под эгидой Института проблем экологии и эволюции РАН (ИПЭЭ РАН). Результаты, полученные в рамках экомониторинга, стали научной базой (по крайней мере ее частью) и стимулом для следующих инициатив:

• законопроект по ограничению продажи пластиковой продукции на Байкальской природной территории;
• законопроект по запрету продажи бытовой химии, содержащей фосфаты, в Центральной экологической зоне Байкальской природной территории;
• программа строительства очистных сооружений в прибрежных населенных пунктах в Бурятии;
• создание Ассоциации «Байкал без пластика»;
• подъем сетей со дна Байкала;
• развитие экологической культуры в регионе.

Обработка проб в полевых условиях (автор Е. Б. Таланина)

Отбор проб на содержание микропластика в поверхностном слое воды Байкала (автор Е. Б. Таланина)

ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

В результате создания Ангаро-Енисейского каскада ГЭС изменились ландшафты долин, водные режимы и характер экосистем на отдельных участках Ангары и Енисея. Электроэнергия, производимая ГЭС, и водные ресурсы водохранилищ стали основой для развития экономики регионов. В настоящее время состояние экосистем в зонах влияния водохранилищ стабилизировалось, природа адаптировалась к этим изменениям. При этом экономика, социум и отдельные объекты окружающей природной среды оказались неразрывно связаны с водными режимами водохранилищ.

Согласно российскому законодательству, ответственность за эксплуатацию ГЭС и водохранилища распределена между оператором ГЭС и органами государственной власти. Гидроэнергетика выделена в отдельную цель водопользования. Парадигма устойчивого развития предполагает плотное и гармоничное взаимодействие всех заинтересованных сторон для достижения целей устойчивого развития. Для существующих ГЭС заинтересованными сторонами являются все стороны, так или иначе влияющие или зависимые от эксплуатации ГЭС.

Базовое условие лучшей практики – выполнение законодательных требований всеми участниками водохозяйственных отношений. Лучшие же практики формируются из действий компаний (и других участников отношений), которым свойственна дополнительность по отношению к законодательным требованиям.

Лучшие практики Эн+ в области эффективного водопользования лежат в области взаимодействия с заинтересованными сторонами и применения современных достижений науки для целей содействия сохранению водных ресурсов, водных и прибрежных сухопутных экосистем, адаптации антропогенных систем к изменениям климата.