ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОЧИСТКИ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС ОТ ПЛАВАЮЩЕЙ ДРЕВЕСИНЫ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 504.455

Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 3. С. 233-237

ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОЧИСТКИ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС

ОТ ПЛАВАЮЩЕЙ ДРЕВЕСИНЫ

В. П. Корпачев, А. И. Пережилин, А. А. Андрияс, Д. В. Карев

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: ivr@sibgtu.ru

Особенностью создания водохранилищ ГЭС в Сибири на лесопокрытых территориях является поступление на акваторию водохранилища в процессе затопления и эксплуатации значительных объемов древесины. Плавающая и затопленная древесина под воздействием ветра и течения мигрирует по акватории водохранилища и представляет угрозу для судоходства, лесосплава, безопасности ГЭС. Проблема очистки водохранилища является сложной технической задачей. На основе анализа технологий очистки разработанных различными организациями, предлагаются восемь направлений технологии очистки. Рассматривается реализованная технология очистки на Богучанском водохранилище и предлагается разработанная авторами технология для Бо-гучанского водохранилища. Выбор конкретного направления технологии сбора и переработки древесной массы для каждого водохранилища зависит от объемов и мест скопления древесины, а также наличия потребителей. В каждом отдельном случае необходимо технико-экономическое обоснование, с учетом требований нормативных документов в области экологической безопасности водных объектов.

Ключевые слова: водохранилища ГЭС, ложе водохранилища, лесосводка, плавающая древесная масса, технологии очистки.

Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 3, P. 233-237

TECHNOLOGIES AND TECHNICAL MEANS FOR CLEANING OF RESERVOIRS HPS

FROM FLOATING WOOD

V. P. Korpachev, A. I. Perezhilin, A. A. Andriyas, D. V. Karev

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: ivr@sibgtu.ru

The reservoirs creation HPS feature in Siberia in forest-covered territories is the inflow into the water area of the reservoir in the process of flooding and exploitation of significant volumes of wood. Floating and submerged wood under the influence of wind and current migrates through the water area of the reservoir and poses a threat to navigation, timber floating, and hydroelectric plant safety. The problem of cleaning the reservoir HPS is a complex technical task. In the article are proposed eight purification technologies, based on the analysis of purification technologies developed by various organizations. The implemented cleaning technology at the Boguchansk reservoir HPS and the propose the technology developed by the authors for the Boguchansk reservoir HPS are being considered. The choice of the specific direction of technology for the collection and processing of wood pulp for each reservoir depends on the amount and wood accumulation location , as well as the availability of consumers. A feasibility study is required along with taking into account the requirements of regulatory documents in the field of environmental safety of water bodies in each certain case .

Keywords: reservoir HPS, reservoir floor, wood cutting, floating wood pulp, technology of cleaning.

ВВЕДЕНИЕ

Доля гидроэлектростанций (ГЭС) в энергообеспечении России составляет около 22 %, а уровень освоение экономически эффективных гидроэнергоресурсов достигает 20 % - является самым низким среди развитых и развивающихся стран. Поэтому, в со-

ответствии с энергетической стратегией России [1] в Сибири и на Дальнем Востоке планируется строительство ряда крупных ГЭС для освоения значительных запасов природных ресурсов. Около половины общероссийского потенциала гидроэнергоресурсов сосредоточено в Сибири (369 млрд кВт-ч), 3/4 которо-

го приходится на бассейны рек Енисей и Ангара. В Красноярском крае перспективными ГЭС являются Нижнебогучанская, Выдумская и Стрелковская на р. Ангара, Эвенкийская с контррегулятором на р. Нижняя Тунгуска и Нижне-Курейская на р. Курейке [2].

Особенностью строительства ГЭС в Сибири является то, что водохранилища создаются на покрытых лесом территориях со значительными запасами дре-весно-кустарниковой растительности. Водохранилища становятся не только новыми водными объектами и транспортными путями с изменившимися характеристиками, но и источниками активного воздействия на окружающую среду.

Требования к подготовке лож водохранилищ для обеспечения нормативного качества воды в них устанавливают СанПиН 3907-85 «Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ», в соответствии с которыми комплекс мероприятий по подготовке зоны затопления включает: санитарную очистку территорий населенных пунктов, предприятий, зданий и сооружений, а также мест массивного загрязнения; очистку от древесной и кустарниковой растительности; мероприятия в местах захоронений; подготовку санитарных зон прибрежных населенных пунктов и инженерную защиту [3]. Поэтому подготовка ложа водохранилища под затопление составляет значительную долю затрат в смете гидроузла.

Опыт создания водохранилищ ГЭС и подготовки зон затопления показал, что по различным причинам ни на одном водохранилище не были выполнены работы по лесосводке и лесоочистке даже в проектных объемах. Основными причинами являются убыточность и сжатые сроки работ, которые не увязываются с графиками наполнения водохранилищ.

На акватории водохранилищ в процессе заполнения и эксплуатации, из природных (разрушение берегов, отпад полузатопленных деревьев, вынос из рек-притоков, стихийные явления) и антропогенных (затопленный на корню древостой, порубочные остатки от лесосводки и лесоочистки, потери при лесосплавных работах, хозяйственная деятельность предприятий и населения на берегах водохранилищ и т. п.) источников, формируется плавающая древесная масса (деревья, хлысты, вершинник, коротье и др.), которая под действием ветра и течений перемещается по акватории и представляет угрозу различным видам водопользования. Так. на Саяно-Шушенской ГЭС в 1980-е годы из-за помех, создаваемых плавающей древесиной, выработка электроэнергии агрегатами постоянно снижалась на 5-7 % [4].

К настоящему времени только в ложах водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского бассейна затоплено более 32 млн м3 древесины, а находится на плаву около 5 млн м3 [5].

На водохранилищах ГЭС Дальнего Востока наблюдается аналогичная картина появления плавающей и разнесенной по берегам древесины. К примеру, объем древесного плавника на Бурейском водохранилище составляет более 1 млн м3 [6].

Затопленная и плавающая древесная масса не только влияет на качество воды, гидробионтов и рек-

реационную обстановку в зоне водохранилищ, но и представляет угрозу для судов и гидротехнических сооружений, но и считается практически утраченной для промышленного использования.

Целью исследования является обзор проблем сбора и очистки водохранилищ ГЭС Сибири от плавающей древесной массы, предложения по разработке технологии очистки акватории Богучанской ГЭС.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для разработки технологий и технических средств очистки водохранилищ ГЭС необходимо:

а) иметь данные о реальных объемах затопления древесно-кустарниковой растительности и прогноз поступления древесной массы на акваторию водохранилища;

б) определить места концентрации плавающей древесной массы, так как она под действием ветра перемещается по акватории водохранилища;

в) знать качественный и фракционный состав древесины для выбора направлений и технологий переработки;

г) научно обосновать технологии очистки водохранилища

Проблемой очистки водохранилищ от древесины и разработкой техники и технологий активно занимались такие организации, как ЦНИИлесосплава, ВКНИИВОЛТ, КарНИИЛП, Гипролестранс, СевНИИП, СПбГЛТА, МГУЛ, СТИ, БрГТУ и др.

Результатами их работы являлись, в основном, теоретические разработки технологий и агрегатов на уровне предложений, за исключением изготовленного опытного образца агрегата ЛС-101 ЦНИИлесосплава и подборщика плавающей древесины (кафедра ВТЛ СТИ).

Из анализа проектных проработок технологий и технических средств очистки акваторий водохранилищ ГЭС следует общее направление технологий:

- сбор с берега и акватории водохранилища доступными средствами механизации: трактора, лебедки, бензопилы, катера, плавающие агрегаты;

- предварительная, минимально необходимая, технологическая подготовка древесной массы к последующей транспортировке;

- транспортировка древесной массы в плотах, кошелях, баржах к местам переработки и потребления.

Такая технология сбора и переработки древесины на водохранилищах, как показывает анализ, непроизводительна, связана с большими затратами труда и средств, не удовлетворяет возросшим требованиям охраны водных объектов и не может обеспечить очистку водохранилищ в сжатые сроки.

Ниже представлены направления возможных технологических схем очистки акваторий водохранилищ от плавающей, разнесенной по берегам и древесины.

Направление 1

1. Сбор древесной массы с акватории водохранилища катерами в кошели.

2. Буксировка кошелей к плавающему сортировочному устройству.

3. Сортировка на товарную и некондиционную древесину.

4. Формирование секций плотов, погрузка некондиционной древесины в баржи.

5. Транспортировка древесины потребителю.

Направление 2

1. Сбор и выгрузка из воды древесной массы с помощью специальных плавающих агрегатов.

2. Сортировка древесины на товарную и некондиционную.

3. Формирование из товарной древесины секций плотов или перегрузка на баржу.

4. Переработка некондиционной древесины на щепу.

5. Перегрузка щепы на баржу.

6. Транспортировка полученных материалов потребителю.

Направление 3

1. Сбор древесной массы с акватории водохранилищ и выгрузка из воды с помощью специальных плавающих агрегатов.

2. Переработка всей древесной массы в щепу или пеллеты.

3. Погрузка готовой продукции на баржу.

4. Транспортировка готовой продукции потребителю.

Направление 4

1. Сбор древесной массы с берегов, сбрасывание ее на акваторию, сбор плавающей древесной массы с акватории плавучими агрегатами.

2. Формирование при помощи катеров из плавающей древесины лесотранспортных единиц (кошелей).

3. Транспортировка кошеля к пункту переработки древесины на плавучий агрегат или к пункту выгрузки на берег.

Направление 5. Очистка берегов водохранилищ от одиночно стоящих деревьев в период навигационной сработки уровня водохранилища (Саяно-Шушенская и Бурейская ГЭС)

1. Срезание одиночно стоящих деревьев плавучими агрегатами, оборудованными манипуляторами со срезающей головкой.

2. Погрузка срезанных стволов на плавучий агрегат или баржу.

3. Транспортировка стволов к пункту выгрузки или переработки.

Направление 6. Одновременная работа плавучих агрегатов оборудованных захватно-срезающим устройством и гидроманипулятором с грейферным захватом

1. Срезание одиночных стволов с укладкой их на плавучее устройство или сбрасывание на акваторию водохранилища.

2. Сбрасывание разнесенной по берегам древесины на акваторию водохранилища.

3. Сбор плавающей древесины в кошели.

4. Транспортировка кошелей к пункту переработки или выгрузки на берег.

Направление 7. Очистка ложа водохранилища от полузатопленной и затопленной древесины

1. Срезание полузатопленной и затопленной древесины плавучими агрегатами, оборудованные гидроманипуляторами со срезающим устройством.

2. Укладка срезанной древесины на баржу или непосредственно на плавучий агрегат.

3. Транспортировка срезанной древесины к пункту переработки.

Направление 8. Очистка акватории водохранилища от плавающей древесины

1. Сбор плавающей древесины с акватории водохранилища в кошели.

2. Буксировка кошеля к мобильному или стационарному причалу.

3. Выгрузка древесины из кошеля краном и погрузка на автотранспорт.

4. Транспортировка древесины на сортировочный узел.

5. Транспортировка рассортированной древесины потребителю.

Из многочисленных предлагаемых направлений очистки акваторий водохранилищ на практике было реализовано первое направление на водохранилище Братской ГЭС (рис. 1 [7]).

Технология была разработана на кафедре ВТЛ СТИ в рамках работы отраслевой лаборатории Минвуза и Минлеспрома СССР. По данной технологии с акватории водохранилища в навигацию убиралось около 300 тыс. м3 древесины и передавалось Братскому ЛПК [5].

Для условий Богучанского водохранилища применима технология восьмого направления. Это объясняется тем, что на водохранилище установлены 4 зоны концентрации плавающей древесины, определены пункты выгрузки плавающей древесины, используются современные плавучие основания, выпускаемые АО «Красноярская судостроительная верфь». При этом возможны два варианта выгрузки древесины из кошеля: с использованием стационарного или мобильного (плавучего) причала [8].

Рекомендуемая технология включает следующие основные этапы: сбор плавающей древесной массы, сброшенной в воду древесины с берегов водохранилищ в кошели; буксировка кошелей с древесной массой к плавучему причалу; выгрузка древесной массы на промышленную площадку для сортировки и переработки.

На рис. 2 представлены две схемы, отличающиеся только типом причала.

Рис. 1. Подборщик плавающей древесины на Братском водохранилище

б

Рис. 2. Технологические схемы выгрузки древесной массы:

а - с мобильного причала; б - со стационарного причала; 1 - кошель; 2 - буксирное судно; 3 - кран; 4 - причал; 5,10 - щеповоз; 6 - погрузчик-штабелер; 7 - сортименты; 8 - сортиментовоз; 9 - некондиционная древесная масса

а

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выбор конкретного направления технологии сбора и переработки древесной массы для каждого водохранилища зависит от объемов и мест скопления древесины, а также наличия потребителей. В каждом отдельном случае необходимо технико-экономическое обоснование, с учетом требований нормативных документов в области экологической безопасности водных объектов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Утв. распоряжением Правительства РФ от 13.11.2009 г. № 1715-р. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

2. Лапин Г. Г., Смирнов В. В., Ваксова Е. И. О состоянии и перспективах развития гидроэнергетики России // Гидротехническое строительство. 2007. № 6. С. 9-19.

3. СанПиН 3907-85. Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ. Утв. заместителем главного государственного врача СССР 01.07.1985 г. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

4. Корытный Л. М. Реки Красноярского края. Красноярск, 1991. 157 с.

5. Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А. Водохранилища ГЭС Сибири. Проблемы проектирования, создания и эксплуатации : монография ; Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2015. 209 с.

6. Проведение оценки объемов древесного плавника в акватории Бурейского водохранилища, его экологической опасности и товарной составляющей: отчет о НИР / ИВЭП ДВО РАН; рук. А. В. Остроухов. Хабаровск, 2013. 80 с.

7. Пат. 2449916 Российская Федерация, МПК В 63 С 7/00. Установка для сбора плавающей и осевшей древесины на водохранилищах / В. П. Корпачев [и др.] ; заявитель и патентообладатель Сиб. гос. технологич. ун-т. № 2009149358/11; заявл. 29.12.2009; опубл. 10.05.2012. Бюл. № 13. 6 с.

8. Сбор, транспортировка и переработка древесной массы с акватории водохранилища Богучанской ГЭС. Прогноз объемов, породного состава, качества, мест дислокации и методов сбора всплывающей древесной массы в акватории Богучанской ГЭС : отчет о

НИР / Сиб. гос. технологич. ун-т ; рук. В. П. Корпачев. Красноярск, 2012. 137 с.

REFERENCES

1. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2030 goda. Utv. rasporyazheniyem Pravitel'stva RF ot 13.11.2009 g. № 1715-r. Dostup iz sprav.-pravovoy sistemy "Konsul'tantPlyus".

2. Lapin G. G., Smirnov V. V., Vaksova E. I. O sostoyanii i perspektivakh razvitiya gidroenergetiki Rossii // Gidrotekhnicheskoye stroitel'stvo. 2007. № 6. S. 9-19.

3. SanPiN 3907-85. Sanitarnyye pravila proyektiro-vaniya, stroitel'stva i ekspluatatsii vodokhranilishch. Utv. zamestitelem glavnogo gosudarstvennogo vracha SSSR 01.07.1985 g. Dostup iz sprav.-pravovoy sistemy "Konsul'tantPlyus".

4. Korytnyy L. M. Reki Krasnoyarskogo kraya. Krasnoyarsk, 1991. 157 s.

5. Korpachev V. P., Perezhilin A. I., Andriyas A. A. Vodokhranilishcha GES Sibiri. Problemy proyektiro-vaniya, sozdaniya i ekspluatatsii : monografiya ; Sib. gos. tekhnologich. un-t. Krasnoyarsk, 2015. 209 s.

6. Provedeniye otsenki ob"yemov drevesnogo plavnika v akvatorii Bureyskogo vodokhranilishcha, ego ekologicheskoy opasnosti i tovarnoy sostavlyayushchey: otchet o NIR / IVEP DVO RAN; ruk. A. V. Ostroukhov. Khabarovsk, 2013. 80 s.

7. Pat. 2449916 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B 63 C 7/00. Ustanovka dlya sbora plavayushchey i osevshey drevesiny na vodokhranilishchakh / V. P. Korpachev [i dr.] ; zayavitel' i patentoobladatel' Sib. gos. Tekhnologich. un-t. № 2009149358/11; zayavl. 29.12.2009; opubl. 10.05.2012. Byul. № 13. 6 s.

8. Sbor, transportirovka i pererabotka drevesnoy massy s akvatorii vodokhranilishcha Boguchanskoy GES. Prognoz ob"yemov, porodnogo sostava, kachestva, mest dislokatsii i metodov sbora vsplyvayushchey drevesnoy massy v akvatorii Boguchanskoy GES : otchet o NIR / Sib. gos. tekhnologich. un-t ; ruk. V. P. Korpachev. Krasnoyarsk, 2012. 137 s.

© Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А., Карев Д. В., 2018

Поступила в редакцию 03.04.2018 Принята к печати 28.06.2018