Katastrofa w sierpniu 2009 r. w największej rosyjskiej hydroelektrowni na syberyjskiej rzece Jenisej odbiła się szerokim echem na świecie. Awaria, o rozmiarach porównywanych nawet do zniszczenia Czarnobylskiej AES, nie została jednak w naszych mediach bliżej przedstawiona i wyjaśniona. Rozległe skutki największej awarii w światowej energetyce wodnej skłaniają do bliższego zapoznania się z przyczynami i przebiegiem tego tragicznego zdarzenia.

Sajano-Szuszeńska GES (Gidro-Elektro-Stancija) jest ogromnym obiektem hydroenergetycznym. Posiada betonową tamę o długości 1066 m i wysokości 245 m. Dla jej wzniesienia przemieszczono 33 mln m³ gruntu i skał. Zużyty do postawienia zapory beton wystarczyłby na budowę autostrady z St. Petersburga do Władywostoku. Zapora tworzy wielki zbiornik wodny o powierzchni 621 km² i pojemności 31,3 km³. Przepustowość tamy wynosi 13,6 tys. m³/s oraz dodatkowo 8 tys. m³/s przez projektowany awaryjny zrzut.
W maszynowni budynku głównego (rys. 4) zainstalowano 10 hydrozespołów o mocy 640 MW każdy. Średnia roczna produkcja energii elektrycznej wynosiła 24,5 mld kWh, co stanowiło około 2% krajowej generacji. Ponad 75% tej ilości zużywały syberyjskie kombinaty aluminiowe.
Wzniesienie hydroenergetycznego giganta zajęło blisko dwie dekady. W 1968 r. rozpoczęto prace ziemne, w 1975 r. dokonano przegrodzenia Jeniseju. Trzy lata później włączono do sieci pierwszy hydrogenerator, zaś po następnych siedmiu – ostatni, czyli dziesiąty agregat.

Rys. 1. Hydroelektrownia Sajano-Szuszeńska

Wcześniejsze awarie

Już wcześniej w elektrowni dochodziło do poważnych awarii. W 1979 r. przy niekontrolowanym zrzucie wody nastąpiło zatopienie budynku głównego i zalanie pracującego hydrozespołu nr 1. W 1985 r. w trakcie powodzi doszło do uszkodzenia betonowych konstrukcji dna basenu elektrowni. Podobna awaria powtórzyła się po trzech latach. Jednak największa katastrofa nastąpiła w roku ubiegłym.

Rys. 2. Schemat budowy rosyjskiej elektrowni wodnej

Katastrofa w sierpniu 2009

W dniu 17 sierpnia 2009 r. uruchomione były wszystkie hydroagregaty oprócz zespołu nr 6 znajdującego się w remoncie. O godzinie 8.13 czasu miejscowego nastąpiło nagłe zniszczenie hydrozespołu nr 2 z wypływem przez jego kanał dolotowy ogromnych ilości wody. Według zeznań naocznych świadków, zdarzenie to poprzedził narastający szum, po czym pokrywa mocująca hydrozespołu nr 2 uniosła się z posadzki maszynowni, a przez powstały otwór wydostał się jego wirnik. Wnętrze budynku zaczęła wypełniać woda niosąca szczątki zniszczonych urządzeń. W zatopionych generatorach nastąpiły zwarcia, powodując ich awaryjne wyłączenie z sieci przez zabezpieczenia elektryczne. W rezultacie cała elektrownia wraz z układami automatyki i sterowania oraz oświetleniem została pozbawiona zasilania. Jedynie na zespole nr 5 zdążyła zadziałać automatyka awaryjnego odstawienia, powodując odcięcie dopływu wody do turbiny. Zawory dolotowe pozostałych hydrozespołów pozostały otwarte i woda rurociągami wciąż dopływała do turbin. Dwa hydrozespoły (nr 7 i 9) uległy całkowitemu zniszczeniu. Masy wody ze szczątkami konstrukcji uszkodziły ściany i dach maszynowni. Część pracowników zdołała opuścić miejsce katastrofy. Z powodu zaniku zasilania zawory odcinające można było zamknąć jedynie ręcznie. Od godziny 8.30 ośmiu pracowników w ciągu jednej godziny wykonało tę uciążliwą operację, odcinając ostatecznie dopływ wody do maszynowni. Jednocześnie dla zatrzymania wzrostu poziomu w zbiorniku należało jak najszybciej otworzyć spływ wody przez zaporę. Zadanie to wykonano po tym, jak z przewoźnego agregatu prądotwórczego zasilono dźwig, za pomocą którego podniesiono wszystkie 11 zasuw zrzutowych.

Rys. 3. Strefy pracy hydrozespołu,
numerem 2 oznaczona niezalecana strefa pracy

Akcja ratownicza

Natychmiast po wystąpieniu awarii rozpoczęto prace ratownicze przy udziale 2700 osób sił zewnętrznych i właściciela elektrowni – firmy OAO RusGidro. Jeszcze tego samego dnia do przeszukiwania zatopionych pomieszczeń przystąpili nurkowie. W pierwszym dniu znaleziono dwie osoby znajdujące się w powietrznych „poduszkach”. 20 sierpnia rozpoczęto odpompowanie wody z maszynowni. W miarę usuwania wody rosła liczba znalezionych ciał osiągając po trzech dniach 69. Ostatecznie z obiektów elektrowni wypompowano ponad 277 tys. m³ wody.

Rys. 4. Hala generatorów przed i po katastrofie

Przyczyny awarii

Badaniem przyczyn awarii zajęły się różne organa, w tym komisja Rostechnadzoru (państwowego Urzędu Nadzoru Technicznego Rosji), prokuratura oraz parlamentarna komisja śledcza. Niejasne okoliczności katastrofy wywołały wiele domysłów, które przy dokładnych badaniach nie znalazły jednak potwierdzenia. Pojawiły się m.in. wersje uderzenia wodnego, wybuchu transformatora, a także zamachu terrorystycznego. W pierwszym z opublikowanych raportów przyczynę awarii określono następująco: Wskutek wielokrotnego występowania dodatkowych obciążeń hydroagregatu (nr 2) o zmiennym charakterze, związanych z przechodzeniem przez niezalecaną strefę (roboczą) doszło do wytworzenia i rozwoju zmęczeniowych uszkodzeń węzłów mocowania hydroagregatu, w tym pokrywy turbiny. Wywołane dynamicznymi obciążeniami uszkodzenia szpilek doprowadziły do zerwania pokrywy i rozszczelnienia instalacji zasilania wodą hydroagregatu.

Rys. 5. Zniszczony hydrozespół numer 2

Eksploatacja turbiny

Uruchomiony w 1979 r. hydrozespół nr 2 wyposażono w turbinę typu RO230/833-W-677. Wytwórca założył 30-letni okres eksploatacji urządzenia. Konstrukcja ta wykazuje szereg niedoskonałości, jedną z których jest występowanie szerokiej strefy tzw. niezalecanej pracy (rys. 3). Przy parametrach roboczych turbiny (mocy i spadzie) należących do tego obszaru pojawiają się silne uderzenia hydrauliczne i szum w części przepływowej. Strefa ta rozdziela dwa obszary dozwolonej pracy turbiny – zatem przy znacznych zmianach mocy maszyna musi za każdym razem przechodzić przez ten ryzykowny obszar.
Już w 2000 r. stwierdzono konieczność wymiany wirników turbin w tej elektrowni. Plan rekonstrukcji przewidywał rozpoczęcie wymiany kół roboczych hydrozespołów w 2011 r. Ostatni remont kapitalny hydroagregatu nr 2 wykonano w 2005 r., a ostatni remont średni na początku 2009 r. Po uruchomieniu turbina wykazywała wysokie, lecz jeszcze dopuszczalne drgania. Z upływem czasu stan ten ulegał stopniowemu pogarszaniu i w końcu czerwca 2009 r. wspomniany parametr przekroczył poziom dopuszczalny 160 mikrometrów. W dniu awarii o godzinie 8.00 amplituda drgań osiągnęła 600 mikrometrów, a ostatni zapis z godziny 8.13 wykazał aż 840 mikrometrów. W tej sytuacji zgodnie z obowiązującymi przepisami już wcześniej należało odstawić maszynę dla wykrycia przyczyny tego niedopuszczalnego stanu. Należy zauważyć, że elektrownia Sajano-Szuszeńska była ważnym ogniwem regulacji napięcia i przepływów mocy czynnej i biernej w połączonych systemach elektroenergetycznych Syberii. Algorytmy regulacji tych parametrów zakładały wprawdzie pracę hydrogeneratorów w dopuszczalnych obszarach pracy, lecz nie ograniczały wielokrotnego przechodzenia przez wspomnianą niezalecaną strefę. W efekcie tylko w 2009 r. do momentu awarii hydrozespół nr 2 dokonał aż 232 takich niepożądanych przejść, przebywając w tym obszarze łącznie 46 minut. Należy jednak zaznaczyć, że operacje te nie były zabronione przez wytwórcę maszyny.

Rys. 6. Zniszczony hydrozespół numer 7

Przebieg awarii hydrozespołu nr 2

Hydrozespół nr 2 po raz ostatni uruchomiono 16 sierpnia 2009 r. o godzinie 23.14. Wkrótce po północy zakłócenie w pracy Bratskiej GES spowodowało przejście hydrozespołów elektrowni Sajano-Szuszeńskiej w reżim sterowania przez nadrzędny układ regulacji mocy i częstotliwości. O godzinie 8.12 rozpoczął się zrzut mocy hydrozespołu nr 2; przy wejściu do niezalecanej strefy roboczej nastąpiło zerwanie szpilek pokrywy turbiny. Uszkodzenie to wynikło ze zmęczenia materiału; część szpilek w ogóle nie posiadała nakrętek, prawdopodobnie wskutek samoodkręcenia spowodowanego drganiami. Pod wpływem ciśnienia wirnik hydrozespołu uległ przesunięciu, a woda zaczęła wypełniać komorę turbiny i generatora. Robocze koło turbiny przeszło do pracy pompowej i napędzane przez energię kinetyczną wirnika generatora wytworzyło dodatkowe ciśnienie na wejściowych łopatkach. Nastąpiło odłamanie piór łopatek kierownic. Przez otwarty kanał hydrozespołu woda rozpoczęła szybko wlewać się do hali maszyn. Dalszy ciąg awarii opisano powyżej. Według komisji Rostechnadzoru podobna awaria wywołana zerwaniem pokrywy turbiny wystąpiła jeszcze w 1983 r. w Nurekskiej GES, na szczęście bez ofiar.

Rys. 7. Inne zniszczenia dokonane przez wodę

Konsekwencje

W chwili awarii w maszynowni elektrowni znajdowało się 116 osób, w tym 52 osoby na poziomie posadzki, 63 w pomieszczeniach położonych poniżej i jeden człowiek na dachu hali. W wyniku katastrofy zginęło 75 ludzi, a 13 doznało obrażeń. Całkowitemu zniszczeniu uległ hydrozespół nr 2, podobnie jak generatory nr 7 i 9. Pozostałe agregaty oraz inne urządzenia elektrowni jak transformatory, dźwigi i aparatura doznały mniejszych, aczkolwiek również bardzo poważnych uszkodzeń. Łączne straty materialne oceniono na 7 mld rubli (1 złoty to około 10 rubli), ale koszty pełnej odbudowy i modernizacji siłowni mają przekroczyć 40 mld rubli. Na szczęście sama zapora, która stanowi 80% wartości całej elektrowni, nie ucierpiała. Pełna rekonstrukcja ma potrwać do 4 lat. Awaria spowodowała także poważne zagrożenia ekologiczne. Olej smarny i regulacyjny hydrozespołów oraz transformatorowy w ilości około 45 m³ przedostał się do Jeniseju, rozciągając się na długości 130 km. Wskutek skażenia zatruciu uległo 400 ton ryb w przybrzeżnych stawach hodowlanych. W niektórych miejscowościach wystąpił brak wody pitnej.

Odbudowa

Po zakończeniu akcji ratowniczej natychmiast rozpoczęto usuwanie zniszczeń i odbudowę mocy wytwórczych. Już po miesiącu zrekonstruowano budynek główny. 24 lutego 2010 r. uruchomiono pierwszy hydrozespół (nr 6). Na marzec przewidziano włączenie do sieci generatora nr 5, a na kwiecień nr 9. Do końca bieżącego roku wznowią pracę agregaty nr 3, 4 i 5, które ucierpiały najmniej. Dla poprawy bezpieczeństwa pracy elektrowni opracowano kompleksowy plan przedsięwzięć technicznych oraz remontów instalacji i urządzeń. Odbudowa elektrowni, która potrwa do 2014 r., obejmie stopniową wymianę wszystkich hydrozespołów na nowe o tej samej mocy, lecz o lepszych charakterystykach działania. Nowe agregaty produkcji rosyjskiej firmy Siłowyje Masziny zostaną dostarczone do końca 2012 roku.

Podsumowanie

Już na dwa lata przed katastrofą w analizach programu inwestycji spółki RusGidro stwierdzono, że w licznych elektrowniach tego właściciela eksploatuje się przestarzałe urządzenia i instalacje, które przepracowały przewidziany okres. Stan niektórych z nich określono jako krytyczny. Przedmiotem publikacji była w szczególności sytuacja na Sajano-Szuszeńskiej GES. Jednak ich autorzy zwracali uwagę przede wszystkim na stan zapory, która – jak się okazało – nie miała wpływu na zaistniałą awarię. Z kolei krajowe i zagraniczne media sugerują, że przodująca niegdyś radziecka energetyka utraciła swoją dawną pozycję, a polityka gospodarcza obecnych władz okazała się niewystarczająca. Niektóre źródła wskazują wręcz na bezpośredni związek tej katastrofy z pogarszającym się stanem technicznym przemysłowej infrastruktury kraju odziedziczonej po poprzednim systemie.

Piotr Olszowiec
na podstawie materiałów
Rostechnadzoru