Следы титана — между водой и солнцем

Следы титана — между водой и солнцем

В заключение хотелось бы сказать еще о двух объектах, которые появились в Крыму во второй половине XX века. Каждый из них по-своему грандиозен, гениален и может служить наглядной иллюстрацией высокой промышленной культуры и смелой инженерной мысли, свойственных подобным проектам позднего советского периода.

Название «Ялтинский водоводный тоннель» можно встретить в перечне заброшенных объектов Крыма, однако таковым это сооружение на самом деле не является. Несмотря на свой почтенный возраст и изношенность, тоннель продолжает выполнять важнейшую задачу, достойной альтернативы ему на данный момент до сих пор нет и, очевидно, в ближайшие годы не появится. Добавим, что доступ к тоннелю закрыт и объект находится под охраной.

Тем не менее это сооружение — достойная иллюстрация того, насколько дерзкие и трудозатратные проекты реализовались в послевоенную эпоху советскими рабочими, причем не только в военной сфере, но и в гражданской.

Проблема снабжения городов и поселков Южного берега Крыма пресной водой всегда стояла очень остро. Воды не хватало, а потребление год от года росло. Реки на южных склонах Главной гряды Крымских гор маловодны, и на некоторых режимы течения изменены и зарегулированы. Например, Учан-Су — река протяженностью в 7 км — берет начало под кромкой Ай-Петринской яйлы на значительной высоте, протекает через западную часть Ялты и впадает в море. Ее вода, направленная по трубам, питает Могабинское водохранилище, что недалеко от курортной столицы. А у села Изобильного, расположенного вблизи Алушты на реке Улу-Узень, создано Изобильненское водохранилище.

При разработке планов развития южного берега Крыма, начиная с 30-х годов прошлого столетия, учитывалась концепция водообеспечения этого региона, в основу которой были положены следующие основные тезисы: создание крупных водохранилищ для запаса воды с использованием стоков местных рек технически невозможно и экономически нецелесообразно; с учетом резко прогрессирующего количества потребителей воды, эффективным является гарантированное водообеспечение Южного берега Крыма с помощью тоннельных водоводов, проложенных через южную гряду Крымских гор.

Нецелесообразность создания крупных водохранилищ для запаса воды с использованием стоков местных рек обосновывалась тем, что для этого необходимо отчуждать большие площади ценных рекреационных земель, тогда как строительство водохранилищ может создать угрозу для экологической безопасности региона в силу геологических особенностей региона, наличия большого количества оползней и угрозы их активизации в результате гидротехнического строительства; к тому же для строительства здесь водохранилищ с гарантированной экологической безопасностью необходимы дополнительные капитальные вложения, которые значительно превышают стоимость альтернативных вариантов использования воды, подаваемой через тоннельные водоводы.

Одновременно с этим северные склоны Главной гряды крымских гор богаты реками, и там же есть долины, где запасы воды можно аккумулировать. Бельбек — наиболее многоводная река Крыма длиной в 55 км и площадью воды в 505 км². Она образуется из слияния двух рек — Биюк-Узенбаш и Манаготра. Ниже в Бельбек впадают его притоки — Кучук-Узенбаш и Коккозка. Так родился проект по переброске вод с северных склонов Главной гряды на южные. Решение было простым и изящным, однако для его осуществления понадобилось нешуточное вложение сил и ресурсов.

В верховьях Бельбека в 1960-х годах был создан крупный гидротехнический комплекс — Ялтинский тоннель, а на притоке реки Манаготра недалеко от села Счастливое Бахчисарайского района — водохранилище. Для этого течение Манаготры было перекрыто плотиной, и водохранилище заполнилось за один сезон. Высота зеркала воды составила 395 м над уровнем моря. В толще Главной гряды был пробит тоннель длиной 7460 м, и по нему вода самотеком стала поступать в Ялтинский гидроузел, высота которого составила 360 м над уровнем моря. Река потекла вспять — не на север, а на юг. Несколько лет спустя в Счастливенский гидротехнический комплекс вошло еще одно водохранилище — Загорское, построенное в верховьях реки Качи. Оно также служит для водоснабжения Ялты.

Ялтинский водоводный тоннель был построен по проекту института «Укргипроводхоз», генподрядчиком выступил трест «Крымводстрой», а субподрядчиком — севастопольское СУ-528.

Строительное управление № 528 было организовано в соответствии с постановлением № 811 Совета министров СССР от 15 февраля 1956 года и приказом № 169 Минтрансстроя СССР от 18 февраля 1956 года. В первые годы своей деятельности оно было строго засекречено, потому что основными задачами, стоявшими перед управлением, являлись прежде всего строительство и реконструкция шахт, подземных сооружений специального назначения и других подземных объектов.

Строительство гидротехнического комплекса началось в 1959 году. Мощная техника и квалифицированные кадры решили сложную инженерную задачу. Геолог Юрий Шутов был одним из специалистов, занятых на строительстве гидротоннеля.

Он вспоминает любопытные и порой даже удивительные вещи:

Уже более трех километров отделяло забой от северного входа. Четырехсменная работа позволяла не терять ни минуты. Их и не теряли. Четкий ритм почти не нарушался. Геологические условия не менялись. Все, что надо было для строительства, завозили вовремя: бетон и взрывчатку, стальные конструкции для сооружения железобетонной рубашки тоннеля и товары ширпотреба для проходчиков — область делала все возможное, чтобы работа шла без помех.

Между северным и южным участками разгорелось соревнование за высшую скорость проходки. «Северяне» установили рекорд — 200 м проходки в месяц. В районной газете появилось стихотворение одного из рабочих, которое начиналось словами: «Забойщики слышат друг друга». И хотя грохот взрывов в одном забое еще не был слышен в другом — их разделяла перегородка толщиной чуть ли не в два километра, — чувствовалось, что гора поддается.

Но однажды августовской ночью, после одного из взрывов, в забой пошла вода. Нет, не было ревущего потока, который, сметая все на своем пути, промчался бы по тоннелю. Вода поступала равномерно и вроде бы не очень быстро. Но те малые насосы, что стояли у самого забоя, моментально захлебнулись. Пришлось отступить к более мощным. Работы по проходке прекратились. Почти на 300 м тоннель был залит. У забоя глубина воды была около двух метров.

Уже на следующий день мы начали обследовать место прорыва. Зрелище фантастическое: черномаслянистого цвета вода почти неподвижна, темень сплошная. Путь освещаем карманными фонариками.

Наша резиновая лодка бесшумно скользит вдоль стен тоннеля, еще не покрытых бетоном.

Химические анализы опять показали, что вода абсолютно не похожа на ту, что в источниках над тоннелем. Более того, воды с таким составом здесь вообще не должно быть. Но она была и неопровержимо свидетельствовала о том, что наши знания о гидрогеологии карстовых массивов, скромно говоря, еще очень и очень неполны. И это несмотря на то, что о карсте вообще написаны сотни книг, тысячи научных статей, причем энная толика их приходится и на карст горного Крыма.

Уже через неделю, когда была подтянута к забою мощная водоотливная техника, приток в тоннель неожиданно стал уменьшаться, а через месяц прекратился совсем…

Месяца через полтора-два, когда работа вошла в привычный напряженный ритм, горы еще раз кинулись в атаку.

Снова вода! Приток немалый — 200 м³/ч. Опять прекращены работы, опять гудят насосы. Но хотя воды почти вдвое больше предыдущего, резкий спад ее начался через считанные дни. На второй день в тоннель поступало всего 152 м³/ч, на третий 116 и т. д.

В чем же дело? Почему это происходит — нежданно-негаданно заливает горную выработку вода и столь же неожиданно иссякает? И объем внушительный — сотни тысяч кубометров.

Здесь мы столкнулись с очень странным и не вполне понятным явлением — «запечатанной» геологическими процессами внутри гор громадной линзой воды. В течение многих тысячелетий дремала эта линза, как спящая красавица, под тяжелым одеялом известняковой толщи. Но даже здесь, на полукилометровой глубине, она не была мертвой. Сложные и длитель-ныв химические процессы непрерывно шли в ее жилах-трещинах, менялся химический состав воды.

А «запечатана» линза была действительно здорово. Когда в тоннель ушла значительная часть содержащихся в ней вод, гора начала «чудить»: взрывчатка (небольшие цилиндры) сама собой выскальзывала из рук забойщиков и исчезала в прорубленных отверстиях. Гора заглатывала, всасывала ее в себя. А все очень просто: в замкнутом объеме линзы — после спуска воды — образовалось разреженное пространство, в которое через пробуренные отверстия устремлялся воздух из тоннеля. Этот гигантский вдох длился несколько суток.

Водохранилище и тоннель длиной 7216 м были построены в намеченный срок. В декабре 1963 года произошла стыковка тоннеля с Северного и Южного порталов. Эксплуатироваться тоннель начал в 1964 году. Со временем запасы воды в водохранилище и мощности очистной станции позволили снять какие-либо ограничения и подавать воду круглосуточно.

Проект обошелся государству в 22 млн рублей. Пока не был построен тоннель под Ла-Маншем, Ялтинский водовод считался самым большим сооружением подобного типа в Европе. Водой теперь снабжалась не только Ялта, но и все поселки побережья, а также санатории и пансионаты — от Гурзуфа до Фороса.

Тоннель изначально был рассчитан на пятьдесят лет эксплуатации. Однако уже в 1979 году водовод начал вызывать у специалистов беспокойство: в его бетонной «рубашке» появились трехсантиметровые трещины. В 1988 году в отдельных местах трещины достигали уже двадцатиметровой длины. Больше всего пострадала южная часть тоннеля. Дело в том, что на южном участке тоннель проходит через пласты аргиллитов, которые обладают свойством набухать при увлажнении или соприкосновении с влажным воздухом. Кроме набухающих глин, на тоннельную отделку действует горное давление и сейсмические нагрузки.

Тогда харьковский УкркоммунНИИпроект разработал проект строительства дублирующего водовода, который должен был пройти параллельно старому, длиной 7253 м. Проходку тоннеля планировалось выполнять в четыре этапа и сдать в эксплуатацию через 3,5 года. Намеревались возвести перемычки между новым и старым тоннелями, чтобы можно было направить воду по новому пути и приступить к ремонту старого. Первая перемычка должна была появиться на расстоянии 800 м от начала тоннелей, вторая — на расстоянии 2,6 км.

Но с распадом СССР финансирование было прекращено, и строительство заморозили. К 1995 году проходчиками Тульской строительной организации было пройдено всего 1615 м. Причем забетонировано было только 140 м, остальную часть нового тоннеля временно закрепили железобетонными тюбингами. Недостроенный тоннель стал медленно, но неуклонно разрушаться. Те, кто отвечал за водоснабжение Ялты, забили тревогу. Были созданы межведомственные комиссии с участием ведущих специалистов десятков ведомств, которые подтвердили: в незаконченном тоннеле

…наблюдается интенсивная деформация временного крепления по всей длине горной выработки. На отдельных участках горизонтальное смещение элементов временного крепления в 20 раз превышает допустимые нормы. Консервация или приостановление строительства нового тоннеля невозможны, так как он находится в непосредственной близости от действующего. Его разрушение неминуемо приведет к дальнейшему разрушению действующего водовода, а то и к полному прекращению подачи воды. На действующем водоводе достаточно небольшого обвала, чтобы авария привела к экологической катастрофе. На некоторых участках разрушен лоток, по которому течет вода.

Что же предложили специалисты? В качестве временной меры было достаточно отремонтировать в недостроенном тоннеле 643 м временного крепления и «одеть» в железобетонную «рубашку» 1475 м водовода; после этого соединить его со старым и пустить воду в обход самого разрушенного участка. Ориентировочная стоимость этих работ — около 3 млн гривен. Для окончания же строительства нового водовода нужно было изыскать в госбюджете около 100 млн гривен.

Для гарантированного обеспечения Южного берега водой, была принята Комплексная программа социально-экономического развития Большой Ялты как курорта государственного значения. В программе предусматривался комплекс мер по строительству новых и реконструкции действующих объектов водообеспечения: реконструкция быстротока и наращивание плотины Загорского водохранилища, реконструкция водовода от Загорского до Счастливинского водохранилища, реконструкция Южного портала действующего тоннеля и завершение строительства нового, наращивание плотин Счастливинское-1 и Счастливинское-2, а также строительство Солнечногорского водохранилища и Зеленевского водохозяйственного комплекса.

В 2001 году, когда из госбюджета Украины в качестве субвенции было выделено 2,2 млн гривен, строители СУ-528 полностью освоили эти деньги, благодаря чему «одели» в бетонную «рубашку» еще 400 м выработки.

Однако устойчивое водоснабжение Большой Ялты в перспективе до 2005 года не могло быть гарантировано из-за отсутствия должного финансирования.

Пока ведется разработка альтернативных путей водоснабжения, Ялтинский водоводный тоннель все еще эксплуатируется. Сейчас сооружение находится в критическом состоянии, и, по отзывам специалистов, даже слабое землетрясение в три балла способно оставить Большую Ялту без воды.

Если отправиться к гидроузлу, чтобы взглянуть на сооружение своими глазами, то дорога начнется из долины Бельбека в районе села Аромат. Первые километры пути, безусловно, порадуют чистотой и ухоженностью, но по мере приближения к Главной гряде, пейзажи постепенно станут походить на кадры из постапокалиптического боевика. Следы былого величия все еще просматриваются, несмотря на разруху, свойственную постсоветскому периоду. Вид самого водохранилища производит двоякое впечатление: монументальное сооружение в окружении красивейших вершин Крыма, но, увы, не в самом лучшем состоянии. Северный вход тоннеля обнесен забором, за которым территорию патрулирует охранник в камуфляжной форме.

Первая и последняя в СССР солнечная электростанция (СЭС) была построена в Ленинском районе, неподалеку от города Щелкино, на побережье Азовского моря в 1985 году. Сейчас от нее остались только обслуживающие здания, поле с опорами от зеркальных рефлекторов… и макет станции в Политехническом музее в Москве.

Нефтяные кризисы 1973 и 1979 годов поставили ряд развитых стран — импортеров нефти в весьма сложное положение, многие из них приступили к созданию опытных СЭС. В 1981–1983 годах были сданы в эксплуатацию шесть сравнительно крупных солнечных электростанций: две из них расположили в Испании, и по одной — в Италии, Японии, Франции и США.

Примерно в те же годы в Крыму было начато строительство СЭС-5 с пиковой мощностью 5 МВт (такая же мощность была у первого в мире атомного реактора). Это была гелиостанция башенного типа, концепцию которой впервые выдвинули в Государственном энергетическом научно-исследовательском институте им. Г. М. Кржижановского в 50-е годы. Над проектом работало отделение рижского института «Атомтеплоэлектропроект» при участии тринадцати других проектно-конструкторских организаций Министерства энергетики и электрификации СССР. Научное руководство осуществлял Энергетический институт имени Г. М. Кржижановского Академии наук СССР. Сооружение СЭС-5 было поручено коллективу Запорожского строительного управления «Днепрострой», который в том же районе строил Крымскую атомную электростанцию. Единая промышленно-строительная база позволяла снизить стоимость обоих объектов.

СЭС-5 была задумана как экспериментальный объект и служила для того, чтобы выяснить особенности работы специфического оборудования, применяемого в электростанции, накопить опыт эксплуатации всех систем станции, выявить недостатки схемы и отдельных элементов оборудования и получить возможность в процессе освоения станции реконструировать несовершенные системы.

Проектирование СЭС-5, так же как и проектирование ряда зарубежных экспериментальных гелиостанций, велось параллельно с разработкой обоснований будущих промышленных СЭС. Для СЭС-5 такой перспективой является проект СЭС-200 (позднее СЭС-320), рассчитанный на условия Крыма. СЭС-5 разрабатывалась как модель (в масштабе мощности 1:10) одного из четырех модулей 50 МВт станции СЭС-200.

При подготовке этих проектов в 1977–1981 годах проводилось математическое моделирование работы зеркальных систем станции, рассматривались различные формы зеркального поля и структуры расположения гелиостатов. Гелиостат — это зеркало площадью в несколько квадратных метров, закрепленное на опоре и подключенное к общей системе позиционирования. То есть в зависимости от положения солнца зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Площадь гелиостатов крымской СЭС составляла ни много ни мало 25,5 м².

Оптимальной, как и в исследованиях зарубежных авторов, признана радиально-круговая шахматная компоновка с переменным радиальным шагом между концентрическими рядами. Отличие оптической системы СЭС-5 от зарубежной «Solar-1» состояло в том, что глобальная форма поля представляла собой правильное круговое кольцо, а не эллипс. Подобные детали на уровне экспериментальной СЭС являлись одним из главных вопросов оптимизации оптических систем крупных промышленных СЭС.

Расчет зеркального поля СЭС-5 был проведен Энергетическим институтом имени Г. М. Кржижановского и НПО «Солнце» АН ТССР. Конструкция гелиостатов СЭС-5, состоящих из 45 зеркальных фацет, разработана Проектно-конструкторским бюро Главэнергостроймеханизации и изготовлена Чеховским опытным заводом «Гидростальконструкция» Минэнерго СССР при участии заводов Минстанкопрома и Минхиммаша. Отражательная способность зеркал, изготовленных Минстройматериалов СССР, составляет 0,71.

Первое пробное включение генератора станции СЭС-5 состоялось в сентябре 1985 года. В тот момент функционировало 420 гелиостатов.

В центре большого поля диаметром 500 м была расположена башня высотой 89 м. В ее верхней части находился паровой котел в виде цилиндра высотой 7 м и диаметром 7 м. Номинальная температура воды в котле достигала 250 °C.

Основная и самая трудоемкая задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент все отраженные от них лучи были нацелены на котел. Каждый гелиостат (а когда станция полностью вступила в строй, их было 1600), оснащался электрическими приводами зенитного и азимутального вращения. ЭВМ, управляющая работой станции, при помощи электроприводов корректировала положение гелиостатов таким образом, чтобы котел всегда был освещен.

После того как зеркала нагревали воду в котле, пар подавался на турбину, которая вращала ротор генератора. Так солнечная энергия превращалась в электрическую. Турбина и генератор находились на земле, в специальном помещении.

Одновременно часть высокотемпературной пароводяной смеси аккумулировалась в двух специальных емкостях тепловых аккумуляторов объемом по 1000 м³ каждый. В случае плохой погоды, когда солнце скрыто за облаками, или же ночью он способен был обеспечить работу станции на стандартной мощности в течение 3–4 часов плюс еще около 10 часов в режиме пониженной мощности (примерно 50 %).

При эксплуатации этой станции всплыло на поверхность множество трудностей. Одна из них — система наведения отражателей практически полностью (95 %) потребляла энергию, вырабатываемую станцией. Также возникали трудности с мытьем зеркал. В журнале «Смена» в 1989 году писали:

В качестве альтернативы «мирному атому» обычно называют солнечные, ветровые станции. Но если реально оценивать положение дел, перспективы тут туманные. По соседству с атомной работает экспериментальная солнечная. Ее проектная мощность — всего 5 МВт (для сравнения: один реактор — 1000 МВт). Но сейчас она больше энергии потребляет, чем производит. А себестоимость киловатт-часа… 34 рубля! Согласны платить? Какого-то прорыва в технологии ожидать трудно, это видно из сопоставления двух цифр. Если в прошлом году на строительство АЭС было выделено 60 млн рублей, то на работы по развитию всех нетрадиционных источников энергии в Крыму — всего 200 тысяч… Недавно появилась новая альтернатива: использовать для получения энергии сероводород, поднимающийся из глубин Черного моря и грозящий серьезными неприятностями. Но при таком нищенском финансировании надеяться на энергию солнца, ветра, биогаза и т. д. несерьезно.

Общая стоимость строительства СЭС-5 составила около 29 млн рублей. К моменту остановки в начале 1990-х солнечная электростанция выработала около 2 млн кВт/ч электроэнергии.

Инженеры и конструкторы в 1986 году никак не могли догадываться, что СЭС-5 станет последней солнечной электростанцией Союза. После распада СССР экспериментальная станция была закрыта за ненадобностью и отсутствием финансирования. В 2005 году башню разрезали на металлолом, остались только обслуживающие здания и поле с опорами от зеркальных рефлекторов.

Говорят, в начале 1990-х годов на рынке в Щелкино было навалом прекрасных зеркал специального изготовления, «позаимствованных» на территории СЭС-5. И до сих пор множество осколков гелиостатов (зеркала которых, кстати, весьма непросты в изготовлении) разбросаны по полю с опорами.