Куба́нская ГАЭС (ГАЭС Каскада Кубанских ГЭС, Насосная ГАЭС) — гидроаккумулирующая электростанция у посёлка Водораздельный Прикубанского района Карачаево-Черкесии, на Большом Ставропольском канале. Первая гидроаккумулирующая электростанция в России (введена в эксплуатацию в 1968 году). Используется для сезонного регулирования воды в Большом Ставропольском канале, обеспечивая наполнение его водой в маловодный осенне-зимний период. Имеет оригинальную конструкцию — здание электростанции размещено на дне водохранилища. Входит в состав Каскада Кубанских ГЭС (группа Куршавских ГЭС), являясь его головной ступенью. Собственником Кубанской ГАЭС является ПАО «РусГидро».
Природные условия Кубанская ГАЭС, находящаяся на 47-м километре Большого Ставропольского канала, использует перепад высот между каналом и наливным Кубанским водохранилищем, расположенным в естественной котловине бывшего озера Большое Солёное. Большой Ставропольский канал питается водами реки Кубань, берет своё начало от построенного на этой реке Усть-Джегутинского гидроузла, площадь водосбора Кубани в створе гидроузла составляет 4160 км². Водный режим Кубани характеризуется продолжительным летним половодьем, на которое накладываются дождевые паводки. Подъём уровня воды начинается в конце марта-начале апреля, завершается в конце сентября-начале октября; за это время проходит до 80 % годового стока. С октября по март наблюдается меженный период, наименьшие расходы воды фиксируются в феврале. Максимальный расход воды в створе Усть-Джегутинского гидроузла наблюдался в ходе катастрофического наводнения 22 июня 2002 года и составлял 1880 м³/с; согласно расчётам, раз в 1000 лет могут наблюдаться паводки с расходами до 2140 м³/с. Максимальные расходы воды в Большом Ставропольском канале составляют 180 м³/с, в перспективе возможно увеличение пропуска воды до 220 м³/с.
Климат в районе расположения ГАЭС континентальный, с жарким дождливым летом и неустойчивой зимой. Среднегодовая температура составляет 9—10 °С, длительность безморозного периода составляет 176—191 день. Среднегодовая сумма осадков составляет 572 мм, максимум осадков наблюдается в июне. В основании сооружений Кубанской ГАЭС залегают глинистые отложения различного генезиса — палеогеновые майкопские глины, делювиальные и озёрные глины. Сейсмичность района расположения станции составляет 8 баллов по шкале MSK-64.
Конструкция станции Конструктивно Кубанская ГАЭС представляет собой средненапорную деривационную гидроаккумулирующую электростанцию с подводным зданием ГАЭС. Верхним бьефом ГАЭС является Большой Ставропольский канал, нижним — Кубанское водохранилище. Сооружения гидроаккумулирующей электростанции включают в себя земляную плотину Кубанского водохранилища, подводящий канал, здание ГАЭС, напорные трубопроводы, водоприёмник, отводящий канал водоприёмника, холостой водосброс, шлюз-регулятор № 1 с отводящим каналом, открытое распределительное устройство (ОРУ) 110 кВ. Ряд сооружений станции (в частности, напорные трубопроводы и водоприёмник сифонного типа) унифицированы с сооружениями других гидроэлектростанций каскада кубанских ГЭС. Установленная мощность электростанции в турбинном режиме составляет , в насосном режиме — , среднегодовая выработка электроэнергии — , среднегодовое потребление электроэнергии в насосном режиме — 46 млн кВт·ч.
Земляная плотина Земляная плотина, образующая Кубанское водохранилище, проходит по водоразделу между озёрами Малое Солёное и Большое Солёное (последнее стало частью водохранилища). Плотина однородная, отсыпана из местных делювиальных суглинков и глин. Длина плотины — 6800 м, ширина по гребню — 7 м, максимальная высота — 12 м, в плотину отсыпано 2,082 млн м³ грунта. Профиль плотины имеет ломаные очертания — верховой откос имеет два участка с заложением 1:2 и 1:10, сопрягающиеся с помощью горизонтальной бермы. Низовой откос имеет участки с заложением 1:2 и 1:3. Верховой откос до бермы защищён от размыва волнами железобетонными плитами толщиной 0,2 м, ниже бермы откос закреплён слоем песчано-гравийного грунта толщиной 1 м. Низовой откос закреплён одерновкой. Противофильтрационые и дренажные устройства в теле плотины отсутствуют, в основании низового откоса выполнена дренажная канава с насосной станцией, перекачивающей фильтрующиеся воды в водохранилище.
Холостой водосброс Холостой водосброс консольного типа служит для заполнения Кубанского водохранилища (совместно с пропуском воду через агрегаты ГАЭС), а также для аварийного опорожнения головного участка Большого Ставропольского канала (от Усть-Джегутинского гидроузла до шлюза-регулятора № 1). По конструкции представляет собой железобетонный поверхностный быстроток с консольным сбросом, состоит из входного оголовка, лотка и консольной части. Входной оголовок предназначен для регулирования расхода воды через водосброс, представляет собой сооружение докового типа размером 18×16 м с двумя пролётами шириной по 6 м. Пролёты оборудованы плоскими основными и аварийно-ремонтными затворами, оперирование которыми производится при помощи электролебёдок.
Лоток водосброса имеет длину 190,36 м, ширину 13,3 м, высоту 2—3,5 м, уложен на слой гравийно-песчаной смеси толщиной 0,2 м, сопрягающимся с дренажом. Лоток переходит в консольную часть длиной 62 м, размещённую на опорах и выдающуюся в водохранилище. По ширине консольная часть разделена на два пролёта. Гашение энергии сбрасываемой воды производится в воронке размыва, закреплённой каменной наброской. Воронка размыва соединяется с основной частью водохранилища коротким отводящим каналом.
Консольный водосброс Кубанской ГАЭС является одним из крупнейших в России сооружений такого типа. Расчётный расход воды через водосброс составляет 180 м³/с, максимальный — 220 м³/с. Перепад уровней между водохранилищем и Большим Ставропольским каналом (напор водосброса) составляет, в зависимости от уровня воды в водохранилище, 16-31 м.
ГАЭС
Здание ГАЭС представляет собой коробчатое железобетонное сооружение длиной 48,5 м, шириной 19,75 м и высотой 26,41 м. Здание расположено на дне Кубанского водохранилища в выемке, гидроагрегаты заглублены под его нормальный подпорный уровень — ось рабочего колеса находится на отметке уровня сработки водохранилища. Над водой возвышается лишь верхняя часть сооружения с мостовым краном, с берегом здание ГАЭС соединено служебным мостом длиной 96 м.
В здании ГАЭС установлено 6 обратимых вертикальных гидроагрегатов мощностью по 2,65/2,4 МВт (в турбинном/насосном режимах), расстояние между осями агрегатов 6,5 м. Агрегаты оборудованы радиально-осевыми насос-турбинами 63НТВ-30 (диаметр рабочего колеса — 1,7 м), работающими при расчётном напоре 24 м. Спецификой станции является большой диапазон колебаний напоров, в турбинном режиме от 15,6 м до 31 м, в насосном режиме от 15,6 м до 29,7 м. Максимальный расход воды через насос-турбину — 10,5/11,3 м³/с (в турбинном/насосном режимах). Особенностью насос-турбин является отсутствие регулируемого направляющего аппарата (имеющиеся лопатки направляющего аппарата переставляются вручную и обеспечивают регулирование только по напору, но не по мощности), вследствие чего агрегаты могут работать только на полной мощности. Насос-турбины созданы на основе центробежного насоса 8к-25, произведены заводом «Уралгидромаш». Насос-турбины соединены с гидрогенераторами-двигателями ВГДС 260/64-20 производства предприятия «Уралэлектротяжмаш».
Сборка-разборка гидроагрегатов осуществляется с помощью мостового крана грузоподъёмностью 30 т, расположенного на эстакаде над перекрытием машинного зала, при этом подача/извлечение оборудования краном из машинного зала производится через люки в перекрытии. Внутри машинного зала для обслуживания оборудования установлен мостовой кран грузоподъёмностью 5 т. Перед спиральными камерами насос-турбин установлены дисковые затворы диаметром 1,8 м с гидравлическим приводом, за камерами в отсасывающих трубах смонтированы сороудерживающие решётки, которые при необходимости заменяются на плоские ремонтные затворы.
Со стороны нижнего бьефа подвод и отведение воды к насос-турбинам производится по подводящему каналу длиной 2251 м, расположенному на дне водохранилища. На протяжении 40 м от здания ГАЭС дно и откосы канала закреплены железобетонными плитами, затем на протяжении 30 м — каменным мощением, далее крепление отсутствует. Со стороны верхнего бьефа подвод воды производится по двум железобетонным напорным трубопроводам, каждый из которых в районе здания ГАЭС переходит в развилку на три агрегата. Длина каждого трубопровода — 420 м, внутренний диаметр — 4 м, расход воды — 32 м³/с. Трубопроводы уложены в выемке и засыпаны сверху грунтом.
Со стороны верхнего бьефа трубопроводы соединяются с водоприёмником сифонного типа, представляющим собой монолитную железобетонную конструкцию с двумя пролётами и сифонным водозабором. Водоприёмник оборудован сороудерживающими решётками и ремонтными затворами (для оперирования которыми используется козловой кран), вакуумные насосы и клапаны срыва вакуума. В нижней части сифона расположена потерна, в которой расположен центробежный насос для подачи воды в вакуумные насосы. Водоприёмник (а также холостой водосброс) соединяются с Большим Ставропольским каналом при помощи отводящего канала, выполненного в полувыемке-полунасыпи. Длина канала — 160 м, ширина по дну — 23 м, максимальная глубина воды — 5,8 м, пропускная способность — 247 м³/с, отметка уровня воды в канале — 645,25 м. Откосы канала на протяжении 40 м от водоприёмника закреплены железобетонными плитами, далее на протяжении 10 м — каменной наброской, далее щебнем.
Гидрогенераторы-двигатели производят/потребляют электроэнергию на напряжении 6,3/6 кВ, которое преобразуется в напряжение 110 кВ при помощи двух силовых трансформаторов ТД-25000/115. Выдача/потребление мощности в/из энергосистемы производится через комплектное элегазовое распределительное устройство (КРУЭ) напряжением 110 кВ. Кубанская ГАЭС соединена с энергосистемой двумя линиями электропередачи напряжением 110 кВ: ГАЭС — ПС Береговая (Л-26) ГАЭС — ГЭС-1 (Л-46).
Шлюз-регулятор Шлюз-регулятор № 1, расположенный на Большом Ставропольском канале за отводящим каналом ГАЭС предназначен для разделения потока воды между каналом и ГАЭС. Представляет собой железобетонный трёхпролётный водослив (ширина пролёта — 6 м). Пролёты снабжены плоскими основными и аварийно-ремонтными затворами, для оперирования которыми применяется канатный механизм. Отводящий канал шлюза-регулятора выполнен в полувыемке-полунасыпи, откосы канала закреплены железобетонными плитами, бетоном и каменным мощением. Координаты шлюза-регулятора —
Кубанское водохранилище
Напорные сооружения ГАЭС образуют Кубанское водохранилище (до 1968 года именовавшееся водохранилищем «Большое»). Водохранилище создано в природной котловине Большого Солёного озера (отметка воды в котором составляла 505—506 м над уровнем моря по Балтийской системе высот), озеро полностью вошло в состав водохранилища и прекратило своё существование как отдельный объект. Водохранилище наливного типа, ГАЭС используется в качестве нижнего аккумулирующего бассейна. Площадь водохранилища при нормальном подпорном уровне , длина около 11 км, максимальная ширина около 8 км, максимальная глубина 21 м. Полная и полезная ёмкость водохранилища составляет 565,9 и соответственно, что позволяет осуществлять сезонное регулирование стока (водохранилище наполняется в многоводный период года и срабатывается в маловодный). Отметка нормального подпорного уровня водохранилища составляет 629 м, уровня сработки — 614 м. При создании водохранилища было затоплено 6,45 тыс. га сельскохозяйственных земель и перенесены 65 строений. С 1968 по 2011 годы в Кубанском водохранилище отложилось 46,1 млн м³ наносов, в результате полная ёмкость водохранилища уменьшилась по сравнению с проектными показателями на 7,5 %. Полезная ёмкость в результате заиления сократилась на 9,4 млн м³ или на 1,9 %
Экономическое значение