Зарама́гские гидроэлектроста́нции () — гидроэнергетический комплекс на реке Ардон в Алагирском районе Северной Осетии, состоящий из двух взаимосвязанных гидроэлектростанций — Головной ГЭС и Зарамагской ГЭС-1. Строительство комплекса было начато в 1976 году, в 2009 году введена в эксплуатацию Головная ГЭС, в 2020 году — Зарамагская ГЭС-1.
Проект реализован в сложных природных условиях и отличается рядом уникальных для российской гидроэнергетики технических решений — в частности, Зарамагская ГЭС-1 имеет самый большой в России напор, самые мощные ковшовые гидротурбины, самый длинный деривационный тоннель. Зарамагская ГЭС-1 — это крупнейшая электростанция Северной Осетии и третья по мощности гидроэлектростанция на Северном Кавказе, а также самая мощная деривационная ГЭС в России. Гидроэлектростанции принадлежат ПАО «РусГидро», эксплуатируются Северо-Осетинским филиалом компании.
Природные условия Сооружения Зарамагских ГЭС расположены на участке верхнего течения реки Ардон (приток Терека) от села Нижний Зарамаг, где река выходит из Туальской котловины (в которой сливаются четыре основные составляющие реки — Мамисондон, Нардон, Адайком и Цмиакомдон), до впадения реки Баддон, протяжённостью около 16 км. На данном участке река протекает в горной местности на высотах 1730—1010 метров, в узком (ширина по дну 20—40 м) Кассарском ущелье, глубиной до 600—800 м и уклоном склонов до 45°. Ущелье прорезает Боковой хребет, сложенный скальными метаморфическими (сланцы) и изверженными (граниты) породами, разорванными тектоническими нарушениями и зонами дробления. Пойменная часть долины заполнена слоем аллювиальных и озерно-аллювиальных отложений мощностью до 45 м, на глубине около 25 м среди этой толщи в основании плотины залегает слой пылеватых суглинков. Строительство сооружений осложняется наличием в скальных породах многочисленных тектонических зон, активным развитием склоновых процессов (оползни, обвалы, сели, снежные лавины). Сейсмичность района строительства составляет 8-9 баллов по шкале MSK-64 (для скальных и мягких грунтов, соответственно).
Река Ардон в створе Головной ГЭС имеет водосборную площадь 552 км², среднегодовой расход — 17,6 м³/с, среднегодовой сток — 530 млн м³. Максимальный расчётный расход обеспеченностью 1 % (1 раз в 100 лет) составляет 286 м³/с, 0,1 % (1 раз в 1000 лет) — 474 м³/с, минимальный наблюдаемый расход — 1,0 м³/с. В районе расположения Зарамагских ГЭС река Ардон имеет характер бурного водного потока со скоростями течения 2,5—3,5 м/с. Внутригодовое распределение стока реки крайне неравномерно, в весенне-летний период проходит до годового стока, гидрологический режим реки характеризуется бурными ливневыми паводками на фоне ледникового стока. Река переносит много наносов, их годовой сток оценивается в 235 тыс. м³. Климат района строительства континентальный, с умеренно холодной зимой и тёплым летом. Абсолютный максимум температуры у створа Головной ГЭС составляет 32°С, абсолютный минимум −34°С. Максимальная скорость ветра достигает 30 м/с.
В долине реки Ардон в зоне строительства проходит Транскавказская магистраль. Основные сооружения гидроэлектростанций находятся в охранной зоне Северо-Осетинского государственного природного заповедника, а деривационный тоннель № 2 непосредственно пересекает территорию заповедника.
Описание сооружений Зарамагский гидроузел представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных сооружений, который разделяется на две группы: сооружения головного узла (Головная ГЭС) и сооружения Зарамагской ГЭС-1. Головная ГЭС создана по приплотинной схеме и использует напор, создаваемый грунтовой плотиной. Зарамагская ГЭС деривационного типа, использует напор, создаваемый при помощи длинного деривационного тоннеля. Суммарная установленная мощность комплекса ГЭС — 356 МВт (в том числе Головная ГЭС — 10 МВт, Зарамагская ГЭС-1 — 346 МВт), суммарная среднегодовая выработка — 865 млн кВт·ч (в том числе Головная ГЭС — 23 млн кВт·ч, Зарамагская ГЭС-1 — 842 млн кВт·ч).
Головной узел
Сооружения комплекса головного узла обеспечивают забор воды в деривационный тракт Зарамагской ГЭС-1 из образуемого плотиной водохранилища. При этом создаваемый плотиной напор используется для дополнительной выработки электроэнергии на Головной ГЭС. Комплекс головного узла включает в себя плотину, водохранилище, строительно-эксплуатационный водосброс, водоприёмник, напорный тоннель № 1, здание Головной ГЭС (совмещённое с правобережным водосбросом), ОРУ 110 кВ.
Плотина Плотина грунтовая насыпная, максимальная высота плотины 50 м, длина 277 м, ширина по подошве 330 м, объём насыпи 1,586 млн м³. Плотина отсыпана из галечно-гравелистых грунтов, имеет противофильтрационное ядро из супесчано-щебенистых грунтов. В ходе строительства первоначальный проект плотины был изменён — уменьшена высота плотины (по первоначальному проекту она должна была составлять 79 м при объёме насыпи 3,726 млн м³), насыпь галечно-гравелистых грунтов в упорных призмах была частично заменена на насыпь рядового камня из горных осыпей, что существенно повысило надёжность плотины. Особенностью плотины является повышенная по отношению к нормальному подпорному уровню воды в водохранилище (НПУ) отметка гребня плотины (1708 м при отметке НПУ 1690,6 м; таким образом, гребень плотины выше нормального уровня воды в водохранилище на 17,4 м), что обеспечивает безопасность плотины в случае обрушения в водохранилище крупного оползня или обвала. Кроме того, конструкция плотины обеспечивает возможность наращивания её высоты в случае принятия в будущем такого решения.
Водосброс Строительно-эксплуатационный водосброс предназначен для пропуска речного стока на этапе строительства после перекрытия реки, а также для пропуска повышенных расходов реки во время паводков на этапе эксплуатации ГЭС. Расположен на левом берегу, представляет собой наклонную башню с заглублённым под уровень водохранилища глубинным отверстием, перекрываемым плоскими затворами (основным и аварийно-ремонтным), оперирование которыми производится канатным механизмом. Водосброс рассчитан на пропуск 190 м³/с воды при пропуске паводка 1 % обеспеченности (отметка водохранилища 1692,3 м) и 300 м³/с при пропуске паводка 0,01 % обеспеченности (отметка водохранилища 1702,8 м). Пропуск воды производится через отводящий тоннель круглого сечения диаметром 5 м с железобетонной отделкой, длиной 520 м. Тоннель переходит в железобетонный лоток-канал длиной 213 м и шириной 8 м, предназначенный для сброса воды в реку Ардон, берега которой напротив места сброса укреплены бетонными кубами во избежание размыва. В строительный период использовался отдельный водоприёмник, ныне затопленный водохранилищем, а идущий к нему строительный тоннель заделан бетонной пробкой.
Здание Головной ГЭС Напорно-станционный узел Головной ГЭС обеспечивает выработку электроэнергии на гидроагрегате Головной ГЭС, подачу воды в деривацию Зарамагской ГЭС-1 и пропуск излишних расходов воды через водосбросные сооружения, совмещённые со зданием ГЭС. Вода к зданию Головной ГЭС подаётся через водоприёмник и напорный тоннель № 1, расположенные на правом берегу. Водоприёмник наклонного типа оборудован двумя сороудерживающими решётками и двумя ремонтными плоскими затворами. Оперирование решётками и затворами производится при помощи подъёмника грузоподъёмностью 55 т. Напорный тоннель № 1 имеет протяжённость 674,29 м, сечение корытообразное 7,3×7 м, обделка железобетонная. Тоннель снабжён водовыпуском с регулируемым сегментным затвором, выполняя таким образом функцию дополнительного холостого водосброса. Данный водосброс планируется задействовать только при пропуске сильных паводков редкой повторяемости (гидроагрегат Головной ГЭС при этом останавливается), пропускная способность водосброса при пропуске паводка 0,01 % обеспеченности (отметка водохранилища 1702,8 м) — 385 м³/с.
Здание Головной ГЭС берегового типа. В здании ГЭС установлен один вертикальный гидроагрегат, оборудованный четырёхлопастной поворотно-лопастной гидротурбиной ПЛ 70-В-340 с предтурбинным дисковым затвором. Диаметр рабочего колеса гидротурбины — 3,5 м, вес рабочего колеса — около 30 тонн. Турбина приводит в движение гидрогенератор СВ 565/139-30 УХЛ4, выдающий электроэнергию на напряжении 10 кВ. При расчётном напоре 18,6 м гидроагрегат развивает мощность 15 МВт. Особенностью гидроагрегата является возможность значительного увеличения его мощности (до 33 МВт) в случае принятия решения об увеличении высоты плотины; в этом случае конструкция рабочего колеса предусматривает его реконструкцию с увеличением количества лопастей с 4 до 8. Производитель гидротурбины — сызранское предприятие «Тяжмаш», гидрогенератора — новосибирский завод «Элсиб». Вода, отработавшая на гидроагрегате, либо сбрасывается в отводящий канал и далее в русло реки Ардон (в период эксплуатации Головной ГЭС до пуска Зарамагской ГЭС-1), либо подаётся в деривационный тракт Зарамагской ГЭС-1. Также возможна подача воды в деривацию Зарамагской ГЭС-1 минуя Головную ГЭС, для чего конструкцией станции предусмотрен блок конусных затворов, отсекающих гидроагрегат.
Электроэнергия с гидроагрегата подаётся на открытое распределительное устройство (ОРУ) напряжением 110 кВ, на ОРУ установлен один трансформатор ТД 40000/110У1 мощностью 40 МВА, производитель — «Тольяттинский Трансформатор». Выдача электроэнергии в энергосистему осуществляется по двум линиям электропередачи 110 кВ до подстанций «Нузал» и «Зарамаг».
Водохранилище Плотина ГЭС создала небольшое водохранилище на реке Ардон площадью 0,77 км², полным объёмом 10,1 млн м³, полезным объёмом 0,5 млн м³, максимальной глубиной 30,6 м. Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) водохранилища составляет 1690,6 м, форсированного подпорного уровня — 1705,5 м, отметка уровня мёртвого объёма (УМО) — 1690 м. Первоначальный проект предполагал создание водохранилища сезонного регулирования (позволяющего накапливать воду в многоводные периоды года и срабатывать её в межень) с отметкой НПУ 1730 м, площадью 2,5 км², полным объёмом 0,073 км³, полезным объёмом 0,5 млн м³, максимальной глубиной 70 м, при этом должно было быть затоплено 130 га сельскохозяйственных угодий. В текущем состоянии водохранилище имеет минимальную полезную ёмкость и может использоваться только для суточного регулирования стока.
Зарамагская ГЭС-1 Зарамагская ГЭС-1 вырабатывает бо́льшую часть электроэнергии всего комплекса Зарамагской ГЭС. Это сложное инженерное сооружение, в значительной степени расположенное под землёй. Комплекс Зарамагской ГЭС-1 включает в себя деривационный тоннель № 2, напорно-станционный узел (бассейн суточного регулирования с холостым водосбросом, водоприёмник, сталежелезобетонный трубопровод, вертикальная шахта, субгоризонтальные водоводы), здание ГЭС, КРУЭ 330 кВ.
Деривационный тоннель Безнапорный деривационный тоннель № 2 предназначен для подвода воды к напорно-станционному узлу ГЭС, начинается у здания Головной ГЭС и заканчивается у бассейна суточного регулирования, сопрягаясь с ним при помощи многоступенчатого перепада. Длина тоннеля 14 262 м (рекордная для гидротехнических тоннелей РоссииСамый длинный железнодорожный тоннель России — Северомуйский — имеет длину 15 343 м), сечение корытообразное 4,5×4 м, обделка железобетонная (в зависимости от условий используется несколько типов обделки). Пропускная способность тоннеля составляет 65 м³/сек, вода должна проходить всю трассу тоннеля за 80 минут. Трасса тоннеля пересекает разнообразные интрузивные, метаморфизированные и осадочные породы, претерпевшие как складчатые, так и тектонические нарушения.
Напорно-станционный узел