Нижнекамская ГЭС — гидроэлектростанция на реке Каме, расположенная в городе Набережные Челны, Татарстан. Входит в каскад гидроэлектростанций на Каме, составной части Волжско-Камского каскада, являясь его нижней и самой большой по установленной мощности ступенью. Нижнекамская ГЭС является второй по мощности электростанцией Татарстана и одной из крупнейших гидроэлектростанций России, а также обеспечивает речное судоходство, водоснабжение, служит автомобильным и железнодорожным мостом.
Строительство Нижнекамской ГЭС было начато в 1963 году и по ряду причин сильно затянулось. Первый гидроагрегат станции был пущен в 1979 году, последний — в 1987 году, однако Нижнекамское водохранилище не было полностью наполнено, в результате располагаемая мощность и фактическая выработка электроэнергии оказалась значительно меньше проектных значений, а также возник ряд экономических и экологических проблем. Собственником Нижнекамской ГЭС (за исключением судоходного шлюза) является АО «Татэнерго».
Конструкция станции
Нижнекамская ГЭС представляет собой низконапорную гидроэлектростанцию руслового типа (здание ГЭС входит в состав напорного фронта). Сооружения гидроузла включают в себя три земляные плотины, водосливную плотину, здание ГЭС с донными водосбросами, судоходный шлюз с дамбами и подходными каналами, открытое распределительное устройство (ОРУ) 500 кВ. По напорным сооружениям ГЭС проходят федеральная автомагистраль М7 «Волга» (Москва — Казань — Уфа) и построенная одновременно со станцией железнодорожная линия Агрыз — Акбаш, соединившая Альметьевск и Набережные Челны с Ижевском.
Установленная мощность электростанции — , располагаемая мощность — 566 МВт, фактическая среднегодовая выработка электроэнергии — . Проектная мощность Нижнекамской ГЭС составляет 1248 МВт, среднегодовая выработка электроэнергии — 2670 млн кВт·ч, однако проектная отметка водохранилища 68,0 м не была достигнута, в результате чего гидроагрегаты станции работают на пониженном напоре при отметке водохранилища 63,3 м со сниженными характеристиками.
Земляные плотины В состав сооружений станции входят три земляные плотины, образующие большую часть напорного фронта. Левобережная земляная плотина отсыпана из песчаных грунтов, имеет длину 678 м, максимальную высоту 30 м и ширину по гребню 9,5 м. Русловая плотина расположена между водосливной плотиной и правобережной земляной плотиной, её длина составляет 1200 м, максимальная высота (без учёта дорожной насыпи высотой от 5,2 до 10,7 м) — 25 м, ширина по гребню — от 25 до 150 м. Плотина намыта из мелкозернистых песков под защитой каменного банкета. Правобережная земляная плотина имеет длину 1807 м, ширину по гребню 18,5 м, плотина намыта из мелкозернистых песков (за исключением небольшого участка длиной 90 м, возведённого отсыпкой). Общий объём тела грунтовых плотин составляет . Верховой откос плотин защищён от размывания волнами железобетонными плитами толщиной 0,4 м.
Водосливная плотина Водосливная плотина расположена между зданием ГЭС и русловой земляной плотиной. По конструкции плотина гравитационная бетонная, длиной 73,35 м и наибольшей высотой 36,5 м. Плотина имеет три водосливных пролёта шириной по 20 м, перекрытых плоскими затворами, оперирование затворами производится при помощи двух козловых кранов грузоподъёмностью 225 тонн. Гашение энергии сбрасываемой воды происходит на водобое с толщиной фундаментной плиты 5 м и рисберме длиной 144 м с толщиной плит от 1,0 до 2,5 м. На плитах первого ряда расположена стенка с клиновидными гасителями высотой 4,0 м. В плотину уложено 118,7 тысяч м³ бетона. Пропускная способность водосливной плотины составляет 2080 м³/с при нормальном подпорном уровне (НПУ) и 5090 м³/с при форсированном подпорном уровне (ФПУ). Суммарная водопропускная способность сооружений гидроузла (с учётом пропуска через гидроагрегаты и донные водосбросы здания ГЭС) составляет 16480 м³/с при НПУ 63,3 м.
Здание ГЭС Здание ГЭС руслового типа (воспринимает напор воды), совмещено с донными водосбросами, длина здания — 486,4 м, ширина 24 м. Конструктивно здание ГЭС выполнено из монолитного железобетона (всего уложено 891,65 тысяч м³), разделяется на 8 секций. В каждой секции расположены по два гидроагрегата и по два донных водосброса, итого на ГЭС имеется 16 донных водосбросов. Пропускная способность водосбросов составляет 14 400 м³/с при нормальном подпорном уровне водохранилища и 20 290 м³/с при форсированном подпорном уровне. Гашение потока сбрасываемой воды происходит на водобое длиной 47,9 м и рисберме длиной 124,4 м.
В машинном зале ГЭС установлены 16 вертикальных гидроагрегатов: 15 — мощностью по 78 МВт и 1 — мощностью 35 МВт. Гидроагрегаты идентичны по конструкции, различия мощности связаны с перемаркировкой одного их них на фактическую мощность при имеющейся отметке водохранилища. Гидроагрегаты оборудованы поворотно-лопастными турбинами ПЛ 20/811-ВБ-1000, работающими на фактическом напоре 6,5-14,0 м (проектный расчётный напор 12,4 м). Турбины производства Ленинградского металлического завода приводят в действие гидрогенераторы СВ-1477/142-104, производства завода «Сибэлектротяжмаш». Сборка/разборка гидроагрегатов производится при помощи двух мостовых кранов грузоподъёмностью 280 т.
Схема выдачи мощности Гидроагрегаты выдают электроэнергию на напряжении 13,8 кВ на четыре трёхфазных трансформатора ТЦ-400000/500, каждые четыре генератора присоединены к одному трансформатору. С трансформаторов электроэнергия выдаётся в энергосистему через расположенное слева от здания ГЭС открытое распределительное устройство (ОРУ) напряжением 500 кВ по двум линиям электропередачи: ВЛ 500 кВ Нижнекамская ГЭС — ПС Щёлоков; ВЛ 500 кВ Нижнекамская ГЭС — Заинская ГРЭС.
Судоходные шлюзы Судопропускные сооружения расположены на левобережной пойме, включают в себя одноступенчатый двухниточный шлюз с причальными сооружениями и направляющими палами верхней и нижней голов, аванпорт с волнозащитной ограждающей дамбой, верховой подходной канал длиной 2300 м и шириной 150 м, низовой подходной канал длиной 1600 м и шириной 150 м с ограждающей дамбой. Система питания шлюза головная, время наполнения и опорожнения камер составляет 12 минут. Длина каждой камеры шлюза — 300 м (полезная длина — 288 м), ширина — 30 м, судоходная глубина — 4,0 м. В шлюз уложено 471,48 тысяч м³ бетона. Судоходные шлюзы находятся в государственной собственности и эксплуатируются ФБУ «Администрация Камского бассейна внутренних водных путей».
Водохранилище Напорные сооружения Нижнекамской ГЭС образуют крупное Нижнекамское водохранилище. Площадь водохранилища , полный объём , полезный объём . При фактически используемой отметке НПУ водохранилище может осуществлять недельное и суточное регулирование стока (согласно проекту, водохранилище должно было осуществлять сезонное регулирование стока). Фактическая отметка нормального подпорного уровня (НПУ) водохранилища составляет 63,3 м над уровнем моря (по Балтийской системе высот), проектная отметка — 68 м, отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) — 68,99 м, отметка уровня мёртвого объёма (УМО) — 62,7 м.
Последствия создания Нижнекамской ГЭС Нижнекамская ГЭС входит в Волжско-Камский каскад и является третьей, нижней и наиболее крупной ступенью каскада гидроэлектростанций на Каме. Входит в число крупнейших гидроэлектростанций России. Станция работает в Объединённой энергосистеме Средней Волги, выполняя в ней следующие функции: выдача в систему активной и реактивной мощности и энергии; участие в недельном и суточном регулировании графиков нагрузки; регулирование частоты и перетоков мощности путём использования имеющегося резерва мощности; обеспечение аварийного и нагрузочного резерва мощности в энергосистеме. По своей установленной мощности Нижнекамская ГЭС занимает второе место в Татарстане, уступая только Заинской ГРЭС. По состоянию на 2019 год, за время эксплуатации Нижнекамская ГЭС выработала более 66 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии.
Созданное напорными сооружениями гидроэлектростанции Нижнекамское водохранилище используется в интересах водного транспорта, являясь частью Единой глубоководной системы Европейской части Российской Федерации. Сооружения Нижнекамской ГЭС служат автомобильным и железнодорожным мостом через Каму. Также водохранилище станции используется для водоснабжения (годовой объём безвозвратного водопотребления составляет 0,14 — 0,17 км³) и рыболовства (промышленный вылов рыбы составляеет более 600 тонн в год, любительский лов оценивается в 300−400 тонн в год).
При создании Нижнекамского водохранилища (на отметке 62 м) было затоплено около 200 тысяч га земель, из них 21 тысяча га пашни, 83 тысячи га сенокосов и пастбищ, 50 тысяч га лесов и кустарников, 44 тысячи га земель других категорий. Из зоны затопления было перенесено 147 населённых пунктов, 8500 дворов и землевладений, переселены 58 тысяч человек. В зоне затопления Нижнекамского водохранилища в 1968—1972 годах работала Нижнекамская археологическая экспедиция, которая произвела раскопки на площади более 10 тысяч м² и обнаружила более 100 новых археологических памятников.
История строительства Проектирование Первые инженерные изыскания с целью выбора створа для Нижнекамской ГЭС и обоснования её параметров были проведены в 1931—1934 годах организацией «Камстрой» на участке Камы ниже впадения реки Вятки, вблизи села Камские Поляны. Рассматривались варианты с отметкой нормального подпорного уровня водохранилища 62 м, 66 м, 72 м и с более высокими отметками. В рамках работ проводилось неглубокое бурение грунта. В 1938—1940 годах были проведены более обширные изыскательские работы на большем протяжении реки, от села Тихие Горы до села Омары, в результате было выявлено два потенциальных створа, Камскополянский и Набережночелнинский. На данном этапе, предпочтение отдавалось Камскополянскому створу, но в связи с началом Великой Отечественной войны работы были прекращены.
Проектно-изыскательские работы были возобновлены институтом «Гидропроект» в 1953 году. Исследования вновь были сосредоточены на участках реки в районе Камских Полян и Набережных Челнов, причём во втором случае изучались сразу семь возможных створов. Изначально приоритетным считался створ у Красных Полян, но геологические изыскания выявили в районе створа высокое залегание водорастворимых гипсов, что являлось неблагоприятным фактором для строительства гидроэлектростанции. В 1957 году было подготовлено два варианта проектного задания Нижнекамской ГЭС с подпором 19 м, при проектировании учитывалась планируемая в то время переброска части стока северных рек в бассейн Камы, а также необходимость защиты от затопления перспективных нефтяных месторождений. Решениями органов власти в районах ожидаемого затопления земель водохранилищем была ограничена хозяйственная деятельность. В результате дальнейшего подробного изучения были окончательно отвергнуты створы в районе Камских Полян, у села Беляхчи и у санатория Тарловка, и для строительства Нижнекамской ГЭС был утверждён створ на юго-западной окраине Набережных Челнов, при этом уровень подпора был снижен до 16 метров.