Арднакруша: История крупнейшей гидроэлектростанции Ирландии

Введение

Проект по производству электроэнергии в графстве Клэр, Ирландия

Шеннонская гидроэлектростанция была крупным проектом Ирландского свободного государства в 1920-х годах, направленным на использование энергии реки Шеннон. Ее результатом стала электростанция Арднакруша – гидроэлектростанция, расположенная недалеко от Арднакруши в графстве Клэр, примерно вблизи границы с графством Лимерик. Это крупнейшая речная гидроэлектростанция Ирландии, работающая на специально построенном водоводе, соединенном с рекой Шеннон. На станции предусмотрены рыбоходы, чтобы возвращающаяся рыба, такая как лосось, могла безопасно преодолевать реку, минуя электростанцию. Завершенная в течение 7 лет после обретения Ирландией независимости в 1922 году, со стоимостью, эквивалентной одной пятой годового бюджета ирландского государства, станция позволила значительно увеличить спрос на электроэнергию по всей стране и продемонстрировала способность нового правительства развиваться в трудный финансовый период. Станция была построена немецкой компанией Siemens Schuckert, хотя большая часть проектирования была выполнена ирландскими инженерами, а основную часть рабочей силы предоставила Ирландия. Проект включал изменения в русле всей реки, строительство нескольких плотин и мостов, а также создание национальной энергосети. Генераторный цех на Арднакруше состоит из трех генераторов с вертикальным валом и турбинами Фрэнсиса (введены в эксплуатацию в 1929 году) и одного генератора с вертикальным валом и турбиной Каплана (введен в эксплуатацию в 1934 году), работающих при среднем напоре 28,5 метра. Изначально проект предусматривал установку шести турбин, но было установлено четыре. Мощности в 85 МВт электростанции Арднакруша было достаточно для удовлетворения потребностей всей страны в электроэнергии в первые годы эксплуатации. Общий годовой объем выработки составляет около 332 000 МВт⋅ч. Арднакруша генерирует электроэнергию на напряжении 10,5 киловольт (кВ), которое затем повышается до 38 кВ для локального распределения и до 110 кВ для передачи на большие расстояния.

Предыстория

Первый план использования энергии Шеннона между Лоу-Дерг и Лимериком был опубликован в 1844 году сэром Робертом Кейном. Вдохновленный проектом Николы Теслы 1896 года на Ниагарском водопаде, "Схема Фрейзера" предлагала водоводяной канал, заканчивающийся в Дунассе, и была утверждена "Законом о воде и электроэнергии Шеннона" 1901 года. Этот закон предусматривал сезонную схему с резервной паровой турбиной для выработки электроэнергии летом, но общая стоимость была признана слишком высокой, и закон был отложен. В 1902 году С. Ф. Дик предложил более крутой перепад высот в Дунассе. Британская торговая палата назначила комитет в 1918 году, который одобрил предложения Теодора Стивенса и опубликовал отчет в 1922 году. В отчете предполагалось изменение уровня верхнего озера для создания дополнительного водохранилища объемом 10 000 миллионов кубических футов стоимостью 2,6 миллиона фунтов стерлингов. В конце 1923 года инженер Томас Маклафлин обратился к министру промышленности и торговли нового Ирландского свободного государства Патрику Макгиллигану с предложением гораздо более амбициозного проекта. Маклафлин начал работать в Siemens Schuckert, крупной немецкой инженерной фирме, в конце 1922 года, и его схема предполагала использование всей разницы в высоте между озером Лауг-Аллен и морем. Он опирался на анализ 25-летнего стока на плотине в Киллало, опубликованный Джоном Чалонером Смитом, инженером Комиссии по общественным работам. Макгиллиган был в восторге, хотя президент Исполнительного совета, У. Т. Косгрейв, проявил большую осторожность. Siemens опубликовала схему в сентябре 1924 года, и правительство назначило группу экспертов из Норвегии и Швейцарии для проверки ее осуществимости. Это вызвало значительные политические споры, поскольку стоимость в 5,2 миллиона фунтов стерлингов составляла значительную часть всего бюджета нового государства в 1925 году, который составлял 25 миллионов фунтов стерлингов, а влиятельные круги в Дублине предпочитали более локализованное решение. Однако эксперты поддержали централизованное решение, которое потребовало бы создания распределительной сети по всей стране, но рекомендовали поэтапную реализацию генераторов электроэнергии. Правительство приняло это и к апрелю 1925 года представило в Дайл Закон об электроэнергии Шеннона 1925 года.

The first plan to harness the Shannon's power between Lough Derg and Limerick was published in 1844 by Sir Robert Kane. Inspired by Nikola Tesla's 1896 project at Niagara Falls, "Frazer's Scheme" proposed a head race canal ending at Doonass, and was sanctioned by the 1901 "Shannon Water and Electric Power Act". This envisaged a seasonal scheme with a back up steam turbine to generate electricity in the summer, but the overall cost was considered too great and the Act was shelved. In 1902 SF Dick proposed a sharper fall at Doonass. The British Board of Trade appointed a committee in 1918 which approved proposals by Theodore Stevens and published a report in 1922. This envisaged altering upper lake levels to create extra storage of 10,000 million cubic feet, at a cost of £2.6m. At the end of 1923, the engineer Thomas McLaughlin approached the new Irish Free State's Minister for Industry and Commerce Patrick McGilligan with a proposal for a much more ambitious project. McLaughlin had started working for Siemens Schuckert, a large German engineering firm, in late 1922, and his scheme would exploit the full height difference between Lough Allen and the sea. He drew on the analysis of 25 years of flow at the weir at Killaloe published by John Chaloner Smith, an engineer with the Commissioners of Public Works. McGilligan was enthusiastic although the President of the Executive Council, W. T. Cosgrave, was more cautious. The scheme was published by Siemens in September 1924 and the government appointed a team of experts from Norway and Switzerland to check its viability. It caused considerable political controversy as the cost of £5.2m was a large part of the new state's entire budget in 1925 of £25m and interests in Dublin preferred a more localised solution. But the experts supported the centralised solution which would require a distribution grid all over the country but recommended a two stage implementation of the power generators. The government accepted this and by April 1925 had introduced the Shannon Electricity Act, 1925 in the Dáil.

Экологические последствия

Открытие этой системы оказало и продолжает оказывать значительное воздействие на окружающую среду на участке реки Шаннон, обойденном каналом головного водовода, от Партин-Вилла к северу от моста О’Брайенс до примерно мили к северу от города Лимерик. Этот участок реки, особенно протекающий мимо Каслконнелла и водопадов Дунасс, в девятнадцатом и начале двадцатого веков был всемирно известен рыболовством, в особенности лососевым промыслом. Перенаправление воды на электростанцию оказало катастрофическое воздействие на это по двум основным причинам: изначально в Арднакруше отсутствовал рыбоход, позволяющий лососю мигрировать выше по течению; это было исправлено позднее. Во-вторых, уменьшение расхода воды в естественном русле реки привело к тому, что больше рыбы стало мигрировать либо в канал головного водовода, либо в реку Мулкер. Проблема сохраняется и сегодня, и состояние лососевого промысла больше не сравнимо с периодом до 1920-х годов, когда популяции сократились примерно на 90%. На состояние охраны других видов местных рыб, таких как находящийся под критической угрозой исчезновения угорь, также негативно повлиял низкий уровень воды.

Снижение потока воды

После открытия большая часть воды Шеннона отводилась через канал головного сооружения к электростанции. По закону, ESB обязана обеспечивать сток 10 кубических метров в секунду (10 м³/с) по естественному руслу реки. Это примерно соответствует естественному стоку в засушливые летние периоды до строительства плотины. Вся избыточная вода может использоваться для выработки электроэнергии. Максимальная мощность Арднакруши составляет около 400 м³/с, что в 40 раз превышает необходимый сток по естественному руслу (хотя электростанция не всегда работает на полную мощность). В первые несколько лет после запуска схемы вода отводилась на электростанцию только в объеме, необходимом для удовлетворения текущего спроса на электроэнергию, поэтому первоначальное воздействие на реку не было значительным. Однако с ростом спроса объемы отводимой воды увеличивались, пока не сложилась ситуация, когда вся доступная вода постоянно отводилась для выработки электроэнергии, а естественное русло реки постоянно сокращалось до минимально допустимого стока (за исключением экстремальных погодных условий). В особо влажные периоды сток воды из озера Дерг превышает 400 м³/с, и тогда излишки необходимо сбрасывать по естественному руслу через Каслконнелл. В эти непродолжительные периоды водопад Дунас временно возвращается к своему первоначальному великолепию. Частота таких случаев зависит от сезонных погодных условий: в некоторые годы увеличение стока над минимальным не наблюдается вовсе. Это привело к значительному обмелению русла реки. Наиболее заметным следствием поддержания уровня реки к югу от Партин-Виллы на летнем уровне является заиливание многих старых лососевых плесов и зарастание деревьями и кустарниками значительной части бывшего русла реки, что существенно изменило как внешний вид, так и экосистему реки. При строительстве Арднакруша была способна обеспечить электроэнергией всю страну. В настоящее время на ее долю приходится около 2-3% от общей выработки электроэнергии ESB. Учитывая небольшое количество электроэнергии, производимой на кубический метр воды, существует весомый аргумент в пользу увеличения стока в естественное русло, особенно сейчас, когда Арднакруша производит столь незначительную долю электроэнергии ESB. Например, увеличение стока реки до 50 м³/с снизит мощность Арднакруши на 1/10 (снижение стока на 40 м³/с), или на 8 мегаватт, что составляет менее 0,3% от общенациональной мощности ESB, при этом увеличив сток в естественное русло в 5 раз. Это окажет существенное положительное влияние на состояние реки к югу от моста О’Брайенс.

Once opened, the great majority of the Shannon's water was diverted via the head race canal to the power station. The ESB are required by law to allow 10 cubic meters per second (10 m3/s) to flow down the natural channel. This is roughly what the natural flow would be during dry summer periods prior to the weir being built. All surplus water can be diverted for power generation. The maximum capacity of Ardnacrusha is approximately 400 m3/s, 40 times that which is required to flow down the natural channel (although the power station does not necessarily run at this capacity at all times). For the first few years after the opening of the scheme, water was diverted to the power station only as necessary for the electricity demand at the time, and thus the impact on the river was not initially severe. However, as demand increased, more and more water was diverted, until eventually a situation was reached where, at all times, all available water was diverted for power generation, and the natural channel was permanently reduced to the minimum water flow allowed (except during extreme conditions). In exceptionally wet periods, the flow of water out of Lough Derg is greater than 400 m3/s, and it is then necessary for the surplus to be released down the natural channel through Castleconnell. During these brief periods, the Falls of Doonass are temporarily restored to their former glory. How often this occurs depends on seasonal weather patterns: some years there is no increase above the minimum flow at all. This has led to a substantially dried up riverbed. The most obvious result on the river south of Parteen Villa always being kept at summer levels is the silting of many of the old salmon pools, and the growth of trees and bushes in many parts of the former riverbed, thus significantly altering both the appearance and ecosystem of the river. When built, Ardnacrusha had the capacity to supply power for the entire country. Currently, it accounts for around 2 3% of the ESB's overall power output. Given the small overall amount of power produced per cubic meter, there is a substantial case for increasing water flow to the natural channel, now that Arnacrusha is producing so small a proportion of ESB's power. For example, increasing the flow of the river to 50 m3/s would reduce Ardnacrusha's capacity by 1/10 (flow reduced by 40 m3/s), or 8 megawatts; less than 0.3% of ESB's national capacity, whilst increasing the water flow to the natural channel 5 fold. This would have a major beneficial effect on the condition of the river south of O'Briens Bridge.

Судоходный участок реки от южного конца канала Киллало до места под названием "Конец Света" (World's End) близ Каслконнелла был соединен с Лимериком через боковой канал Пласси-Эрины, имевший шесть шлюзов. Этот канал устарел с постройкой нового канала к Арднакруше, был осушен и впоследствии пришел в запустение. В последнее время несколько участков были расчищены, и теперь можно пройти пешком от моста О’Брайенс до шлюза Эррина по старой буксирной тропе. Поскольку на плотине Партин, соединяющей естественное русло с озером Дерг, нет шлюза, ни одно судно больше не может войти в эту часть Шаннона по воде. Навигация по Шаннону теперь осуществляется по головному каналу, который имеет ширину . Когда все турбины работают, скорость течения может достигать , что может быть затруднительно в обоих направлениях. Это приводит к двойному шлюзу в Арднакруше, который пропускает лодки длиной и шириной . Общая высота падения воды на двух шлюзах составляет до .

Программа по управлению угрей Шэннон

В Шанноне действует схема отлова и транспортировки в рамках программы управления популяцией угрей, после того как было обнаружено сокращение их численности. Эта схема обеспечивает безопасное перемещение молодых угрей мимо плотины Арднакруша.

Наводнение

Максимальная пропускная способность Арднакруши составляет приблизительно 400 м³/с. Поскольку это значительно превышает доступный объем в летние месяцы, в первые годы эксплуатации вода накапливалась в крупных озерах реки Шеннон – Лох-Дерг, Лох-Ри и Лох-Аллен, поскольку Арднакруша вносила существенный вклад в обеспечение электроэнергией страны в тот период. Поддерживая уровень этих озер выше естественного с помощью плотин, воду, накопленную в дождливые зимние месяцы, можно было выпускать в более сухие периоды для поддержания работы электростанции. Плотины уже существовали в Киллало и Атлоне для регулирования уровня воды в Лох-Дерг и Лох-Ри соответственно. После завершения строительства Арднакруши плотина в Атлоне была модернизирована и переведена под управление ESB, а у устья Лох-Аллен была построена новая плотина для дальнейшего регулирования уровня воды (плотина в Киллалоэ была демонтирована, поскольку уровень воды в Лох-Дерг теперь контролируется самой плотиной Партин). В последние десятилетия значение Арднакруши для производства электроэнергии снизилось, и вода больше не накапливается в озерах Шеннон для целей генерации электроэнергии.

Схема упростила навигацию между Киллало и Лимериком, поскольку судам теперь необходимо проходить только один двойной шлюз в Арднакруше. Большая часть канала Киллало оказалась затоплена новым озером («затопленный участок») к югу от Киллало, что обеспечило прямой доступ к каналу головного прогона. ESB несет ответственность за поддержание уровня воды для судоходства по всей реке Шеннон в пределах установленных лимитов, однако в случае дефицита воды компания имеет право отдавать приоритет уровню воды, необходимому для выработки электроэнергии.