Как пропустить осетра через турбину живым: дизайнеры нашли ответ на главную проблему ГЭС

Общий ответ – да. В водозаборные отверстия крупных и мелких гидроэлектростанций по всему миру ежегодно затягивает миллионы особей, и значительную часть из них выбрасывает из водосброса мертвыми или смертельно искалеченными.

Каков шанс остаться в живых после прохождения через «туннель смерти», до последнего времени не было точно известно. Но вот в 2022 году группа исследователей из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства Ассоциации Лейбница (IGB) свела, наконец, вместе огромный объем данных со всего мира. Оказалось, что в среднем 22,3% рыб гибнет при прохождении через ротор. У длинных и узких угрей смертность достигала 40% — печально, но факт.

Так что данная проблема стоит того, чтобы занять ее решением лучшие инженерные умы нашего времени.

Согласно тому же исследованию, в зоне риска оказались самые ценные виды (почему меня это не удивляет?). В их число входят лосось, форель, ставрида, все осетровые и угри. Все эти рыбы относятся к мигрирующим: в молодости они плывут из реки в море, а перед нерестом назад. И каждый раз встречают на своем пути плотину... и тот самый «тоннель смерти».

Также сильно страдают речные рыбы, которые не держатся одного места обитания, а свободно перемещаются вверх и вниз по течению, например, щука и елец.

Конструкторы турбин всегда стремились повысить их КПД. Для этого лопатки должны быть максимально обтекаемыми, с острой передней кромкой, а ротор должен вращаться довольно быстро. Не приведи случай форели или стерляди оказаться на пути этого лезвия.

Еще до появления надежных научных данных специалисты по экологии понимали, что проблема существует. Поэтому различные решения опробуются довольно давно и рыбозащитными сооружениями оборудованы многие плотины.

Один из самых проверенных и доказанно рабочих вариантов – это рыбопропускные сооружения, чаще всего в форме так называемой «рыбной лестницы». По сути, это канал в обход плотины, по которому лесенкой стекает поток воды. Когда рыбный косяк мигрирует вверх по течению, отдельные особи преодолевают стенки так же, как в дикой природе преодолевают пороги. Аналогично происходит и миграция вниз по течению.

Однако и у таких сооружений есть изъян. Они хорошо пропускают рыбу вверх и, как ни парадоксально, плохо пропускают вниз. Вместо того, чтобы отправиться в обводной канал, многие животные выбирают водозабор турбины.

Энергетики пробуют защищать водозабор с помощью сеток или отпугивателей. Однако и те, и другие неидеальное решение. Например, чтобы не пропустить личинки угрей, ячейки сетки должны быть не шире 2 мм. Такая сетка быстро забивается и замедляет поток, снижая КПД всей электростанции.

Поэтому идеальным решением были бы травмобезопасные турбины. И в 2020-х годах применение таких модификаций, наконец, начало расти.

Одним из самых перспективных считается турбина типа Alden, разработанная совместно Научно-исследовательским институтом электрической энергии в США и лабораторией Alden. При КПД 90% ее ротор пропускает неповрежденными 90% особей рыб.

На следующем видео показано, как работает другой вариант, так называемая «турбина с минимальными зазорами» (Minimum Gap Runner, MGR).

Третий, еще более привлекательный вариант, представила компания Natel Energy (на заглавном фото). Разработанная ею модель турбины Restoration Hydro Turbine (RHT) уже работает на трех ГЭС в штатах Орегон и Мэн и в Австрийских Альпах. В одном из экспериментов, 131 угря пропустили через ротор RHT, вращающийся на приличной скорости 667 об/мин, и все они выскочили из турбины невредимыми.

Интересно, что в одном из случаев такая турбина была установлена не на заново построенной, а на уже работающей ГЭС «Мельница водопадов свободы» (Freedom Falls Mill), построенной почти 200 лет назад. Это доказывает, что модернизация существующих ГЭС ради сохранения речной фауны, в том числе российских, возможна на практике. Осталось заинтересовать в этом тех, кто может и должен принять такое решение.

У гидроэлектростанций много достоинств и недостатков, и гибель рыб – лишь один из них. Водохранилища затапливают большие территории, которые можно было бы иначе использовать с большей пользой, а вода в них застаивается и портится. С другой стороны, с появлением гидроэлектростанций катастрофических наводнений стало меньше.

В долгосрочном плане, человечеству все же придется найти им альтернативу. А рыбозащитные турбины позволят выиграть время, убрав как минимум один серьезный минус.