Сая́но-Шу́шенская гидроэлектроста́нция имени П. С. Непоро́жнего — крупнейшая по установленной мощности электростанция России. Расположена на реке Енисей на границе между Красноярским краем и Хакасией у посёлка городского типа Черёмушки возле города Саяногорска.
Является верхней ступенью Енисейского каскада ГЭС. Уникальная арочно-гравитационная плотина станции высотой 242 м — самая высокая плотина России и одна из высочайших плотин мира. Название станции происходит от Саянских гор и расположенного неподалёку от станции села Шушенское, широко известного на пространстве бывшего СССР как место ссылки В. И. Ленина.
Строительство Саяно-Шушенской ГЭС, начатое в 1963 году, было официально завершено только в 2000 году. В ходе строительства и эксплуатации ГЭС имели место проблемы, связанные с разрушением водосбросных сооружений и образованием трещин в плотине, позднее успешно решённые.
17 августа 2009 года на станции произошла крупнейшая в истории российской гидроэнергетики авария, ставшая причиной гибели 75 человек. Восстановление станции было в целом завершено 12 ноября 2014 года после пуска последнего нового гидроагрегата.
Природные условия Саяно-Шушенская ГЭС использует падение верхнего Енисея в так называемом Саянском коридоре, участке течения, на котором река прорезает хребты Западных Саян. Саянский коридор имеет длину около 280 км, начинаясь у впадения в Енисей реки Хемчик и заканчиваясь в районе Саяногорска. В пределах Саянского коридора Енисей течёт в узком ущелье, русло реки почти полностью состоит из порогов и перекатов, средний уклон реки на этом участке составляет 0,007. Возле Саяногорска Енисей выходит в слаборасчленённую горную равнину Минусинской котловины, его течение становится более спокойным. Основные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС расположены в Карловом створе, расположенном на расстоянии от истока реки. В данном створе река протекает в глубокой каньонообразной долине, ширина долины реки на уровне поймы составляет , на уровне гребня плотины . В створе плотины крутизна склонов составляет около 45°; левый берег более крутой, высота почти отвесной части склона составляет до ; правый берег более пологий, имеет пойму шириной до . Склоны долины покрыты лесом и кустарником. Горные породы склонов и днища долины представлены крепкими метаморфическими кристаллическими сланцами: парасланцами (продукт метаморфизма осадочных пород) и ортосланцами (продукт метаморфизма эффузивных пород), местами прорванных интрузиями гранитов и дайками основных пород. Под сланцами на глубине 200—1000 м залегают граниты. Породы основания резко неоднородны по водопроницаемости до пяти порядков и более. Створ ГЭС находится в пределах единого Джойско-Кибикского структурно-тектонического блока, ограниченного Борусским и Кандатским разломами, в к северу от Борусского разлома. Ближайшие к створу тектонические нарушения II—III порядка находятся в нижнем бьефе в от створа. Современных тектонических движений в пределах Джойско-Кибикского блока не выявлено. Фоновая сейсмичность участка размещения ГЭС составляет 8 баллов по шкале MSK-64, в районе Борусского разлома возможны землетрясения с максимальной магнитудой 6 баллов.
Площадь водосбора Енисея в Карловом створе составляет . Среднемноголетний расход воды реки в створе ГЭС , годовой объём стока , модуль стока . По характеру питания верхний Енисей относится к типу рек смешанного питания с преобладанием снегового. Его режим характеризуется затяжным весенним половодьем, обусловленным растянутыми сроками таяния снега на разных высотах и выпадением дождей в этот период, переходящим в летне-осенние дождевые паводки; за весну и лето проходит 70 % годового стока. Максимум половодья приходится на конец мая — начало июня. Наиболее низкие расходы воды наблюдаются в декабре, перед ледоставом. Максимальный расход воды в створе гидроузла наблюдался в 1916 году и составлял , минимальный — в 1933 году (). Расчётные максимальные расходы в створе гидроузла приведены в таблице. Расчётные гидрологические характеристики половодья в створе Саяно-Шушенской ГЭС Характеристика Расходы и объёмы, вероятность в % 0,01 с гарантийной поправкой 0,01 0,1 1,0 5,0 Максимальные расходы воды, м³/с 23 900 21 700 17 600 13 500 10 800 Объём стока за 30 дней, км³ 34,1 31,22 25,9 20,9 17,4 Климат в районе расположения ГЭС умеренный континентальный. Минимальная температура января составляет −42°С, максимальные температуры июля-августа +35...+36°С. Годовая норма осадков составляет . Устойчивый снежный покров устанавливается в первой половине ноября, достигая наибольшей высоты в марте. Таяние снега начинается в первой декаде апреля.
Конструкция станции Саяно-Шушенская ГЭС представляет собой мощную высоконапорную гидроэлектростанцию приплотинного типа. Конструктивно сооружения ГЭС разделяются на плотину, здание ГЭС с корпусами вспомогательного назначения, водобойный колодец эксплуатационного водосброса, береговой водосброс, распределительное устройство. Судопропускными сооружениями гидроузел не оборудован и не допускает прохода судов в нижний и верхний бьефы. На дальнюю перспективу на правом берегу было запланировано сооружение судоподъёмника, но впоследствии на этом месте был сооружён береговой водосброс. Ниже Саяно-Шушенской ГЭС расположен её контррегуляторКонтррегулятор гидроэлектростанции — водоём в нижнем бьефе пиковой гидроэлектростанции, служащий для полного или частичного выравнивания неравномерных расходов воды при переменном суточном или недельном режиме работы. Майнская ГЭС мощностью 321 МВт, организационно входящая в состав Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса. Установленная мощность Саяно-Шушенской ГЭС , проектная среднегодовая выработка электроэнергии , фактическая среднегодовая выработка электроэнергии .
Плотина
Саяно-Шушенской ГЭС образует уникальная бетонная арочно-гравитационная плотина, устойчивость и прочность которой обеспечивается действием собственного веса на 60 % и частично упором верхней арочной части в берега на 40 %. Плотина имеет максимальную высоту , её верховая грань очерчена дугой с радиусом , ширина плотины по основанию , по гребню . Длина гребня плотины с учётом береговых врезок составляет . Плотина врезана в породы левого и правого берегов на глубину и соответственно, в породы основания на глубину до . В поперечном разрезе плотина выполнена в виде четырёх столбов бетонирования толщиной . В теле плотины размещены 10 продольных галерей (9 в первом столбе и одна в третьем), служащих для размещения контрольно-измерительной аппаратуры количеством около единиц, наблюдения за состоянием плотины и выполнения ремонтных работ; нижние галереи также служат для сбора и отвода дренажных и фильтрующихся вод и для обслуживания цементационной завесы в основании плотины. Кроме того, в плотине на расстоянии от напорной грани выполнен дренаж. По условиям бетонирования и омоноличивания тела плотины её массив разделён радиальными швами на 68 секций шириной . Основание плотины укреплено площадной цементацией на глубину до . В основании устроена глубокая до цементационная завеса, сопрягающая завеса под верховой гранью до , а также скважинный дренаж (максимальная глубина дренируемой зоны , в русле размещено 268 дренажных скважин).
Отметка гребня плотины находится на высоте , где расположена подпорная стенка со стороны верхнего бьефа. Низовая часть гребня с отметкой и шириной предназначена для технологического автодорожного проезда через плотину. С правого берега подъезд к гребню плотины осуществляется по открытой автодороге, с левого берега по тоннелю длиной и далее также по открытой автодороге вдоль ОРУ. Плотина Саяно-Шушенской ГЭС является самой высокой в России и находится на седьмом месте среди существующих плотин в мире. Кроме того, она является самой высокой в мире плотиной арочно-гравитационного типа. Отношение пролёта плотины к её высоте (~4,5) является почти предельным для такого типа плотин. Арочно-гравитационную плотину в России имеет ещё только одна Гергебильская ГЭС, но она намного меньше. В плотину Саяно-Шушенской ГЭС уложено бетона.
Плотина разделяется на левобережную глухую часть длиной (секции 0 — 15), станционную часть длиной (секции 16 — 36), водосбросную часть длиной (секции 38 — 48) и правобережную глухую часть длиной (секции 49 — 67). Левобережная и правобережная части осуществляют сопряжение плотины с берегами. В чётных секциях станционной части размещены 10 водоприёмников ГЭС, переходящих в турбинные водоводы, идущие вначале в теле плотины, а затем по её низовой грани. Водоприёмники ГЭС имеют пороги на отметке и могут перекрываться плоскими аварийно-ремонтными затворами, управляемыми гидроприводами. Сороудерживающие решётки водоприёмников выполнены по типу «корзинки», выступающей пятиугольным эркером за верховую грань плотины и поддерживаемой консолью с наибольшим вылетом . Сталежелезобетонные напорные водоводы имеют внутренний диаметр ; толщина железобетонной облицовки . В строительный период в станционной части плотины были размещены временные водоприёмники гидроагрегатов с отметками порогов: и — , — , № — . Водоводы этих водоприёмников, размещённые в теле плотины, в настоящее время забетонированы. В водосбросной части плотины размещены 11 эксплуатационных водосбросов с отметками порогов на входе , в нижней части плотины расположены строительные водосбросы I и II ярусов, в настоящее время забетонированные.
При проектировании сейсмичность района расположения плотины оценивалась в 7 баллов по шкале MSK-64. Позднее, после дополнительно проведённых исследований, сейсмичность была увеличена до 8 баллов, что потребовало проведения дополнительных расчётов сейсмостойкости плотины. Результаты расчётов показали, что при землетрясении силой 8 баллов сейсмостойкость плотины обеспечивается.
Эксплуатационный водосброс
Эксплуатационный водосброс предназначен для сброса избыточного притока воды в половодье и паводки, который не может быть пропущен через гидроагрегаты ГЭС либо аккумулирован в водохранилище. Проектная максимальная пропускная способность эксплуатационного водосброса составляет , фактическая при отметке водохранилища — , при НПУ 539 м — . Конструктивно эксплуатационный водосброс состоит из водоприёмников, водосбросных лотков, водобойного колодца и рисбермы. Водоприёмники 11 лотков водосброса размещены в водосбросной части плотины, их пролёты размерами 8,2 × 5,4 м перекрываются плоскими колёсными затворами, маневрирование которыми осуществляется при помощи двух козловых кранов грузоподъёмностью 500 т. Также имеются аварийно-ремонтные затворы. Водосбросы состоят из трубчатой закрытой части, проходящей в теле плотины и частично на её низовой грани, и открытой части длиной около на низовой грани плотины. Водосбросные лотки имеют ширину ( на нижнем участке) и отделены друг от друга стенами высотой . На концевых участках стен водосбросных лотков расположена строительная эстакада с отметкой верха , использовавшаяся для размещения техники и подвоза бетона при строительстве водобойного колодца. После окончания строительства эстакаду было решено сохранить для использования в возможных ремонтных работах.