Ры́бинская гидроэлектроста́нция (в 1946—1957 годах — Щербаковская ГЭС) — ГЭС на реках Волга и Шексна в Ярославской области, в городе Рыбинске. Входит в Волжско-Камский каскад ГЭС, являясь его третьей ступенью. На момент строительства была второй по величине гидроэлектростанцией СССР после Днепрогэса и одной из самых мощных электростанций страны. Сыграла важную роль в обеспечении Москвы электроэнергией в годы Великой Отечественной войны, особенно в период битвы за Москву. Строительство станции велось в 1935—1955 годах, преимущественно силами заключённых ГУЛага. Напорные сооружения ГЭС образуют Рыбинское водохранилище — третье по площади в России и восьмое в мире. Собственником Рыбинской ГЭС (за исключением судоходных шлюзов) является ПАО «РусГидро». Здание Рыбинской ГЭС и её судоходные шлюзы являются памятником архитектуры.
Конструкция станции Конструктивно Рыбинская ГЭС представляет собой низконапорную русловую гидроэлектростанцию (здание ГЭС входит в состав напорного фронта). Особенностью станции является размещение её сооружений в двух отдельных створах, расположенных в 10 км друг от друга: на Волге находятся водосбросная плотина и судоходные шлюзы, на Шексне (вблизи её впадения в Волгу) — здание ГЭС. При этом создаётся единое для обеих рек водохранилище, подпор которого распространяется по Волге до Угличской ГЭС, а по Шексне — до Шекснинской ГЭС; остающийся ниже здания электростанции участок Шексны длиной около 2 км используется как отводящий канал ГЭС. В основании сооружений находятся мергелистые глины, в ряде случаев перекрытые аллювием. Установленная мощность электростанции — 386,4 МВт, обеспеченная мощность — 40 МВт, среднегодовая выработка — 935 млн кВт·ч.
Земляные плотины Большая часть напорного фронта Рыбинского гидроузла создаётся четырьмя земляными плотинами, три из которых расположены в Шекснинском створе и одна — в Волжском. Русловая плотина длиной 524 м и максимальной высотой 27 м в Волжском створе. Перекрывает русло Волги и правобережную пойму, примыкая левобережной частью к водосбросной плотине. Тело плотины объёмом 2,979 млн м³ намыто из мелкозернистого песка, для защиты от фильтрации в центре плотины размещена диафрагма смешанной конструкции — в нижней части (заглублённой в основание) из металлического шпунта, в верхней части — из железобетонных плит толщиной 8 см, с гидроизоляцией асфальтом по стыкам. Низовой откос упирается в каменный банкет, отсыпанный при перекрытии реки. Верховой откос защищён от размыва волнами водохранилища слоем крупного камня толщиной 0,45 м, лежащим на 15-сантиметровом слое гравия, низовой откос одернован. Русловая плотина длиной 470 м и максимальной высотой 35 м в Шекснинском створе. Перекрывает русло Шексны, примыкая в правобережной части к зданию ГЭС, а в левобережной — к сопрягающей дамбе. Намыта из речных песков, имеет противофильтрационное устройство в виде диафрагмы (шпунт и железобетонные плиты) на протяжении 107 м от сопряжения со зданием ГЭС, далее противофильтрационных устройств не имеет. Верховой откос укреплён бетонными плитами и каменной наброской, низовой — каменным банкетом и одерновкой. Левобережная сопрягающая дамба, намытая из песков, противофильтрационных устройств не имеет. Это самое крупное сооружение гидроузла — длина 3398 м, максимальная высота 17 м, объём 2,175 млн м³. В районе сопряжения с русловой плотиной организован дренаж из 20 скважин глубиной до 20 м, необходимость которого вызвана наличием в этом месте древней ложбины, заполненной аллювием. Правобережная сопрягающая дамба, примыкает к зданию ГЭС, противофильтрационных устройств нет. Имеет длину 2637 м, сооружена частично намывом из песков, частично — отсыпкой из разнообразных грунтов, извлечённых при разработке котлована здания ГЭС.
Водосбросная плотина Водосбросная плотина длиной 104 м и высотой 26 м, размещённая в Волжском створе, по конструкции является гравитационной бетонной. Предназначена для пропуска воды при паводках редкой повторяемости, максимальная пропускная способность плотины — 5800 м³/с. С учётом пропуска воды через гидроагрегаты здания ГЭС и допустимой форсировки уровня водохранилища на 2 м гидроузел обеспечивает безопасный пропуск паводка повторяемостью 1 раз в 10 000 лет. Ввиду большой полезной ёмкости Рыбинского водохранилища, холостые сбросы производятся весьма редко, в частности с 1945 года (после ввода третьего гидроагрегата) в течение 10 лет холостых сбросов не было — впервые плотина была открыта в 1955 году, в следующий раз — в 1966 году.
Плотина разделена на 4 секции, в каждой из которых находится два донных отверстия размером 8,5×5 м каждое. Отверстия перекрываются плоскими затворами, имеющими два паза (рабочий и запасной), разделённых специальной стенкой. Маневрирование затворами производится с помощью двух мостовых кранов грузоподъёмностью по 300 т, размещённых на железобетонной эстакаде. С верхнего и нижнего бьефа имеются ремонтные затворы (шандоры), обслуживаемые собственными кранами грузоподъёмностью 60 и 30 т соответственно. С целью экономии бетона, верхнее строение плотины выполнено в виде балластных ящиков, заполненных песком, по которым проложена автомобильная и железная дорога. Левобережный устой плотины совмещён с системой питания/опорожнения судоходных шлюзов.
Гашение энергии водного потока происходит на бетонной водобойной плите длиной 112,5 м, на которой размещён гаситель, состоящий из 14 пирсов размером 16×8×2,75 м, расположенных двумя косыми рядами в шахматном порядке (по 7 пирсов в ряд). За водобойной плитой расположена рисберма длиной 140 м, состоящая из железобетонных плит толщиной 0,75 м, связанных арматурой и лежащих на фашинном тюфяке. Со стороны верхнего бьефа к плотине примыкает асфальтобетонный понур длиной 58 м с дренажом. Дренаж осуществляется в специальную потерну у верховой грани плотины.
Здание ГЭС
Здание ГЭС размещено в Шекснинском створе, его общая длина — 222 м. Конструктивно состоит из четырёх секций, разделённых осадочными швами. В трёх секциях расположены гидроагрегаты (по два в каждой), а ещё в одной — монтажная площадка. В машинном зале Рыбинской ГЭС установлено 6 гидроагрегатов с поворотно-лопастными турбинами, работающими при расчётном напоре 11-15 м и вертикальными зонтичными гидрогенераторами: 2 гидроагрегата с турбинами ПЛ 20/811-В-900 и генераторами СВ 1243/165-96 мощностью по 63,2 МВт и четыре гидроагрегата с турбинами ПЛ 20-В-900 и генераторами СВ 1243/165-96 мощностью по 65 МВт. Производитель турбин — Ленинградский металлический завод, генераторов — Электросила. Для перемещения элементов гидроагрегатов используются два мостовых крана, грузоподъёмностью по 320 т. Главный пульт управления станцией расположен в специальном помещении, примыкающем к монтажной площадке.
Проточный тракт каждого гидроагрегата состоит из водовода (просвет 19 м), разделённого двумя промежуточными бычками на три части, спиральной камеры и отсасывающей трубы (также разделённой, но уже на две части шириной по 9 м). Водоводы перекрываются плоскими быстропадающими затворами, оперирование которыми производится цепными приводами (цепи Галля) с помощью специальных механизмов с электроприводом, размещённых со стороны верхнего бьефа в щитовом отделении, оборудованном мостовым краном грузоподъёмностью 50 т. Помимо затворов, водоводы оборудованы сороудерживающими решётками и механизмами для их очистки, а также ремонтными затворами (шандорами). Отсасывающая труба может перекрываться собственными ремонтными затворами, оперирование которыми производится краном грузоподъёмностью 60 т. В левом торце здания ГЭС, у примыкания к земляной плотине, предусмотрено отверстие пролётом 6,33 м, предназначенное для сброса в нижний бьеф плавающего мусора. Отверстие перекрывается секторным затвором.
Схема выдачи мощности С гидрогенераторов электроэнергия напряжением 13,8 кВ подаётся на повышающие трансформаторы ТД-80000/220-У1 мощностью по 80 МВА, размещённые на здании ГЭС со стороны нижнего бьефа (каждый генератор выдает электроэнергию через свой трансформатор). Для ремонта трансформаторов вблизи здания ГЭС со стороны нижнего бьефа расположено здание трансформаторной мастерской. С трансформаторов электроэнергия по воздушным переходам поступает на открытое Распределительное устройство (ОРУ) напряжением 220 кВ. Также имеется ОРУ 110 кВ, для связи ОРУ 220 и 110 кВ установлены два автотрансформатора АТДТН-63000/220/110-У1, мощностью по 63 МВА каждый. Выдача электроэнергии с ОРУ в энергосистему осуществляется по линиям электропередачи, на напряжении 220 кВ (2 ЛЭП на Череповец и 2 на Углич и далее на Москву): Рыбинская ГЭС — ПС Пошехонье (2 ЛЭП длиной 53,4-54,1 км); Рыбинская ГЭС — ПС Сатурн (3,1 км); Рыбинская ГЭС — ПС Венера (12,2 км); а также по линиям на напряжении 110 кВ для энергоснабжения Рыбинска: Рыбинская ГЭС — ПС Восточная, 2 ЛЭП (17,4 км).
Судоходный шлюз Судоходный шлюз Рыбинского гидроузла расположен в Волжском створе, со стороны левого берега. Шлюз однокамерный двухниточный, длина каждой камеры — 283 м, ширина — 30 м, высота — 30,75 м. В системе внутренних водных путей камеры шлюза имеют номера 11 — 12. Проектное время наполнения/опорожнения шлюза составляет 7,5 минут. Заполнение и осушение шлюзовых камер производится при помощи специальных водоподводящих галерей, при этом была реализована система синхронного наполнения/опорожнения камер (вода из опорожняемой камеры перепускается в наполняемую), что позволяло снизить расход воды на шлюзование; впоследствии система перепуска была выведена из эксплуатации и ликвидирована. В верхней голове шлюза (со стороны Рыбинского водохранилища) расположены плоские ворота и аварийно-ремонтные затворы, в нижней голове — основные и ремонтные двустворчатые ворота. Помимо шлюзовых камер, в состав сооружений шлюза входят пять дамб, причальные стенки, подходные каналы, а также совмещённый автомобильно-железнодорожный мост, расположенный в нижней голове шлюза над шлюзовыми камерами. Шлюз находится на балансе ФГБУ «Канал имени Москвы».
Водохранилище Напорные сооружения ГЭС образуют крупное Рыбинское водохранилище площадью 4550 км² — это третье по площади водохранилище России (после Куйбышевского и Братского). Полная ёмкость Рыбинского водохранилища составляет 25,4 км³, полезная — 16,7 км³, что позволяет осуществлять неполное многолетнее регулирование стока (водохранилище позволяет увеличивать сток реки в маловодные годы за счёт накопления воды в многоводные годы, но не в полном объёме). Отметка нормального подпорного уровня водохранилища составляет 101,81 м над уровнем моря (по Балтийской системе высот; в техническом проекте станции фигурирует отметка НПУ 102 м в локальной системе высот Волгостроя), форсированного подпорного уровня — 103,81 м, уровня мёртвого объёма — 97,1 м.
Последствия создания Рыбинской ГЭС
Экономическое значение Рыбинская ГЭС работает в пиковой части графика нагрузки энергосистемы Центра, повышая надёжность её функционирования (являясь, в частности, аварийным резервом мощности и работая в режиме синхронного компенсатора). Рыбинское водохранилище, наряду с Куйбышевским, благодаря своему полезному объёму играет важную роль в регулировании стока Волги в интересах всего каскада. Снижая расходы в половодье и перераспределяя их на зимний меженный период, водохранилище снижает вероятность холостых сбросов и тем самым способствует увеличению выработки на нижележащих ГЭС каскада. В 1967 году, то есть ещё до строительства Чебоксарской и Саратовской ГЭС, дополнительная выработка на нижележащих ГЭС каскада за счёт работы Рыбинского водохранилища оценивалась в 700 млн кВт·ч в год. Всего за время эксплуатации Угличская и Рыбинская ГЭС выработали более 80 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии.