Плотина Вайтаки | |
---|---|
Расположение | Регион Кентербери , Новая Зеландия |
Координаты | 44°41′25″ю.ш. 170°25′35″в.д. / 44,69028°ю.ш. 170,42639°в.д. / -44,69028; 170,42639 |
Цель | Власть |
Статус | Оперативный |
Строительство началось | 1928 |
Дата открытия | 27 октября 1934 г. |
Стоимость строительства | 9 540 000 долларов США (в 1961 году) |
Построено | Департамент общественных работ |
Разработано | Департамент общественных работ (при участии Пера Хёрнелла | )
Владелец(и) | Меридиан Энергии |
Оператор(ы) | Меридиан Энергии |
Плотины и водосбросы | |
Тип плотины | Гравитационная плотина |
Изъятия | Река Вайтаки |
Высота (фундамент) | 48 м (157 футов) |
Высота ( тальвег ) | 33 м (108 футов) |
Длина | 542 м (1778 футов) |
Ширина (база) | 44,2 м (145 футов) [1] |
Объем плотины | 214 075 м 3 (7 560 000 куб. футов) |
Резервуар | |
Создает | Озеро Вайтаки |
Насос-генераторы | 7 × 15 МВт |
Установленная мощность | 105 МВт |
Годовая генерация | 500 ГВт·ч |
Плотина Вайтаки — одна из восьми гидроэлектростанций , которые образуют гидроэлектростанцию Вайтаки на реке Вайтаки в регионе Кентербери в Новой Зеландии. Плотина была первой из трех, построенных на реке Вайтаки, и была построена без землеройной техники; было выкопано более полумиллиона кубических метров материала, почти полностью с помощью кирки и лопаты. [2] За строительством плотины Вайтаки последовало строительство плотин Авимор и Бенмор , и, что важно, каждая плотина, построенная в Новой Зеландии с тех пор, как Вайтаки, извлекла пользу из уроков, извлеченных во время ее строительства. [3]
Плотина Вайтаки уникальна; ее строительство привело к зарождению одной из первых в мире систем социального обеспечения . Построенная во время Великой депрессии , плотина Вайтаки пыталась поглотить безработицу в рамках правительственной программы по созданию рабочих мест и стала свидетелем испытания медицинского обеспечения, когда человек мог построить удовлетворительную жизнь, не опасаясь неспособности справиться с возрастом или бедностью. [3] : 46
Первоначальное строительство плотины началось в 1928 году и было завершено в 1934 году, при этом полная мощность была выдана двумя генераторами по 15 МВт 1 января 1935 года. Три дополнительных генератора были добавлены между 1940 и 1949 годами, а еще два генератора были добавлены между 1952 и 1954 годами. С семью генераторами, каждый из которых выдает 15 МВт, общая генерируемая мощность плотины Вайтаки составляет 105 МВт. [2] [4]
Первая государственная электростанция в Новой Зеландии была построена на озере Колридж в 1915 году — она была разработана для обеспечения Крайстчерча и любого дополнительного потребительского спроса в пределах досягаемости системы передачи. Потребители быстро подключились к этой дешевой энергии, и годовой рост нагрузки для Колриджа составил 15%; к 1920-м годам потребовался новый источник энергии. [5]
Река Вайтаки была выбрана в качестве наиболее перспективного источника гидроэлектроэнергии, особенно для долгосрочных нужд — правительство Новой Зеландии признало потенциал выработки электроэнергии в долине Вайтаки еще в 1904 году. [6] Поскольку озера Охау , Пукаки и Текапо контролируют 80% потока в верховьях реки Вайтаки, наводнение, как ожидалось, не превысит 5380 кумэков , что является низкой угрозой безопасности любой предлагаемой плотины. [3] : 7 В своем среднем течении река Вайтаки протекает через ущелья с коренными породами из низкосортных сланцев , метаграувакк и граувакк террейна Ракайя. [7] [8] Эти ущелья предлагали хорошие места для строительства плотин с относительно устойчивой породой. Река Вайтаки также была малонаселенной в начале 1920-х годов, что означало, что переселение было бы очень незначительной проблемой после затопления водохранилищем плотины.
Первоначальные исследования участка начались в 1925 году и заняли более двух с половиной лет, прежде чем было выбрано окончательное место. [9] [10] К 1927 году основное внимание было уделено окрестностям Варекури/Розенит (между плотинами Авимор и Вайтаки), которые казались наиболее благоприятными. [11] Однако наличие угля на стороне Отаго (юг) реки Вайтаки вызывало беспокойство у инженеров, которые считали, что он может стать точкой утечки под любой предлагаемой плотиной. [3] : 7 Впоследствии участок ниже по течению, недалеко от слияния с рекой Авакино, был исследован и признан подходящим. На участке Авакино, в 6 км (3,7 мили) выше Куроу , нужно было удалить всего 5 м (16 футов) гальки, прежде чем был достигнут твердый фундамент, [12] что уменьшило общий объем материала, подлежащего выемке. Окончательный выбор места (Авакино) для плотины Ваитаки был объявлен правительством в апреле 1928 года [9] [10] с чрезмерно амбициозной целью завершения строительства к 1931 году. [3] : 7 Исследования места Розенит также не прошли даром — Розенит позже был принят в качестве места для плотины Авимор .
Инженеры подсчитали, что площадка Авакино, подкрепленная многолетними записями стока реки Вайтаки, [Примечание 1] будет поддерживать генерирующую мощность станции в 75 МВт, хотя изначально были заказаны только два генератора и турбины по 15 МВт. [12]
Ранние проекты плотины, в значительной степени из-за зарождения гидроэлектротехники в Новой Зеландии, имели потенциально серьезные недостатки. В частности, не учитывалось давление, оказываемое гидростатическим напором, и воздействие воды, попадающей в трещины или стыки как в фундаменте, так и в самой плотине. [3] : 8 Нижний уклон плотины также считался слишком крутым по сравнению с европейскими плотинами в соотношении 3:2. Проблемы с просачиванием на электростанции Арапуни на Северном острове в 1929 году вызвали дополнительные опасения и привели к тому, что в 1930 году в Новую Зеландию был доставлен шведский инженер-гидроэлектрик, профессор Пер Хёрнелл . Хотя профессор Хёрнелл был специально приглашен для консультаций по мерам по восстановлению, которые необходимо было принять в Арапуни, он также посетил несколько других гидроэлектростанций, включая Вайтаки. [14] [15] Несмотря на то, что большинство дюймов колонн в то время фокусировались на непомерной сумме гонорара консультанта в размере 4000 фунтов стерлингов, взимаемой профессором Хёрнеллом, [16] [17] [18] [19] [20] [14] его комментарии по Вайтаки были такими: ее поперечное сечение было слишком узким, и что необходимо принять меры для обеспечения адекватного дренажа фундамента. Несмотря на решение правительства не инвестировать в конкретный отчет профессора Хёрнелла о плотине Вайтаки, на основе его комментариев было сделано несколько изменений в проекте: [3] : 9
Несмотря на эти дополнения, профессор Хёрнелл не был полностью удовлетворен, и его последнее сообщение министру общественных работ сводилось к отказу от любой ответственности за возможные будущие проблемы. [3] : 9 Тем не менее, его визит в Вайтаки имел важный результат: он познакомил новозеландских инженеров с проблемой работы с водой под давлением в реальной конструкции плотины.
Озабоченность по поводу возможности возникновения подъемных сил на основании плотины сохраняется: дополнительные меры по смягчению этой проблемы были приняты в начале 1960-х годов, когда анкерные тросы были пробурены от гребня плотины в скальный фундамент [21] и снова в 2016 году, когда в основании плотины были пробурены дренажные отверстия. [22]
Реки Ахурири, Охау, Пукаки и Текапо берут начало в ледниковых водосборах, которые питают реку Вайтаки. Эти притоки текут из бассейна Маккензи в озеро Бенмор , прежде чем образовать реку Вайтаки. Несколько ущелий в коренных породах, разделенных небольшими тектоническими бассейнами , лежат под чередой искусственных озер (Бенмор, Авимор, Вайтаки), занимающих средние течения контролируемой разломом долины Вайтаки. Ниже Куроу долина расширяется до равнины с парными аллювиальными террасами по обе стороны разветвленного речного русла. [7] У плотины Вайтаки река Вайтаки занимает впадину со сбросовым углом между граувакками Южного Кентербери и сланцами Северного Отаго . [23] Заполнение долины состоит из последовательности четвертичных речных и ледниковых гравийных отложений, которые залегают на верхнетретичных осадочных слоях, которые, в свою очередь, залегают на мезозойском фундаменте. [23]
Как фундамент, так и покрывающие отложения подверглись воздействию позднечетвертичного разлома, включая реактивацию более ранних меловых систем разломов. [7] [24] Геодезические результаты показывают, что скорости деформации в нижнем регионе Кентербери низкие или очень низкие, [7] хотя деформация значительно увеличивается к западу и близости к Альпийскому разлому . В регионе Ватаки, как и в остальной части юго-восточной части Южного острова , в исторические времена наблюдался низкий уровень крупных землетрясений, причем одно из крупнейших зарегистрированных землетрясений (M5.8) произошло в районе плотины Ватаки около Оамару в 1876 году. [7] : 52 Палеосейсмические исследования отдельных разломов в районе Ватаки показывают, что интервал повторяемости крупных землетрясений составляет порядка тысяч или десятков тысяч лет. [7] : 53 Основным разломом, связанным с плотиной Ватаки, является разлом Драйбург; Этот разлом был отмечен как имеющий довольно длительный интервал повторения >62 000 лет. [25] : 20 Хотя последствия регионального разлома во время строительства плотины не были хорошо изучены, [26] разлом Драйбург был признан проблемой, особенно при раскопках галереи Хёрнелл. Подвальная порода была уменьшена до выемки поперек зоны разлома, которая была исправлена путем выемки и успешного цементирования зоны выемки глубже, чем компетентная порода по обе стороны от разлома. [3] : 25
Когда для плотины был выбран окончательный участок Авакино, Департамент общественных работ нанял Роланда Пэквуда в качестве окружного инженера, отвечающего за строительство плотины. [27] [28] Задачей Пэквуда было как можно быстрее ввести электростанцию в эксплуатацию, что включало завершение строительства плотины через реку Вайтаки с последующей установкой, испытанием и вводом в эксплуатацию электрического и механического оборудования. Учитывая чрезмерно амбициозную цель действующей электростанции к 1931 году, вскоре стало очевидно, что такое быстрое завершение нереально.
Первой задачей Паквуда было продление ответвления от железнодорожной линии Куровской ветки до места строительства плотины — простое расширение длиной 6 км (3,7 мили), которое было одобрено и обследовано в августе 1928 года [29] , а к декабрю 1928 года Департамент общественных работ запустил движение по линии. [3] : 10 Благодаря железной дороге и существующей гравийной дороге от Курова ( SH83 ), обеспечивающей доступ к оборудованию и материалам, проект смог начаться всерьез.
Перед началом любых крупных работ на объекте Вайтаки требовался лагерь для размещения до 1000 рабочих в дополнение к их семьям (всего до 2000 человек). [3] : 10 [30] : 36 Суровый климат долины Вайтаки с ее холодными зимами и сильными ветрами, а также долгосрочный характер проекта привели к тому, что Департамент общественных работ выбрал более постоянное деревянное жилье вместо их типичного использования брезентовых палаток. [30] : 36 Старшему персоналу были выделены дома, построенные из бетонных блоков, которые в будущем стали постоянными помещениями для персонала, в то время как младший персонал и одинокие мужчины размещались в деревянных домах и хижинах. В целом Департамент общественных работ должен был построить около 350 домов и еще 700 хижин, которые в основном располагались на двух речных террасах на истинном правом берегу реки (южная или Отагская сторона реки) непосредственно выше по течению от плотины. В более широком лагере было четыре отдельных жилых зоны: главный лагерь занимал верхнюю террасу, «Сибирь» располагалась на нижней речной террасе (названной так потому, что она была открыта холодным ветрам), «Геддесвилль» располагался ниже по течению от строительной площадки, а «Ивы» располагались недалеко от моста Авакино. [30] : 36 Помимо размещения, в лагере имелся зал YMCA , почтовое отделение, небольшие магазины, теннисные корты и футбольное поле. [3] : 12
После завершения строительства плотины лагерь был демонтирован, за исключением постоянных сооружений деревни озера Вайтаки, которые были заняты постоянным персоналом плотины. Когда в 1980-х годах Электроэнергетическая корпорация Новой Зеландии (ECNZ) вывезла свой персонал, оставшиеся дома из бетонных блоков, общежитие и окрестности оказались под угрозой сноса. [31] Однако давление со стороны сообщества привело к заключению договора о наследии с Heritage New Zealand о защите деревни как исторической области в 1995 году. После смены нескольких владельцев она была выставлена на продажу в 2015 году, но простаивала непроданной в течение нескольких лет. Интерес к покупке деревни озера Вайтаки возродился в 2018 году, [32] когда мировые СМИ уловили историю о том, что деревня выставлена на продажу. [33] [34] [35]
Деревня на озере Вайтаки теперь служит местом для сдачи в аренду отпускников. [36]
Строительство плотины началось с возведения решетчатого моста через реку и было завершено в декабре 1928 года. [3] : 18 Это позволило построить несколько перемычек , чтобы можно было выкопать фундамент плотины и затем залить бетон. Строительство первой перемычки представляло собой узкий участок плотины в центре реки. За ней последовала перемычка на Кентерберийской (северной) стороне реки, которая ограничила сток Вайтаки примерно наполовину, что привело к тому, что половина решетчатого моста была смыта во время наводнения в начале 1929 года. [3] : 18 Решетчатый мост был отремонтирован, что позволило построить одиннадцать временных шлюзовых ворот для контроля стока реки во время строительства оставшейся части плотины.
Раскопки начались около устоя Отаго для электростанции и водозаборной секции плотины с вскрышной породы и необходимого взрывания скалы. Взрывные скважины были пробурены вручную с помощью гада ( рытья стержня ) и кувалды. Мужчины выполнили большую часть вскрышной породы и погрузки вручную лопатой, но использовали драглайн Осгуда , когда раскопки были из более глубокой воды. [3] : 18 Отсутствие тяжелого землеройного оборудования во время строительства плотины [37] [38] означало, что обычно использовались кирка, лопата и тачка, [37] [39] [40] хотя грузовики, курсирующие по легкорельсовым дорогам вокруг плотины, использовались широко. [3] : 18
При строительстве плотины использовался бетон, образованный из речного гравия. Бетон заливался в ряд блоков, которые различались по длине, но в среднем составляли около 50 футов (15 м). [3] : 19 Строительство продолжалось в том же темпе до 3 февраля 1931 года, когда наводнение вызвало значительные задержки. Депрессия вызвала сокращение рабочей силы, что еще больше затруднило строительство. Рабочих сократили с 1230 в декабре 1930 года до 1000 в начале 1931 года и еще больше сократили до 500 в июне 1932 года. [3] : 26 Депрессия также снизила спрос на электроэнергию, сделав завершение строительства плотины менее критичным, но это было отменено в 1933 году, когда спрос на электроэнергию снова начал расти. Правительство повторно наняло как можно больше безработных мужчин, увеличив рабочую силу до 900 в начале 1934 года; это число неуклонно сокращалось с августа 1934 года по мере завершения строительства плотины. [3] : 27
По мере приближения плотины к завершению (последний из бетонных блоков плотины был отлит в середине июня 1934 года [41] ), закрытие и бетонирование временных шлюзовых ворот началось в июле 1934 года. Последние шлюзовые вороты не были опущены до сентября 1934 года, хотя и не без инцидентов — ворота сломали свои опорные балки, когда их опускали. Несмотря на то, что последние три шлюзовых ворот не остановили воду верхнего пруда, протекающую мимо них полностью, плотина продолжала заполняться, наконец, переполнив плотину 28 сентября 1934 года. [3] : 30 Завершенная плотина была построена с использованием 175 850 м 3 (6 210 000 куб. футов) бетона в первичной надстройке, плюс дополнительные 38 225 м 3 (1 349 900 куб. футов) бетона для здания электростанции. [42]
Строительство электростанции продолжалось синхронно с плотиной. Большая часть оборудования, которое должно было быть установлено в электростанции, была построена за рубежом из-за отсутствия специализированных производственных мощностей в Новой Зеландии в то время. Установка первых двух турбин и генераторов (по 20 000 л. с. каждый [12] ) была завершена к концу 1933 года, а тестирование электропроводки и ввод в эксплуатацию — в 1934 году. [3] : 31
Плотина Вайтаки была официально открыта 27 октября 1934 года генерал-губернатором лордом Бледислоу . [37] [43] Вместе с лордом Бледислоу присутствовали премьер-министр Джордж Форбс , министр общественных работ и местный депутат Джон Битченер и лидер оппозиции Майкл Джозеф Сэвидж . На открытии присутствовало около 300 приглашенных гостей, которые сидели за обедом в здании электростанции — удобное размещение, учитывая, что на тот момент были установлены только два из предложенных пяти генераторов. Официальное «включение» электроэнергии было невозможно, поскольку испытания не дошли до точки, на которой турбина была испытана и введена в эксплуатацию. Вместо этого, когда генерал-губернатор повернул выключатель, лампы в здании электростанции медленно зажглись с помощью энергии от Кольриджа. [3] : 33 Турбины были испытаны и введены в эксплуатацию, а полная мощность была включена 1 января 1935 года. [3] : 34
Завершающие работы по возведению плотины продолжались до июля 1935 года, когда были заделаны временные шлюзовые затворы и удалена большая часть каркаса, поддерживающего более раннюю конструкцию плотины. [44] Последние поврежденные шлюзовые затворы были окончательно заделаны только 18 сентября 1936 года, когда уровень воды стал достаточно низким, чтобы обеспечить полную блокировку шлюзов. [45]
При заполненном водохранилище гидростатический напор плотины Вайтаки составляет 21 м (69 футов). Первоначальная реализация двух турбин и генераторов ограничила эксплуатационную мощность плотины до 30 МВт (15 МВт на генератор). В 1935 году этого было достаточно, чтобы обеспечить половину энергетических потребностей Южного острова. [2] Три дополнительных генератора были добавлены между 1940 и 1949 годами, а еще два генератора были добавлены между 1952 и 1954 годами. Во время этапа работ по добавлению последних двух генераторов электростанция была расширена со 109 м (358 футов) в длину до ее нынешней длины 152 м (499 футов) для размещения новых генераторов. [2] [46] В то же время были построены новый впускной и выпускной каналы.
Общая мощность плотины Вайтаки составляет 105 МВт, при этом каждый из семи генераторов вырабатывает по 15 МВт.
Среднегодовая выработка энергии | 500 ГВт·ч |
Станция генерирует выходную мощность | 105 МВт |
Количество генерирующих единиц | 7 |
Чистая голова | 21 м |
Максимальный сброс воды в нижнем бьефе | ? м 3 /с |
Турбины | 7 × типа Фрэнсис , 15 МВт, производитель ? |
Генераторы | 7 × 11 кВ, 15 МВт, производитель ? |
Трансформеры | ? |
Электростанция | Длина 152 м, ширина 45 м, высота 40 м |
Длина плотины | 354 м |
Высота плотины | 37 м |
Напорные водоводы | 3 × ? м в длину |
После установки седьмого и последнего генератора в 1954 году электростанция Вайтаки не подвергалась дальнейшим крупным модернизациям до 2013 года. Начиная с апреля 2013 года, компания Meridian Energy провела четырехлетнюю реконструкцию электростанции Вайтаки стоимостью 40 миллионов долларов . [22] [47] [ 48] [49] После почти восьмидесяти лет непрерывной эксплуатации часть проекта реконструкции включала бурение дренажных отверстий в основании плотины для сброса гидростатического давления, которое впервые было поднято как проблема профессором Хёрнеллом в 1930 году. В это же время был повторно введен в эксплуатацию третий энергоблок станции: статор генератора, самый большой компонент весом 120 миллионов тонн, был изъят в 1998 году и оказался нерентабельным для повторного использования в то время. [47] Также было проведено укрепление крыши здания электростанции, чтобы гарантировать, что она сможет выдержать сильное землетрясение. [47] [49]
Meridian Energy предусматривает дальнейшую фазу модернизации стоимостью 90 миллионов долларов, которая потребуется для замены четырех первоначальных энергоблоков станции. [22]
Безопасность рабочих во время строительства плотины Вайтаки была очень ограниченной. Сообщалось, что девять человек погибли во время строительства плотины; [Примечание 2] трое мужчин погибли в результате несчастных случаев, связанных с использованием тяжело нагруженных грузовиков на крутонаклонных участках легкорельсового транспорта плотины, а еще трое утонули в реке. [3] : 42 Несчастные случаи были чрезвычайно распространены — только за один год было зарегистрировано 540 случаев травм, хотя тяжесть этих травм неизвестна. [3] : 42 Для сравнения и с учетом численности рабочих в Вайтаки, составляющей около 1000 человек, уровень заболеваемости всех исков о травмах в Новой Зеландии составил 87 исков на 1000 сотрудников, работающих полный рабочий день, в 2022 году. [51]
В лагерях Департамента общественных работ, достаточно больших, чтобы оправдать это, предоставлялась медицинская ассоциация с постоянным врачом и/или медсестрой. В начале проекта плотины Вайтаки численность лагеря не оправдывала постоянного присутствия медсестры, поэтому использовался кабинет врача в Курове. 1 ноября 1928 года Медицинская ассоциация Вайтаки Гидро была сформирована по соглашению с врачом Курова для предоставления общих услуг членам Ассоциации и их семьям за небольшую подписку. [3] : 43 Врачом на протяжении большей части проекта был Джерван Макмиллан , молодой идеалист, который неустанно работал для Ассоциации и должен был сыграть неотъемлемую роль в развитии системы социального обеспечения, опробованной в Вайтаки. Макмиллан, наряду с Арнольдом Нордмейером , пресвитерианским священником Курова, и Эндрю Дэвидсоном , директором школы Курова, всем приходилось иметь дело с проблемами, возникшими из-за Депрессии. Все трое были глубоко обеспокоены проблемами здоровья, семьи, безработицы с ее последующей бедностью и старостью. Вместе они разработали систему, в которой любой человек мог бы построить жизнь без чрезмерного страха перед катастрофой или неспособности справиться с такими проблемами, которые могут возникнуть в течение его жизни. [3] : 46
Когда Макмиллан и Нордмейер вошли в парламент в 1935 году в качестве министров кабинета, они принесли с собой свой проект системы социального обеспечения. Он был принят в качестве основы для национальной схемы социального обеспечения Новой Зеландии, которая была реализована в 1939 году правительством Сэвиджа .
Строительство электростанции Вайтаки сыграло важную роль в зарождении современной системы социального обеспечения Новой Зеландии . [3] : 46