Водохранилищам дали «Погоду»: в Татарстане создан сервис для прогноза уровня Волги и Камы

Создавать модель для одной ГЭС – это был путь в никуда

На заседании Бассейнового совета Нижневолжского бассейнового округа особняком прошла тема качества управления водными ресурсами. «Татэнерго» презентовало свою разработку – программный комплекс «Гидрокаскад». «Татар-информ» решил подробнее узнать, зачем главная энергокомпания Татарстана, у которой в собственности всего одна ГЭС из 12, что входят в каскад, вдруг занялась моделированием крупнейшей в Европе транспортно-водноэнергетической системы.

Айрат Мардиханов: «Невозможно заниматься вопросами одного элемента без учета других, необходимо моделировать всю систему целиком»

Фото: предоставлено «Татэнерго»

– Давайте начнем с самого начала. Зачем «Татэнерго» решила создать программный комплекс «Гидрокаскад», какие цели и задачи вы решали?

– Программный комплекс «Гидрокаскад» решает три задачи. Первая – это визуализация параметров функционирования гидроузлов и гидроэлектростанций всего Волжско-Камского каскада водохранилищ, причем как исторических, так и прогнозных. Потребность в этом есть у всех водопользователей, а их очень много, и это не только ГЭС. Это и сельскохозяйственные, и рыбохозяйственные потребители, и судоходство, это и регионы, чьи территории граничат с водохранилищами каскада. Однако существующие системы, которые показывают данные, связанные с эксплуатацией гидроузлов и гидропостов, являются закрытыми. Их создавали сами водопользователи для определенных целей, например, такая система есть у «РусГидро» – собственника всех ГЭС в каскаде, кроме Нижнекамской, которая принадлежит нашей компании. Но никому, кроме ограниченного круга лиц, доступ к этим системам не предоставляется.

Мы решили исправить это положение и сразу делать открытый комплекс, чтобы предоставлять доступ любому пользователю. Конечно, после авторизации. Второе – «Гидрокаскад» даст водопользователям возможность прогнозировать, то есть видеть, что будет происходить с водохранилищами в ближайшей перспективе: какие будут уровни воды, показатели приточности, толщина льда и т.д.

И третья составляющая – это возможность моделирования. Пользователь «Гидрокаскада» получит не только доступ к историческим данным и текущей аналитике, но и сможет строить различные модели, изменяя те или иные параметры. Например, ввести другие сбросные расходы через любую ГЭС и посмотреть, как это отразится на функционировании всего каскада.

– Но почему именно «Татэнерго» занялось этим вопросом, ведь у вас всего одна ГЭС в структуре каскада, остальные все – у «РусГидро»?

– Вы правы, у нас действительно всего одна гидроэлектростанция, Нижнекамская, которая является одной из ступеней Камской ветки Волжско-Камского каскада. Но мы увидели проблематику, которая волнует всех водопользователей. И решили комплексно подойти к вопросу. Кроме того, нам сразу стало понятно, что заниматься созданием программного комплекса исключительно для одного Нижнекамского водохранилища – это путь в никуда, так как каскад, который состоит из 12 гидроузлов на Волге, Каме и Шексне (из них на 12 стоят ГЭС), – это единая система. Невозможно заниматься вопросами одного элемента без учета других, необходимо моделировать всю систему целиком.

«Для нас это вопрос качества эксплуатации»

– Нижнекамское водохранилище – одно из двух в каскаде (второе – Чебоксарское), которое с самого начала используют на непроектной отметке. Давайте честно: «Гидрокаскад» нужен вам, чтобы повысить эффективность работы своего генерирующего актива в столь сложных режимах?

– Эксплуатация Нижнекамского водохранилища на непроектной отметке – это все же отдельная проблематика. Но, вы правы, частично программный комплекс и в этом вопросе дает нам положительный эффект. Хотелось бы отметить, что в сейчас идет проработка вопроса поднятия уровня Нижнекамского водохранилища до 64 метров БС (Балтийская система высот, используется для всех ГЭС в России, кроме Иркутской). Сейчас, как известно, нормальный подпорный уровень установлен на отметке 63,3 метра. Предлагается поднять его на 70 сантиметров.

Этот вопрос активно обсуждается, задействованы как федеральные, так и региональные органы исполнительной власти. 64-я отметка – это уровень, при котором не случится затопления и подтопления населенных и промышленных объектов, но при этом решится достаточно большой объем проблем. И проблем, прежде всего, не энергетических, а например, с судоходством. Пока что грузовые суда идут с ограничением по осадке, им приходится недогружаться, а это прямые убытки транспортной отрасли. Даже такое небольшое поднятие уровня воды значительно упростит грузовым перевозчикам жизнь. Плюс будут решены вопросы и экологического характера, и водоснабжения. В общем, целый ряд проблем. 

– Вы хотите сказать, что с точки зрения работы самой Нижнекамской ГЭС преимущества от такого подъема окажутся не слишком ощутимыми?

– Безусловно, мы будем наблюдать некое увеличение объемов выработки электроэнергии. Но хочу подчеркнуть, что для «Татэнерго» ключевой интерес здесь даже не экономический, а эксплуатационный. Главная проблема Нижнекамской ГЭС заключается в том, что во время половодья у нас снижается напор на гидроагрегатах. Напор – это перепад уровней между верхним и нижним бьефом. Подобная ситуация приводит к тому, что на гидроагрегатах возникают нежелательные процессы – появление дополнительной вибрации на опорных узлах, биения вала. Мы заинтересованы в том, чтобы этот перепад, или напор, стал больше, чтобы нижний бьеф у нас стал пониже. Так как верхний бьеф у нас «стоит» практически на одном уровне: в диапазоне 63-63,5 метра либо 62,7-63,5 метра БС. Мы его держим. А вот нижний имеет высокий диапазон колебаний. Повышение уровня Нижнекамского водохранилища приведет к увеличению напора, и это благоприятно скажется на функционировании генерирующего оборудования. То есть наш интерес в большей степени технический. 

Нижнекамская ГЭС – последняя ступень Камской ветки Волжско-Камского каскада

Фото: © Михаил Захаров / ИА «Татар-информ»

– Вы еще год назад заявляли о том, что вопрос прорабатывается. И какая сейчас ситуация? Почему так долго все решается?

– В данном вопросе лучше не спешить. В первую очередь вопрос необходимо согласовать со всеми заинтересованными сторонами, с регионами, чьи территории граничат с водохранилищем: это Удмуртская Республика, Пермский край, Башкортостан и сам Татарстан. При подъеме до 64 метров БС территории Пермского края затронуты не будут, но в любом случае мы их включаем, мы до них доводим информацию. Когда я говорю «мы», я имею в виду не только «Татэнерго», а целую группу, которая занимается этим вопросом. Это и федеральные власти – подключено и Минэнерго, и Минприроды, и Минтранс, и региональные органы. Некоторые регионы, например, за собственные средства проводили работы по актуализации зон затопления и подтопления, определения береговой линии. Вопрос решается не быстро, а поэтапно. И еще отмечу, что «Татэнерго» не инициатор идущего сейчас процесса. Мы одна из сторон, которая поддерживает повышение.

– Свет в конце тоннеля виден?

– По Нижнекамскому водохранилищу мы, по крайней мере, видим перспективы решения вопроса. Еще раз – проблем много, и не только энергетических. На данный момент активно обсуждается вопрос развития транспортного коридора «Север – Юг». И, безусловно, повышение уровня водохранилища будет способствовать реализации этого проекта – просто ввиду того, что ограничения по судоходству, по минимальным навигационным глубинам значительно сократятся.

К сожалению, есть ряд бюрократических процедур, которые мы обязаны пройти. И они требуют большого количества времени. Но, еще раз, здесь главное – не торопиться. Иначе жители могут неправильно понять, до них могут неправильно информацию донести. Поэтому лучше идти step by step (шаг за шагом, – прим. Т-и). Кстати, разработка новых Правил использования водных ресурсов водохранилища (ПИВР) – это последнее звено.

Между «Татэнерго» и «РусГидро» подписано соглашение о сотрудничестве

Фото: © Салават Камалетдинов / «Татар-информ»

«Главное для модели – данные»

– Вернемся к теме «Гидрокаскада»: вы взаимодействовали при разработке программного комплекса с «РусГидро»?

– Да, конечно, тем более что между «Татэнерго» и «РусГидро» подписано соглашение о сотрудничестве. И в этом плане мы достаточно активно взаимодействуем. Большое им спасибо. (В «РусГидро» ИА «Татар-информ» рассказали, что из «Татэнерго» был запрос о налаживании обмена информацией о режимах работы ГЭС, находящихся выше и ниже по течению от Нижнекамской ГЭС, для целей обеспечения работы программного комплекса «Гидрокаскад». Вопрос был рассмотрен положительно, обмен информацией организован.)

Ключевая особенность «Гидрокаскада», когда мы его создавали, как и у любой предиктивной модели, – это получение данных. Нам нужно огромное количество данных, чем больше – тем лучше. Основные поставщики – это и генерирующие компании, и региональные органы исполнительной власти (некоторые данные по гидропостам получаем от них), и научные организации, и даже иностранные источники. И Росгидромет, безусловно. Они большие молодцы и делают достаточно нужную, правильную работу, но, к сожалению, некоторые данные от них «хромают». В частности, по осадкам, по запасам воды, по высоте снежного покрова. Периодически мы просто не получаем эти цифры.

А с иностранными источниками в этом году другая проблема возникла – мы не можем оплатить им данные. Но если вдруг доступ к иностранным данным вообще закроется, мы автоматически перейдем на Росгидромет.

Саму математическую модель описать было не так сложно, тем более что я защищал кандидатскую диссертацию по этому вопросу. Важнее было обеспечить ее данными и «научить» с ними работать. Таким образом, основная нагрузка лежала на исследовательской деятельности. Разработка самого программного комплекса с точки зрения трудовых ресурсов отнимает значительно меньше ресурсов.

– Сколько «Татэнерго» вложило средств в создание программного комплекса?

– Это коммерческая тайна. Тем более нельзя сказать, что работа над «Гидрокаскадом» закончена. Мы сейчас находимся в процессе доработки системы. Думаю, на это уйдет еще год. Скорее всего, даже потребуется время до конца 2023 года. Если получится раньше – замечательно, но на нашем пути постоянно возникают подводные камни. Прежде всего, с источниками данных, это самая больная история. Кроме того, необходимо еще и резервировать источники.

На текущий момент в тестовом режиме мы дали доступ Росводресурсам, региональным властям, научным организациям, МЧС и другим. В настоящий момент активно работаем с ними, получаем крайне важную для нас обратную связь. Общее количество пользователей у системы уже – порядка 26 организаций. И пользуются ею весьма активно. Нам приходится увеличивать мощности серверов, потому что нагрузка на комплекс возрастает. Каждому пользователю недостаточно видеть то, что посчитала система, многие из них постоянно моделируют режимы. А моделирование – это дополнительная нагрузка на сервера.

Федеральное агентство устанавливает режимы для ГЭС, руководствуясь прописанными в Правилах использования водохранилищ (ПИВР), которые имеет каждое водохранилище, диспетчерскими графиками

Фото: ru.wikipedia.org; общественное достояние

«Это как сервис “Погода”, только связанный с водными ресурсами»

– Но чем модель, которую вы заложили в основу «Гидрокаскада», отличается от той, которой сейчас руководствуются Росводресурсы при установлении расходных режимов на гидроузлах?

– Федеральное агентство устанавливает режимы для ГЭС, руководствуясь прописанными в Правилах использования водохранилищ (ПИВР), которые имеет каждое водохранилище, диспетчерскими графиками. И в них четко указано, как то или иное водохранилище должно эксплуатироваться. Далее от Росгидромета приходят данные по прогнозам притоков воды. Плюс каждый водопользователь, представители которых включены в межведомственные рабочие группы при бассейновых управлениях Росводресурсов, на которой и принимают решения об уровнях, имеет право вносить свои предложения по корректировке режимов. Есть прогноз по притокам, есть правила эксплуатации водохранилищ, вы знаете ограничения каждого водохранилища, у вас есть интересы каждого водопользователя, и задача Росводресурсов – найти компромиссное решение, при котором не будут нарушены ПИВР.

Мы, как ГЭС, тоже вносим свои предложения по корректировке режимов и подтверждаем наши предложения уже обоснованными расчетами. В этом плане «Гидрокаскад» позволяет повысить качество этих обоснований. Одно дело, когда предлагаешь скорректировать расходы на основании каких-то умозаключений, цифр, которые ничем не обоснованы. А другое – обосновать все расчетами и показать, что при таком вот выборе решение будет иметь положительный эффект не только для нас, но и для других водопользователей. Или как минимум не будет иметь отрицательного эффекта.

Особенность «Гидрокаскада» еще в том, что мы собираем абсолютно все данные, которые можно собрать. И предиктивная модель выстраивается таким образом, что она ищет признаки, которые имеют связь с целевой переменной. Система обновляет расчеты ежесуточно в 9:00, все происходит автоматически. На выходе модель показывает, что будет с тем или иным водохранилищем, ГЭС или гидропостом в ближайшей перспективе.

– Практическая польза для вас как собственника ГЭС понятна. А для других водопользователей – зачем им все эти расчеты и модели?

– Во-первых, как я уже говорил, водопользователи раньше не имели доступа к данным, они не знали, что будет с водохранилищами в ближайшей перспективе. Но получение такой информации – это крайне важная опция для всех. Вот мы все привыкли к мобильному сервису «Погода». А «Гидрокаскад» – это что-то такое же, только связанное с водными ресурсами, водохранилищами. Заходите и смотрите, что произойдет в ближайшей перспективе, какой будет уровень воды, следует ли волноваться. Кому-то важна толщина льда, кому-то – скорость течения воды или приточность, большинству же важен уровень, точнее – то, как он будет изменяться в зависимости от множества переменных. Просто со стороны может показаться, что водопользователей не так много, но их огромнейшее количество. И у всех свои интересы.

«Если идет половодье, то межведомственная рабочая группа собирается не раз в месяц, как обычно, а раз в две недели или даже чаще, по мере необходимости, потому что половодье – режим сложный»

Фото: ru.freepik.com 

– А насколько ваша модель способна что-то прогнозировать вдолгую? Мы же все знаем, как сбываются прогнозы Росгидромета...

– Только ленивый не ругает Росгидромет. Но очевидно, что любой прогноз имеет вероятностный характер. Наша модель в половодье дает прогноз на две-три недели, в межень – на большие сроки. Многое зависит от текущего состояния. Если идет половодье, то межведомственная рабочая группа собирается не раз в месяц, как обычно, а раз в две недели или даже чаще, по мере необходимости, потому что половодье – режим сложный. «Фишка» «Гидрокаскада» в том, что он каждый день пересчитывает режимы. И пользователи могут видеть каждый день, как меняются параметры. И главное – почему они меняются. И в любом случае смогут получить актуальный на текущий день расчет. 

– В перспективе вы будете давать к «Гидрокаскаду» платный доступ? И ваш план какой – чтобы комплекс взяли на вооружение в Росводресурсах?

– Главное сейчас – это доделать решение и быть спокойными за качество предоставляемых данных. Если мы будем спокойны за качество, дальше можно думать и о другом. Основная деятельность направлена еще и на реализацию двух функций: прогноз параметров в любой координате водохранилищ каскада (пока что функция реализована только для Куйбышевского и Нижнекамского) и, конечно, повышение качества предиктивной модели притоков воды.

Что касается второй части вопроса, то это решать федеральному агентству. Если математическая модель, качество прогнозов нашего программного продукта их будут устраивать, мы со своей стороны абсолютно без ограничений предоставим полный доступ. Но и сейчас с «Гидрокаскадом» можно работать эффективно.

Читайте также: «Если бы Нижнекамское водохранилище подняли до 64 метров, Казанка не обмелела бы»

Фото на анонсе: ru.wikipedia.org; общественное достояние