Gigantisk mur De Tre Slugters Dæmning

Suurpato nosti vesivoiman uudelle tasolle

Kiinassa sijaitseva 185 metriä korkea ja 2,3 kilometriä pitkä Kolmen rotko pato on valtava betonimuuri. Nerokkaiden keksintöjen ansiosta sen vesivoimala voi tuottaa ennätyksellisen paljon sähköä.

Kiinassa sijaitseva 185 metriä korkea ja 2,3 kilometriä pitkä Kolmen rotko pato on valtava betonimuuri. Nerokkaiden keksintöjen ansiosta sen vesivoimala voi tuottaa ennätyksellisen paljon sähköä.

Ritzau Scanpix

Eräänä vuoden 1878 iltana Koillis-Englannissa sijaitsevan Cragsiden kartanon galleria valaistui kuin taikaiskusta, kun sähkölamppu syttyi.

Seinällä olevat maalaukset näyttivät yhtäkkiä kylpevän auringonpaistetta muistuttavassa valossa, ja kartanon isäntä, insinööri William George Armstrong, säteili kilpaa keinovalon kanssa.

Ensimmäistä kertaa maailmanhistoriassa talo oli valaistu vesivoimalan sähköllä, ja läpimurron takana oli Armstrong itse. Paikkakunnan vesimyllyn innoittamana keksijä rakensi talonsa lähellä virtaavaan jokeen padon ja antoi patoaltaan veden pyörittää kahdeksan hevosvoiman sähkögeneraattoria.

Vaikka maailman ensimmäinen vesivoimala oli pieni, sillä oli suuri merkitys, sillä se aloitti uuden aikakauden: ihmiskunta alkoi tuottaa virtaavalla vedellä sähköä. Vesivoimaloiden aikakausi huipentui vuonna 2012 jättiläislaitokseen, joka vastaa tuotantokapasiteetiltaan 22:ta ydin- tai hiilivoimalaa.

111,8 miljardia kilowattituntia sähköä tuotti Kolmen rotkon pato vuonna 2020.

Pato näkyy avaruuteen

Kaikkien aikojen suurin pato, Kolmen rotkon pato, on 185 metriä korkea ja 2 335 metriä leveä. Se sijaitsee Kiinassa Sandoupingissa Hubein maakunnassa.

Rakennelma tulppaa Aasian pisimmän ja runsasvetisimmän joen, Jangtsen, ja aiheuttaa niin suurta ihmetystä, että sitä kutsutaan jopa maailman kahdeksanneksi ihmeeksi.

Nasan mukaan pato on niin suuri, että se kuuluu niihin harvoihin ihmisen aikaansaannoksiin, jotka voi erottaa avaruudesta paljain silmin.

Brittiläinen muurari ja kaksi insinööriä mahdollistivat suurpatojen rakentamisen. Uranuurtajat kehittivät oivalliset rakennusmateriaalit ja keksivät tavan hyödyntää virtauksen voimaa.

Suurpato Joseph Aspdin
© Mary Mark Ockerbloom

1. Muurari loi sopivan rakennusmateriaalin

Vuonna 1824 brittiläinen muurari Joseph Aspdin keksi portlandsementin polttamalla kalkin, saven ja hiekan seosta ja hienontamalla sen jauheeksi. Kun jauheeseen lisättiin vettä ja pikkukiviä, massa kovettui kivikovaksi – myös veden alla.

Suurpato William George Armstrong
© Lock & Whitfield.

2. Asetehtailija valaistui vesivoimasta

Vesimyllyn innoittamana brittiläinen aseinsinööri William George Armstrong rakensi vuonna 1870 ensimmäisen generaattoriin perustuvan vesivoimalan, joka tuotti sähköä muun muassa hänen kotinsa pesukoneelle, pölynimurille ja myöhemmin valaisimelle.

Suurpato John Savage
© U.S. Bureau of Reclamation

3. Insinööri kovetti betonin nopeasti

Yhdysvaltalaisinsinööri John L. Savage esitteli 1930-luvulla vesiputkiin perustuvan massiivisten betonirakenteiden jäähdytystekniikan. Keinotekoisen sisäisen viilennyksen ansiosta betoni kovettuu jo muutamassa kuukaudessa – yli sadan vuoden sijasta.

Patoon kuuluu maailman suurin vesivoimala, jonka teho on 22 500 megawattia. Vertailun vuoksi mainittakoon, että hiili- tai ydinvoimalaitokset toimivat keskimäärin noin 1 000 megawatin teholla.

Rakennelma sisältää lisäksi maailman korkeimman alusten nostimen: se voi siirtää jopa 3 000 tonnia painavia aluksia vedentasolta toiselle.

Padon taakse jyrkkäseinäisten vuorien väliin on muodostunut valtava tekoallas, joka ulottuu 600 kilometrin päähän ja on jättänyt veden alle paljon maata.

Melkein kaksi miljoonaa ihmistä pakotettiin muuttamaan joen varrelta, koska heidän kylänsä ja peltonsa peittyivät veteen padon valmistuttua.

Betonikolossin tehtävänä on paitsi säännöstellä Jangtsen vesistöä ja ehkäistä toistuvia tuhotulvia, joissa kuoli pelkästään 1900-luvulla noin 300 000 ihmistä, myös tuottaa ympäristöystävällistä sähköä sellaisten miljoonakaupunkien kuin Wuhanin, Nanjingin ja Shanghain asukkaille.

Suurpato Banqiaon pato

Vuonna 1975 myrsky sai Banqiaon padon ja 61 muuta kiinalaispatoa pettämään. Jopa 240 000 ihmisen kuoltua Kiinassa alettiin kiinnittää enemmän huomiota patojen turvallisuuteen.

© Unknown

Alkuperäisen suunnitelman mukaan voimalan piti tyydyttää kymmenesosa Kiinan sähköntarpeesta, mutta maan jatkuvasti kasvavan sähkönkulutuksen takia osuus on vain noin kolme prosenttia.

181 tonnia räjähdysainetta mursi esteen

Suurpato ja jättivoimala olivat vallankumousjohtaja Sun Yat-senin idea, jonka hän esitti jo vuonna 1919. Sitä päästiin toteuttamaan käytännössä vasta vuonna 1994. Kun Kolmen rotkon patoa alettiin rakentaa joulukuussa, yli 40 000 ihmistä palkattiin sinne kolmivuorotyöhön.

Rakennushanke kesti yli 18 vuotta. Vesivoimalan 32 turbiinia otettiin käyttöön nimittäin vuonna 2012.

Suunnitteluun ja rakentamiseen liittyi paljon ongelmia. Ensiksi insinöörien piti keksiä keino ohjata mahtava virta ohi niin, että patoa päästiin ylimalkaan pystyttämään.

Kofferdamiksi kutsutut väliaikaiset kuivat, vettä läpäisemättömät aidatut alueet mahdollistivat padon rakentamisen vaiheittain.

Suurpato Hooverin pato

© Shutterstock

3 tekniikkaa siivitti vesivoiman menestykseen

Melkein viidesosa maailman sähköstä on vesivoimaa. Kolme keksintöä laski maailmanmenestyksen perustan ja loi edellytykset sille, että yli miljardi ihmistä voi käyttää vihreää sähköä.

Eri rakennusvaiheiden aikana Jangtse virtasi vain osittain vapaana, mutta vesiliikennettä ei jouduttu lopettamaan.

Viimeinen kofferdami räjäytettiin hajalle 6. kesäkuuta 2006. Valtava räjähdys kesti 12 sekuntia.

181 tonnia räjähdysainetta – määrällä räjäyttäisi maan tasalle 400 kymmenkerroksista kerrostaloa – ja 2 540 sytytintä käytettiin vuodesta 2003 mahtavaa Jangtsea kahlinneen 580 metriä pitkän ja 140 metriä korkean esteen hajottamiseen.

3 932 megawattia on ollut Ruotsin suurimman ydinvoimalan, Ringhalsin, teho enimmillään.

Paino vakauttaa patoa

Patoja on rakennettu yli 5 000 vuoden ajan. Vanhimpia tunnettuja patoja on 4,5 metriä korkea ja 80 metriä leveä Jawan pato Koillis-Jordaniassa. Se rakennettiin noin vuonna 3 000 eaa. maa- ja kiviaineksista.

Padon tehtävänä oli kerätä pienen joen vettä, jotta kyläläiset voivat käyttää sitä viljelmiensä kastelemiseen.

Noin 400 vuotta myöhemmin, siis vuoden 2600 eaa. tienoilla, Egyptiin alettiin rakentaa ajankohtaan nähden valtavaa Sadd-al-Kafaran patoa, josta piti tulla 14 metriä korkea ja 113 metriä pitkä.

100 000 tonnista soraa ja kiveä koostunut pato ei valmistunut koskaan. Kun sitä oli rakennettu noin kymmenen vuotta, kuohuvat vesimassat söivät sen rikki.

Suurpato Jinpingin voimala

Kiinassa Jalongjoessa sijaitseva 305 metriä korkea Jinping 1 -pato on maailman korkein pato.

© Peng Lin

Seuraavien vuosisatojen aikana padottiin erikokoisia jokia ja puroja eri puolilla maailmaa joko siksi, että haluttiin ehkäistä tulvia, tai siksi, että tarvittiin vesivarasto, josta saatiin käyttö- ja kasteluvettä ja vesivoimaa.

Meksikolaiset alkoivat 1700-luvun lopulla rakentaa ensimmäisinä poikkileikkaukseltaan kolmikulmaisia massiivipatoja. Tästä profiilista tuli sittemmin suosittu kaikkialla maailmassa, ja siihen perustuu esimerkiksi Kolmen rotkon pato.

Myös gravitaatiopadoksi kutsutun massiivipadon vakaus johtuu sen suuresta omasta painosta, jolla se vastustaa veden painetta.

Muurari keksi ihmeaineen

Yksi padonrakennuksen kannalta merkittävimmistä keksinnöistä tehtiin vuonna 1824. Brittiläinen muurari Joseph Aspdin kehitti tuolloin uuden, erittäin kestävän rakennusmateriaalin, portlandsementin, joka on nykyään yleisin sementtityyppi ja betonin keskeinen ainesosa.

Jo muinaiset roomalaiset käyttivät betonimaista rakennusainetta, opus caementiciumia, jota valmistettiin tuliperäisestä tuhkasta, kalkista ja kulloinkin tarjolla olevasta kiviaineksesta. Rooman Pantheon on edustava esimerkki roomalaisesta betonirakentamisesta. Ajan mittaan roomalaisopit unohdettiin, ja vasta 1700-luvulla sementin kehitys sai vauhtia.

Aspdinin keksinnön myötä betoni, jonka tärkein raaka-aine sementti on, alkoi lisätä suosiotaan rakennusmateriaalina.

Vuonna 1872 Kentiin New Yorkiin valmistui kaikkien aikojen ensimmäinen betonipato: Boyds Corner Dam -massiivipato.

Portlandsementtiin perustuva rakennelma ennakoi uuden ajan alkamista padonrakennuksessa. Kehitys johti 1930-luvulla 221 metriä korkean ja 379 metriä pitkän Hooverin padon rakentamiseen Coloradojokeen Nevadan ja Arizonan rajalla Yhdysvalloissa.

Vaikuttavaan rakennelmaan upposi peräti kuusi miljoonaa tonnia sementtiä – määrästä olisi syntynyt 1,2 meriä leveä jalkakäytävä maapallon ympäri päiväntasaajaa pitkin. Vuosien 1931 ja 1936 välillä yhdysvaltalaisen rakennusinsinöörin John L. Savagen johtama työmaa työllisti 21 000 rakentajaa.

Hooverin padolla pyrittiin muun muassa ehkäisemään tulvia ja lisäämään sähköntuotantoa.

Kiinassa seurattiin tarkasti maailman suurimman padon pystyttämistä, ja Savage sai vuonna 1944 kutsun tulla Kiinaan selvittämään mahdollisuuksia rakentaa Kolmen rotkon pato voimaloineen.

Savage näki kiinalaishankkeessa paljon potentiaalia: suurpato ei ainoastaan kesyttäisi Jangtsea, vaan se myös nostaisi suunnattoman vesivoimavarannon avulla kiinalaisten elintasoa.

Hollantilainen haluaa padota Pohjanmeren

Savage kuoli vuonna 1967, eikä hän siten ehtinyt nähdä suurpatovision toteutumista. Hän oli oikeassa siinä piilleen potentiaalin suhteen. Kun Hooverin padon voimala on kapasiteetiltaan noin 2 080 megawattia, Kolmen rotkon padon voimala voi saavuttaa yli kymmenkertaisen tehon.

Kolmen rotkon pato saattoi aikoinaan tuntua suuruudenhullulta hankkeelta, mutta tulevaisuudessa voidaan panna vielä paremmaksi. Kyseessä on ajatus Pohjanmeren patoamisesta.

Vuonna 2020 meritieteen tutkija Sjoerd Groeskamp Alankomaiden kuninkaallisesta merentutkimuslaitoksesta esitteli todella mittavan NEED- eli The Northern European Enclosure Dam -nimisen rakennushankkeen, joka tähtää Luoteis-Euroopan suojaamiseen ilmastonmuutokseen liittyviltä tulvilta.

Ajatuksena on rakentaa 475 kilometriä pitkä pato Skotlannin ja Norjan välille ja 161 kilometriä pitkä pato Englannin kanaalin eteläosaan. Groeskampin ja hänen kollegoidensa mukaan padot antaisivat 25 miljoonalle eurooppalaiselle suojaa merenpinnan nousua vastaan mannerjäätiköiden sulaessa joko kokonaan tai osittain.

Pohjanmeren valtavaksi järveksi muuttava megalomaaninen rakennushanke nielisi tutkijoiden mukaan 250–500 miljardia euroa ja kestäisi noin 20 vuotta. Aikaa kuluisi vain kaksi vuotta enemmän kuin insinööritaidon ihmeisiin kuuluvan Kolmen rotkon padon rakentamisessa.