Краткий очерк развития гидроэнергетики СССР
1
Предыстория гидроэнергетики
Целенаправленное использование водных ресурсов рек началось еще в глубокой древности. Известны оросительные системы. созданные в Египте за 4 000—3500 лет до нашей эры. Водяное колесо — основа самых простых гидравлических установок — применялось в системах орошения Древнего Египта. Китая, Индии для подачи воды из рек, а в I—II вв. до нашей эры в Древней Греции и Римской империи — в качестве привода жерновов водяных мельниц. Начало распространения их в Европе относят к V в. На Руси водяные колеса появились и X-XIII вв.
В XVII—XVIII вв. область применения водяных колес резко расширилась: появились водяные крупорушки, лесопильни, установки для обработки сукон, установки на железоплавильных заводях. приводившие в действие молоты для ковки железа.
К концу XVIII в. в России уже насчитывалось около 3 000 различных производств, использовавших водную энергию. От водяных колес механическая сила передавалась валам машин и установок посредством ременных (а позднее и зубчатых) передач.
Некоторые заводские гидросиловые установки того времени (их чаще всего продолжали называть водяными мельницами) удивляют своей сложностью и мощностью. Среди них выделяется гидравлическая установка, построенная в 80-х годах XVIII столетия на Алтае известным русским изобретателем и гидротехником К. Д. Фроловым. Вода р. Змеевки была подперта Змееногорской земляной плотиной высотой 18 м и последовательно вращала три водяных колеса диаметром до 17 м, расположенных на канале, проходившем частично под землей.
Наряду со строительством гидравлических установок значительное развитие получили в XVIII и начале ХIХ вв. искусственные водные пути. Еще при Петре I началось строительство Вышневолоцкой (1708 г.) и Мариинской (1718 г.) водных систем. Через 100 лет (1811 г.) была открыта для судоходства Тихвинская система.
В XVIII в. была изобретена паровая машина, а в XIX в. появились железные дороги. Развитие водного транспорта и гидросиловых установок временно приостановилось. К тому же водяные колеса обладали существенными недостатками: незначительной мощностью, громоздкостью, низким коэффициентом полезного действия.
Подъем гидротехнического строительства и гидроэнергетики относится к последней четверти XIX столетия. Развитие капитализма в России, рост городов, интенсификация сельского хозяйства потребовали создания новых источников энергии, реконструкции старых и строительства новых водных путей, водопроводов в городах, осуществления в значительных масштабах орошения земель. В этот же период были созданы современные гидравлические двигатели — турбины с высоким коэффициентом полезного действия: радиально-осевая (Френсиса) и ковшовая (Пельтона).
Примерно в то же время были изобретены электрические генераторы переменного тока и найден способ передачи электрической энергии на большое расстояние.
В 1874—1875 гг. русский электротехник Ф. А. Пироцкий впервые передал на расстояние до 1 км электрическую энергию. А в 1877 г. он выступил в «Инженерном журнале» со статьей «О передаче работы воды, как движителя, на всякое расстояние, посредством гальванического тока» (здесь же Пироцкий впервые произвел сравнительные расчеты эксплуатационных расходов силовых установок с паровыми и водяными двигателями, и показал размеры экономии, достигаемой применением гидравлических установок).
Через несколько лет, в 1882 г., французский инженер Марсель Депре на Мюнхенской выставке продемонстрировал передачу тока высокого напряжения на расстояние 57 км от гидравлической установки.
По этому поводу Ф. Энгельс писал: «Новейшее открытие.... окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными условиями, делает возможным использование также и самой отдаленной водяной энергии и, если в начале оно будет полезно только для городов, то в конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней»2.
Большой вклад в развитие гидроэнергетики внес русский инженер М. О. Доливо-Добровольский.
1 Поворотнолопастная турбина (Каплана) была предложена позднее — в 1912 г.
2 Сочинения К. Маркса и Ф. Энгельса, т. XXVII, изд. 1935 г., с. 289. Будучи политическим эмигрантом, он в 1891 г. в связи с международной электротехнической выставкой в Германии переоборудовал гидросиловую установку на р. Неккар в гидроэлектростанцию мощностью 220 кВт с генератором трехфазного тока и впервые осуществил передачу от нее электроэнергии переменным током напряжением 8500 в на расстояние 170 км во Франкфурт-на-Майне.
В царской России эти открытия и достижения передовой инженерной мысли развития не получили, хотя русские гидротехники разрабатывали имевшие большое значение для экономического развития страны проекты использования водных ресурсов.
В 1892 г. Η. Н. Бенардос предложил проект гидроэлектростанции мощностью 10—20 тыс. л. с. на р. Неве у Ивановских порогов для электроснабжения Петербурга.
В 1892—1894 гг. инж. В. Ф. Добротворский разработал проект сооружения гидроэлектростанции (32,4 тыс. л. с.) на р. Нарве у Нарвских порогов с передачей электроэнергии посредством трехфазного тока напряжением 20 тыс. в в Петербург. Он же в 1895—1899 гг. составил проекты гидроэлектростанций на водопаде Б. Иматра (50 тыс. л. с.) и на порогах Волхова.
В начале XX в. были разработаны проекты крупных по тому времени гидроэлектростанций на реках Свири, Северном Донце, Терекс, Бзыби и др. [Л. 7].
Над проектами использования энергии Днепра и создания судоходного пути в районе знаменитых Днепровских порогов работали инженеры Н. С. Лелявский (1893 г.), В. Е. Тимонов (1894 г.), С. П. Максимов и Г. О. Графтио (1905 г.), А. М. Рундо и Д. И. Юскевич (1910 г.), проф. Б. Λ. Бахметев (1913 г.), инженеры Ф. П. Моргуненков (1913 г.), И. А. Розов (1914— 1915 гг.)2.
Гидравлика и гидромеханика в дореволюционной России благодаря трудам В. М. Лахтина, Н. С. Лелявского, Д. И. Менделеева, Η. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина и других крупных инженеров и ученых опережали западную науку.
Непреодолимым препятствием к широкому использованию подпой энергии были общая техническая отсталость страны и частно-капиталистический способ производства, а также слабая изученность рек. Первая попытка более или менее полно учесть водноэнергетические ресурсы была сделана в 1911 —1912 гг.
В результате использование водной энергии в России продолжало базироваться в основном на гидросиловых установках, непосредственно передававших «живую» силу воды тем или иным механизмам.
- Из истории электротехники. О. Н. Веселовский. 75 лег электропередачи трехфазным током. «Электричество», 1966, № 12.
- Первый проект по расчистке Днепровских порогов относится к 1796 г.. В XIX в. было разработано еще несколько проектов по шлюзованию Днепра.
В начале XX в. имелись десятки тысяч примитивных водяных мельниц и установок общей мощностью около 990 тыс. л. с. (1912 г.). Лишь седьмая — восьмая часть этой мощности приходилась на гидротурбинные механические установки. Остальная мощность по-прежнему вырабатывалась водяными колесами. Это в то время, когда за границей водная энергия использовалась преимущественно при помощи турбинных установок, в основном гидроэлектрических, и водяные колеса отошли в область предания.
Одна из самых первых в России гидроэлектрических установок была сооружена еще в 1892 г. на р. Березовке на Алтае под руководством горного инженера Кокшарова. Гидроэлектростанция мощностью около 150 кВт (в четырех турбинах) обеспечивала электроснабжение шахтного водоотлива на известном Зыряновском руднике. Ее появление именно на рудном Алтае нельзя считать случайным. Здесь, как известно, уже начиная с XVII в. создавались многочисленные гидросиловые установки — энергетическая основа важнейших отраслей русской промышленности в XVII, XVIII и первой трети XIX в.
Первая в России промышленная гидроэлектрическая установка на трехфазном токе была введена в эксплуатацию в 1896 г. на р. Охте. Эта гидроэлектростанция мощностью около 260 кВт (350 л. с.) снабжала электроэнергией первое электрифицированное предприятие России — Охтинский пороховой завод в Петербурге. Она была создана на базе заводской гидросиловой установки под руководством В. Н. Чиколева и Р. Э. Классона.
Почти одновременно с Охтинской была введена в эксплуатацию (18/IX 1896 г.) гидроэлектростанция на р. Ныгри, на одном из приисков Ленского золотопромышленного товарищества. Оборудованная генераторами трехфазного тока она была одной из первых электростанций такого типа в России. Генераторное напряжение Ныгринской ГЭС трансформировалось до 10000 в и передавалось на расстояние свыше 20 км (первая в России высоковольтная ЛЭП). К концу XIX в. на Ленских золотых приисках было построено две, а к 1917 г. в общей сложности работало шесть гидроэлектростанций общей мощностью около 2,5 тыс. кВт 1.
1 В. В. Алексеев. Первые гидроэлектростанции в Сибири. «Вопросы истории естествознания и техники», вып. 14, 1963, с. 109—111.
2 По данным некоторых источников (в частности. Т. Л. Золотарев, Гидроэнергетика, 1955, с. 28 и 78) —около 8 400 квт.
Самой крупной гидроэлектростанцией была Гиндукушская на р. Мургаб мощностью 1350 кВт (в царском имении в Туркестане). Наиболее крупная гидравлическая турбина, изготовленная в России (в Риге), имела мощность около 300 кВт (400 л. с.).
В дореволюционной России на гидроэлектростанциях вырабатывалось всего 35—37 млн. кВт-ч электроэнергии в год (1913 и 1916 гг.). Среди развитых стран Россия в области гидроэнергетики, так же как и по энергетике в целом, занимала одно из последних мест. Достаточно сказать, что в то время мощность гидроэлектростанций США составляла 2,8 млн. кdт, а их выработка—7,4 млрд. κвτ·ч. В США, Канаде, Франции, Италии и некоторых других странах находились в эксплуатации гидроэлектростанции мощностью в десятки тысяч киловатт каждая. Единичная мощность гидравлических турбин уже достигала 38 тыс. кВт (США).
