1.1. Начальный этап развития гидроэнергетики (конец XIX – начало ХХ в.)

С древнейших времен использование энергии рек было важным фактором, определяющим развитие цивилизации. На этом пути длиной более чем в три тысячи лет совершенствовался водяной двигатель от простейших водяных колес, использовавшихся в древнем мире с целью подачи воды для орошения, водоснабжения, для водяных мельниц, и водяных двигателей, обеспечивавших в эпоху промышленной революции растущие потребности в механической энергии на заводах и рудниках, до гидроагрегатов современных ГЭС.

Быстрое развитие и успехи электроэнергетики в конце XIX века явились основой для принципиально нового этапа использования гидроэнергетических ресурсов путем преобразования энергии воды в электроэнергию на ГЭС.

Могущество энергии воды

К концу XIX века уже были созданы эффективные гидравлические турбины, электрогенераторы переменного тока, осуществлена передача электроэнергии на значительные расстояния. Большой вклад в развитие гидроэнергетики внес русский инженер М.О. Доливо-Добровольский, под руководством которого в 1891 г. была построена первая промышленная ГЭС мощностью 220 кВт с генератором трехфазного тока (в местечке Лауфен на р. Неккар, Германия). Впервые от нее была осуществлена передача электроэнергии переменным током напряжением 8,5 кВ на расстояние 170 км во Франкфурт-на-Майне.

В Германии в Рейнфельде в 1898 г. была построена относительно крупная ГЭС мощностью 16,8 тыс.кВт с напором 3,2 м, а в 1911 г. ГЭС Аугст Вилен мощностью 44 тыс.л.с., в США в 1900 г. – Ниагарская ГЭС Адамс мощностью 500 тыс.л.с. с напором 41,2 м, в 1912 г. – ГЭС Ксокук мощностью 180 тыс.л.с. и др., во Франции в 1901 г. – ГЭС Жонаж мощностью 11,2 тыс.л.с. В Швейцарии в 1909 г. была построена первая ГАЭС.

В России в 1892 г. под руководством инженера Кокшарова была построена гидроэлектрическая установка мощностью 150 кВт на р.Березовке на Алтае для электроснабжения шахтного водоотлива на Зыряновском руднике. В 1896 г. под руководством В.Н. Чиколева и Р.Э. Классона была построена гидроэлектрическая установка на р.Охте мощностью около 290 кВт для электроснабжения Охтинского порохового завода, в 1903 г. – ГЭС на Северном Кавказе на р. Подкумок мощностью 990 л.с., в 1909 г. – Гиндукушская ГЭС на р.Мургаб мощностью 1590 л.с.

В Украине в 1893 г. для электрического освещения Илинецкого сахарного завода на расположенной вблизи от него водяной мельнице было установлена гидроэлектроустановка мощностью 40 л.с.

В начале ХХ в. в России сооружались только небольшие ГЭС, хотя были предложены проекты относительно крупных ГЭС. Еще в 1892 г. инженер Н.Н. Бенардос предложил проект ГЭС мощностью до 15 МВт на р. Неве у Ивановских порогов с передачей электроэнергии в г. Санкт-Петербург, в 1894 г. инженер В.Ф. Добротворский разработал проект ГЭС мощностью 24 МВт на р. Нарва у Нарвских порогов, а в 1895 –1899 гг. – мощностью 37 МВт на водопаде Иматра и на порогах р. Волхов. Проекты использования энергии Днепра в районе знаменитых Днепровских порогов и создания судоходного пути через пороги разрабатывали инж. 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.), инж. Шаппюи и проф. Голье (1912 г.), проф. Б. А. Бахметев (1913 г.), инж. Ф.П. Моргуненков (1913 г.), И.А. Розов (1915 г.), проф. В.Д. Николаи (1919 г.).

В России в этот период строились в основном ТЭС, обеспечивавшие более быстрое получение доходов и требовавшие меньших капиталовложений по сравнению с ГЭС. Так, в 1913 г. общая мощность ГЭС составляла около 16 МВт с выработкой 35 млн. кВт·ч, а суммарная мощность всех электростанций – около 1100 МВт с выработкой 1945 млн. кВт·ч. Мощность самой крупной ГЭС равнялась 1,3 МВт, а ТЭС – 40 МВт.

В целом в мире в самом начале ХХ в. общая мощность всех ГЭС составляла порядка 1000 МВт. На этих первых ГЭС качество гидросилового оборудования было невысокое, к.п.д. гидротурбин не превышал 0,80–0,84. Условия работы гидротехнических сооружений, их конструкции были весьма несовершенными.

Строительство и эксплуатация первых ГЭС заложили основы будущего развития гидроэнергетики, которая прошла большой и трудный путь от первых далеких от совершенства ГЭС мощностью в сотни киловатт до современных ГЭС, мощность которых составляет миллионы киловатт.

На основе накопленного опыта совершенствовались конструкции гидротехнических сооружений и технологическое оборудование, повышалась эффективность ГЭС. При этом важнейшее значение имели такие преимущества ГЭС, как использование возобновляемых природой гидроэнергоресурсов, отсутствие загрязнения окружающей среды, простота эксплуатации, обеспечение за счет комплексного использования водохранилищ потребностей водоснабжения, нужд водного транспорта.

Проекты широкого использования гидроэнергоресурсов разрабатывались в США, странах Европы, а строительство ГЭС в странах Европы развернулось в дальнейшем после первой мировой войны, когда необходимо было восстанавливать экономику.