1.2. Развитие гидроэнергетики с начала и до середины XX века

На этом этапе начинается освоение гидроэнергетических ресурсов со строительством относительно крупных ГЭС в США, Канаде, странах Западной Европы, СССР и других странах. Мощность ГЭС достигает сотен и тысяч мегаватт, совершенствуются конструкции турбин, генераторов, резко увеличивается емкость водохранилищ, высота плотин на скальных основаниях достигает 100 м и более.

Особенно большое гидроэнергетическое строительство с начала и до середины ХХ века велось в США, где строились крупные гидроузлы с ГЭС и плотинами разных типов. При этом высота каменно-земляной плотины Matheews (1918 г.) составила 80 м, бетонных гравитационных плотин Long Lake (1916 г.) – 70 м, Norris (1936 г.) – 81 м, арочных плотин Arrowrock (1915 г.) – 107 м, Horse Mesa (1927 г.) – 93 м. В 1936 г. была введена в эксплуатацию самая крупная в мире в то время ГЭС Hoover мощностью 1344 МВт с арочно-гравитационной плотиной высотой 222,5 м и с водохранилищем объемом 35,2 км 3, а в 1942 г. ГЭС Grand Coulee мощностью 6188 МВт с гравитационной плотиной высотой 167,6 м и водохранилищем объемом 11,8 км 3.

Крупные гидроузлы с высокими плотинами и ГЭС строятся также во Франции, где высота плотин достигает: бетонной гравитационной Le Chambon (1934 г.) – 136 м, арочной Le Sautet (1934 г.) – 126 м, в Швейцарии гравитационной Schr ä h (1924 г.) –111 м, арочной Spitallamm (1932 г.) – 114 м, в Австралии гравитационной Burrinjuck (1928 г.) – 91 м с водохранилищем емкостью 1 км 3.

В этот период в связи с резким увеличением высоты плотин, объемов водохранилищ, учитывая отсутствие необходимого опыта, важнейшими стали вопросы обеспечения надежной работы в первую очередь плотин. Имевшие место аварии плотин приводили к катастрофическим последствиям, что наблюдалось, например, при разрушении в 1923 г. многоарочной плотины Глено (Италия) высотой 75 м, в 1927 г. гравитационной плотины Сент-Френсис (США) высотой 63 м и др.

Необходимость повышения надежности и безопасности плотин привела к совершенствованию их конструкций и технологий возведения, развитию теории плотиностроения, механики грунтов, гидравлики. Были созданы предпосылки для дальнейшего строительства больших плотин.

Вопросам влияния водохранилищ и ГЭС на окружающую среду уделялось ограниченное внимание, но, хотя казалось, что природные ресурсы беспредельны, уже начали проводиться исследования по оценке отрицательных последствий создания водохранилищ.

На этом этапе развитие гидроэнергетики России, а затем СССР в основном не отличалось от мирового. Важнейшее значение имело принятие в 1920 г. плана ГОЭЛРО, который определил стратегию в области энергетической политики страны, сформировал задачи электрификации как основы подъема народного хозяйства, а также предусматривал механизмы его реализации.

Большое внимание в плане ГОЭЛРО было уделено широкому использованию гидроэнергетических ресурсов. Вопросам развития гидроэнергетики в плане был посвящен раздел «Электрификация и водная энергия». План предусматривал строительство ГЭС прежде всего в крупных промышленных развивающихся районах и не только для производства электроэнергии, но и для организации водного транспорта и орошения. В плане отмечена необходимость строительства ГЭС на реках Днепр, Волхов, Свирь, а также в Средней Азии, на Кавказе, Алтае. Общая установленная мощность всех крупных районных электростанций (ГЭС и ТЭС) по плану ГОЭЛРО была равна 1750 МВт, в том числе 10 ГЭС – 640 МВт и 20 ТЭС – 1110 МВт.

С первых лет реализации плана ГОЭЛРО гидроэнергетическое строительство стало одним из главных направлений развития электроэнергетики, что было обусловлено наличием мощного гидроэнергетического потенциала.

Первой ГЭС, сооруженной по плану ГОЭЛРО под руководством проф. Г.О. Графтио, была Волховская ГЭС мощностью 58 МВт с водохранилищем емкостью 10,2 км 3, которая была введена в эксплуатацию в 1926 г., обеспечив электроснабжение Ленинграда, создав сплошной судоходный путь по р. Волхов. Были также построены Земо-Авчальская ГЭС в Грузии, Бозсуйская в Узбекистане, Ереванская в Армении и ряд других небольших ГЭС. В Украине в 1926–1929 гг. были введены небольшие ГЭС: Вознесенская и Первомайская на р. Южный Буг и ряд других общей мощностью более 8 МВт.

В 1928 г. общая мощность ГЭС достигла 103 МВт с выработкой 260 млн. кВт·ч.

В 1927 г. началось строительство самой мощной в Европе и крупнейшей в мире в то время Днепровской ГЭС мощностью 560 МВт ниже порожистой части р. Днепр у острова Хортица, в состав сооружений которой входили здание ГЭС с 9 гидроагрегатами мощностью по 62 МВт, бетонная гравитационная плотина высотой 60 м и длиной 760 м, а также большой судоходный шлюз. Бетонная плотина Днепровской ГЭС по своим техническим решениям и параметрам находилась на уровне лучших достижений мирового плотиностроения. В том же году в Харькове было создано Бюро водных исследований, положившее начало проектному институту «Укргидроэнергопроект» (в дальнейшем Укргидропроект), который со временем превратился в крупнейшую проектно-конструкторскую организацию Украины в области гидроэнергетики и водохозяйственного строительства.

В период до 1940 г. были введены в строй такие крупные ГЭС, как Днепровская, НижнеСвирская, первые волжские ГЭС.

Проектирование Днепровской ГЭС возглавил проф. И.Г. Александров. Проект предусматривал комплексное использование водных ресурсов с выработкой электроэнергии и созданием водного пути через знаменитые Днепровские пороги. Коллективу Днепростроя во главе с А.В. Винтером и Б.Е. Веденеевым потребовалось только пять лет на строительство комплекса сооружений ГЭС, первые агрегаты которой были введены в действие уже в 1932 г. (рис. 1.1).

Рядом с ГЭС вырос город Запорожье с такими промышленными гигантами, как Запорожсталь, Днепроспецсталь, алюминиевый, ферросплавный и др. Электроэнергия ГЭС по ЛЭП 154 кВ передавалась в промышленные районы Кривого Рога, Днепропетровска, Никополя. Была введена в эксплуатацию ЛЭП 220 кВ Днепровская ГЭС – Донбасс, положившая начало формированию одной из крупнейших в стране объединенных энергосистем – ОЭС Юга.

Рис. 1.1. Строительство Днепрогэса. Левобережная плотина, 1930 г.

 

Строительство Днепрогэса (с картины художника Д. Безуглого, 1940 г.)

Рис. 1.1. Строительство Днепрогэса. Левобережная плотина, 1930 г.

Днепрогэс является характерным примером создания на базе ГЭС мощного территориально-производственного комплекса.

В Украине в довоенный период было построено 268 небольших ГЭС, которые стали основой электрификации многих сельскохозяйственных районов.

В 1933 г. было завершено строительство Нижнесвирской ГЭС на р. Свирь мощностью 100 МВт. В этот же период введены в строй Кондопожская ГЭС в Карелии, Рионская, Дзорагетская ГЭС в Закавказье, Кадырьинская в Средней Азии и ряд других ГЭС.

В СССР в 1935 г. общая мощность всех ГЭС составила около 900 МВт.

На Северном Кавказе на притоках рек Терека и Сулака были построены ГЭС: Гизельдонская – в 1934 г., Боксанская – в 1936 г., Гергебильская – в 1937 г. с первой в СССР арочно-гравитационной плотиной высотой 70 м. В Средней Азии были построены ГЭС: Бурджарская в Узбекистане и Верхне-Варзобская в Таджикистане в 1937 г., Комсомольская и Тавакская (1-я очередь) на р. Чирчик в 1940 г.

На Алтае был построен ряд деривационных высоконапорных ГЭС на реках Граматухе, Ульбе, Хариузовке и др.

В северо-западном районе страны был введен в эксплуатацию каскад из 5 ГЭС на перепадах между бьефами Беломорско-Балтийского канала, а на Кольском полуострове для электроснабжения быстро развивающейся промышленности – ГЭС Нива 2 на р. Ниве в 1934 г., Нижнетуломская ГЭС на р. Туломе недалеко от Мурманска.

В развитии гидроэнергетики важное значение имело начавшееся использование водных ресурсов крупнейшей в Европе р. Волги. Была разработана схема р.Волги с целью использования ее водных ресурсов для гидроэнергетики, водного транспорта, ирригации, известная под названием «Схема Большой Волги».

В 1937 г. был введен в эксплуатацию канал имени Москвы общей длиной 128 км, который соединил р. Волгу с р. Москвой, обеспечив снабжение водой Москвы и обводнение Москвы-реки, создание вокруг Москвы обширных зон отдыха. Головным сооружением канала является Иваньковский гидроузел на р. Волге с ГЭС мощностью 30 МВт.

Угличская ГЭС. Общий вид

В 1940 г. была введена в эксплуатацию Угличская ГЭС мощностью 110 МВт, в 1941 г. – первая очередь Рыбинской ГЭС с водохранилищем объемом 25,4 км 3. На этих низконапорных ГЭС были установлены поворотно-лопастные турбины мощностью по 55 МВт при напоре 13,2 м с рабочими колесами диаметром 9 м.

В условиях возрастающих масштабов гидроэнергетического строительства для эффективного решения сложных научно-технических проблем создавались специализированные проектно-изыскательские, научные и строительно-монтажные организации. В 1930 г. был создан трест «Гидроэлектрострой», объединивший работы по проектированию, изысканиям и строительству ГЭС, а в 1932 г. проектно-изыскательские организации были выделены в трест «Гидроэлектропроект», преобразованный впоследствии в проектно-изыскательский институт «Гидроэнергопроект», в состав которого входил институт «Укргидроэнергопроект». Для выполнения проектноизыскательских работ по каналу Москва – Волга и Верхневолжским ГЭС создается Гидропроект, который возглавил выдающийся гидростроитель С.Я. Жук. (В 1962 г. оба института были объединены во Всесоюзный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект», в состав которого входили Укргидропроект, Ленгидропроект, Средазгидропроект, Бакгидропроект, Армгидропроект, Тбилгидропроект и др.). Активно работал ВНИИГ по научному обоснованию проектов.

С 1935 г. Укргидроэнергопроект приступил к системной разработке схем комплексного использования рек: Тетерева, Южного Буга, Днестра с его притоками, Северского Донца, Оскола. В период 1938–1940 гг. была разработана схема комплексного использования р. Днепр от Киева до устья, которая в послевоенные годы воплотилась в Днепровский каскад ГЭС и водохранилищ.

Второй агрегат Угличской ГЭС (запущен в промышленную эксплуатацию в 1941 г.)

Были созданы организации по производству специальных видов строительных работ и монтажу оборудования, такие как тресты «Гидромонтаж», «Гидроэлектромонтаж», «Гидромеханизация», «Гидроспецстрой». Трест «Гидроэлектрострой» был преобразован в Главгидроэнергострой, из которого в связи с увеличением объемов работ в азиатской части страны в дальнейшем был выделен Главвостокгидроэнергострой.

Производство гидросилового оборудования базировалось в г. Ленинграде на заводах «Электросила», ЛМЗ и в г. Харькове на заводах Турбинном и «Электротяжмаш».

В этот период складывается отечественная школа гидроэнергетики, для которой характерно планомерное, технически обоснованное, комплексное освоение гидроэнергетических и водных ресурсов. Строительству ГЭС предшествовала разработка схем комплексного использования рек, которые основывались на принципе каскадного расположения гидроузлов.

В 1940 г. общая мощность ГЭС достигла 1537 МВт с выработкой 5,1 млрд. кВт·ч, что составляло 10,6% общего производства электроэнергии.

Период военных лет (1941–1945 гг.) характеризуется перемещением гидроэнергетического строительства из европейской части страны, где было прекращено строительство ГЭС общей мощностью около 1 млн.кВт, на Урал, Казахстан и в Среднюю Азию, куда была перебазирована часть промышленности из временно оккупированных районов. На Урале были построены Аргазинская, Верхнетурская, Широковская и ряд других ГЭС, в Средней Азии – крупная Фархадская ГЭС мощностью 126 МВт на р. Сырдарье, а также около 40 малых ГЭС.

Важную роль играли ГЭС в обеспечении электроснабжения прифронтовых районов. Трудно переоценить значение Волховской ГЭС для электроснабжения Ленинграда в период блокады, Верхневолжских ГЭС для электроснабжения Москвы, особенно в зиму 1941–1942 гг.

В годы войны были разрушены свыше 60 ГЭС, в том числе такие крупные, как Днепровская, Нижнесвирская, было демонтировано оборудование на 7 ГЭС. Общая мощность выведенных из строя ГЭС превысила 1000 МВт.

В 1944 г. были начаты работы по восстановлению Днепровской ГЭС. Были построены новые ГЭС общей мощностью 280 МВт и восстановлены ГЭС общей мощностью 250 МВт.

В 1945 г. общая мощность ГЭС достигла 1300 МВт с выработкой 4,8 млрд. кВт·ч, что составило 11,2% общего производства электроэнергии.

ГЭС Гранд-Кули в Северной Америке на реке Колумбия (строительство ее завершено в июне 1942 года)