Гидроэлектростанция Адамса
Электроэнергию на первых электростанциях вырабатывали паровые динамо-машины (генераторы). Мощность таких электростанций была невелика. Вырабатывать электрический ток в промышленных масштабах начали генераторы гидроэлектростанций (ГЭС), приводами которых служили гидротурбины — аналоги старинных водяных колёс. Первая ГЭС современного типа — гидроэлектростанция Адамса — заработала в 1882 г. на Ниагарском водопаде, с этой даты берёт начало современная электроэнергетика.
Первые электростанции
Томас Эдисон, внедряя электрическое освещение, «подсаживал» мир на новый вид энергии. Эту энергию он начал вырабатывать с помощью шести изобретённых им динамо-машин «Джамбо» на электростанции, построенной в 1882 г. на Пёрл-стрит в Нью-Йорке. Каждый «Джамбо» мощностью в 100 кВт (в 4 раза мощнее любого генератора того времени) производил постоянный ток напряжением 100-200 В для питания 1200 ламп. Ток индуцировался в витках соленоида-статора вращением магнита-ротора. Приводом ротора служили паровые турбины — ротационные двигатели, прообразом которых была турбина Бранка, та, с которой началась история паровых машин.
Паровые турбины требовали большого расхода топлива, что увеличивало цену производимой электроэнергии. Использование природной энергии, например силы падающей воды, удешевило бы производство электроэнергии и увеличило мощность электростанции. Впервые эта идея пришла в голову английскому инженеру У.Дж. Армстронгу. В 1878 г. на реке в своём поместье он установил водяное колесо, вращавшее ротор небольшой динамо-машины. Этот агрегат индуцировал постоянный ток для единственной дуговой лампы, освещавшей картинную галерею в доме Армстронга.
Проба сил на Ниагаре
Американских предпринимателей издавна привлекала огромная энергетическая мощь Ниагарского водопада (длина 56 км, высота 53 м), расположенного на реке Ниагара на границе штата Нью-Йорк (США) и Канады. Ещё в 1759 г. на нём установили первое водяное колесо — привод лесопилки. В 1860 г. в пороге скалы, с которой падали воды Ниагары, был прорыт канал, и на нём установили ещё несколько водяных колёс. Впоследствии этот участок купил предприниматель Якоб Шоеллкопф, и на его гидравлических двигателях стали работать несколько заводов.
В 1882 г. Шоеллкопф присоединил к одному водяному колесу генератор, вырабатывающий постоянный ток для 16 дуговых ламп, освещавших заводские цеха. Так на Ниагаре появилась первая ГЭС. Предприятия Шоеллкопфа разрастались, он установил на своём участке ещё несколько генераторов, и к 1925 г. на ГЭС Шоеллкопфа работало 19 генераторов общей мощностью 335 000 кВт. ГЭС проработала до 1956 г. и была разрушена мощным оползнем.
Проект
Маломощная ГЭС Шоеллкопфа удовлетворяла нужды только близлежащих заводов. В 1886 г. американский инженер Томас Эвершед выдвинул проект мощнейшей ГЭС на Ниагарском водопаде. Эвершед предложил прорыть под Ниагарой глубокий тоннель, куда бы отводились воды водопада для приведения в движение громадной гидротурбины, вращающей роторы нескольких генераторов электростанции, вырабатывающих постоянный ток. Мощи такой ГЭС хватило бы для снабжения электроэнергией нескольких крупных предприятий штата Нью-Йорк и большого города Буффало. Но потери энергии при передаче на дальние расстояния постоянного тока были слишком высоки, что делало строительство ГЭС невыгодным.
Воплощение
В начале 1890-х гг. проектом Эвершеда заинтересовались крупные нью-йоркские финансисты. Они основали ««Энергетическую компанию Ниагарского водопада» под председательством Эдварда Адамса. К решению проблемы привлекли лучшие умы Америки, и был составлен новый проект, основанный на производстве переменного тока, который без потерь можно было доставлять на любые расстояния, повышая и понижая его напряжение на трансформаторных станциях. Предстояло приспособить сети потребителей электроэнергии к принятию переменного тока, на котором электроприборы могли работать не хуже, чем на постоянном токе.
Строительство ГЭС Адамса началось в 1893 г., а в 1895 г. она стала выдавать мощность примерно 500 000 кВт. В 1903 г. рядом с ней заработала ГЭС № 2 мощностью 1 500 000 кВт. Выгода от электростанций, вырабатывающих переменный ток, оказалась очевидной, и постоянный ток в бытовых электросетях стал повсеместно вытесняться переменным. В 1961 г. устаревшую ГЭС Адамса сменила новая электростанция.
Развитие идеи
Паровые турбины и сейчас используются как приводы генераторов на тепловых электростанциях — ТЭС. Такая станция потребляет много топлива, и стоимость производимой ею электроэнергии высока, поэтому ТЭС строятся только там, где для привода генераторов нет возможности использовать иной вид энергии, кроме тепловой.
Значительно дешевле производить электроэнергию на ГЭС, и их стали строить по всему миру с 1890-х гг. В России первая ГЭС постоянного тока была построена в 1892 г. на реке Берёзовке на Алтае (сейчас это территория Казахстана) для электроснабжения Зыряновского рудника. Вода реки по деревянному лотку — каналу поступала к 4 водяным колёсам Березовской ГЭС, напрямую присоединённым к роторам генераторов, которые давали общую мощность 150 кВт. В 1920 г. советское правительство утвердило план электрификации всей страны (ГОЭЛРО), по которому в течение 15 лет должно было быть построено 30 районных ГЭС и ТЭС общей мощностью 1 750 000 КВт. Этот план был перевыполнен уже к 1932 г.
