Об истории ГЭС в день рожденья Vulcan Street

30 сентября 1882 года в американском городке Эпплтон (штат Висконсин) на реке Фокс заработала первая в мире гидроэлектростанция Vulcan Street, раздающая электричество множеству потребителей (по системе Эдисона). Динамо-машина, приводимая в движение водяным колесом, вырабатывала мощность 12,5 кВт. Построенная владельцем бумажной фабрики Роджерсом, она могла освещать его дом, фабрику и соседние строения.

Есть основания полагать, что человек подчинил себе ток воды ещё в 4 тысячелетии до н.э. Но зафиксированы первые попытки использования силы воды в Китае во время правления династии Хань (206 г. до н. э. – 9 г. н. э.): отбойные молотки, которые приводились в действие водяным колесом, использовались для обвалки зерна и разбивания руды.

В Европе известен факт, что родоначальник монашества Бенедикт Нурсийский предписывал каждому монастырю иметь мельницу, приводом которой служил колёсный механизм, вращаемый потоком воды. Многообразие задач, подвластных водяной мельнице, было неограниченным: с её помощью изготавливали бумагу и ковали железо, пилили бревна и варили пиво. В Англии и Франции одна водяная мельница приходилась на каждые 250 жителей. Когда 1771 году англичанин Ричард Аркрайт построил водяную мельницу «Кромфорд» для обработки хлопка, он создал одну из первых в мире фабричных систем, в основе которой лежат принципы гидроэнергетики.

В середине 1770-х годов французский инженер Бернар де Белидор в опубликованной им работе «Архитектура гидравлики» привёл описание гидромашин с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Дальнейшим шагом в гидротехнике стало изобретение водяной турбины. Впервые ее представил французский инженер Бенуа Фурнейрон в 1827 году: его турбина способна была давать мощность около 6 лошадиных сил – это была первая версия реактивной турбины Фурнейрона. Промышленная революция и растущий, вследствие неё, спрос на электроэнергию дали толчок в развитии изобретательства в этом направлении. В 1849 году британско-американский инженер Джеймс Фрэнсис разработал свою гидротурбину, которая до сих пор остаётся наиболее широко используемой в мире. В 1870-х годах американский изобретатель Лестер Аллан Пелтон разработал импульсную ковшовую турбину, также известную как колесо Пелтона. Уже в 1913 году австрийский профессор Виктор Каплан разработал турбину типа винта с регулируемыми лопастями – именно такие используются на большинстве ГЭС Укргидроэнерго.

В 1878 году англичанин Уильям Армстронг в Нортумберленде разработал первую гидроэлектрическую схему электропитания. Благодаря ей освещалась картинная галерея Армстронга («освещалась» — громко сказано: агрегат был предназначен для питания одной-единственной дуговой лампы).

Кроме Эпплтонской ГЭС, «день рождения» которой мы отмечаем сегодня, одной из первых гидроэлектростанций в мире стала ГЭС Якоба Шоэлкопфа на Ниагарском водопаде: в 1882 году бизнесмен присоединил к водяному колесу электрогенератор, питавший 16 осветительных ламп. Семь лет спустя в Северной Америге насчитывалось уже более 200 гидроэлектростанций. В 1895 году Австралия запустила первую государственную ГЭС в Южном полушарии.

Когда встал вопрос промышленного использования электричества, то оказалось, что под постоянный ток требуется слишком толстая медная проводка. Поэтому при оборудовании ГЭС шахты Gold King Mine в Колорадо предпочтение отдали проекту компании Вестингауза, основанному на патентах Николы Теслы — системе переменного тока двух фаз. Сам изобретатель писал в автобиографии, что в проекте участвовать отказался, поскольку считал, что частота переменного тока должна составить 60 Гц, а не 133, как это было задумано инженерами компании Вестингауза. До сих пор ГЭС Эймса в Колорадо считается первым коммерчески значимым и успешным промышленным использованием электрического тока: до этого все применение сводилось преимущественно к бытовым и городским нуждам освещения домов и улиц постоянным током.

В Российской империи первой была Зыряновская ГЭС, построенная в 1892 году на Алтае, на реке Березовка (приток Бухтармы): 4 её турбины вырабатывали 200 кВт мощности. В 1896 году в Иркутской губернии, для обеспечения электричеством двух приисков, возвели Ныгринскую ГЭС: пара турбин вращала три динамо-машины по 100 кВт каждая. Напряжение по линиям электропередачи передавалось на прииски – это были первые в империи высоковольтные ЛЭП. К 1913 году на её территории насчитывалось около 50 тысяч силовых гидроустановок общей мощностью в миллион лошадиных сил.

Впрочем, тогда эта цифра не шла ни в какое сравнение с мощностью европейских установок. Но ситуация кардинально изменилась после разработки в 1920 году плана электрификации страны (ГОЭЛРО), который отводил немалую роль строительству гидроэлектростанций. Первым объектом, реализованным в рамках плана, стала Волховская ГЭС мощностью 56 МВт.

С 1930 по 1990 годы в СССР был построен целый ряд крупных гидроэлектростанций (Саяно-Шушенская, Красноярская, Братская, Усть-Илимская, Волжская), страна вышла на второе место по установленной мощности после США. Там гидроэнергетический бум был инициирован политикой Франклина Рузвельта, крупные ГЭС стали появляться одна за другой. В 1936 году была достроена плотина Гувера мощностью 2078 МВт, а шесть лет спустя ее рекорд побила ГЭС Гранд-Кули (6809 МВт), которая и сегодня входит в число мощнейших в мире. На 1940 год гидроэнергетика обеспечивала 40% всей выработанной электроэнергии в Штатах. Низкая её стоимость рассматривалась как один из лучших способов удовлетворения всё возрастающего спроса на энергию и часто была связана с развитием энергоёмких производств, таких как алюминиевые плавильные и металлургические заводы.

За последние десятилетия ХХ века Бразилия и Китай стали мировыми лидерами в гидроэнергетике. В 1984 заработала ГЭС Итайпу мощностью 12 600 МВт на границе Бразилии и Парагвая, впоследствии она была модернизирована до 14 000 МВт. Сегодня её в состоянии затмить лишь китайская ГЭС «Три ущелья» мощностью 22 500 МВт.

Когда глобальное понимание влияния на окружающую среду и общество возросло, были пересмотрены ценность и роль гидроэнергетики в национальном развитии. В 2000 году был опубликован важный отчёт Всемирной комиссии по плотинам (WCD), который бросил вызов существующей практике и инициировал изменения в планировании и развитии гидроэнергетики, сосредоточив большее внимание на устойчивом развитии. Кредиты Мирового банка на развитие гидроэнергетики увеличились с нескольких миллионов долларов в 1999 году до нескольких миллиардов на сегодня. Мировой банк также расширил свою роль: от инвестора к сооснователю, который помогает с техническими знаниями и привлекает к сотрудничеству финансовые организации. Несмотря на то, что денежная стоимость кредитования Мирового банка является незначительной долей от общей суммы, которая инвестируется в этот сектор ежегодно, интерес банка к гидроэнергетике поощряет частный сектор к увеличению инвестиций.