Электростанция представляет собой технически оборудованную установку, предназначенную для выработки электроэнергии. Потребность в них начала ощущаться ещё в 80-х годах XIX века с момента появления первых электрических ламп. Именно тогда, в процессе развития электротехники, появилась возможность стабильной выработки электрического тока путём преобразования неэлектрических видов энергии (механической, тепловой, химической) в энергию электрическую. Что и предоставило возможность на основе постоянно работающих электрогенераторов создавать первые электростанции.
Начало развития электроэнергетики
Электроэнергетика охватывает такие сферы деятельности, как выработка, транспортировка и практическая реализация электроэнергии потребителям.
Электрическую энергию надо, прежде всего, произвести – сгенерировать. Сегодня генерация – то есть производство энергии, настолько прочно вошла в нашу жизнь, что мы уже не отдаём себе отчёта: откуда она первоначально появилась. А ведь прежде чем первые электрические генераторы выдали ток, пришлось пройти огромную дистанцию. Временной отрезок от создания Алессандро Вольта первого в мире химического источника тока (гальванического элемента в виде Вольтова столба – устройства для получения электричества, увидевшего свет в 1800 году) – до изобретения первых динамо-машин (генераторов постоянного тока), способных удовлетворять электроэнергетические потребности промышленности.
Попробуем проследить хронологию событий:
- 1827 год. Венгерский изобретатель-электротехник Аньош Иштван Йедлик проводит серию экспериментов с электромагнитными самовращающимися роторами. Что приводит к созданию униполярного электрического двигателя;
- 1832 год. Француз Ипполит Пикси создаёт первую динамо-машину. В этом же году его соплеменники впервые представляют на суд общественности электрогенератор. В основу, которого была положена электромагнитная индукция, открытая Майклом Фарадеем в 1831 году;
- 1860 год. Открытие кольцевого якоря, сделанное итальянским физиком Антонио Починотти;
- 1851-1867 годы. Для создания магнитного поля генераторов вместо постоянных магнитов начинают использоваться электромагниты. В 1863 году подобное устройство удалось сконструировать англичанину Гарри Уальду;
- 1870 год. Бельгиец Зеноб Теофил Грамма разрабатывает промышленный генератор. Чему способствовало изобретение им же обмотки якоря динамоэлектрической машины;
- 1882 год. Британский электрик Джеймс Гордон строит большой двухфазный генератор на переменном токе;
- 1886 год. Организована первая демонстрации работы «альтернаторной (генераторной) системы». Одними из первых создателей альтернатора, вырабатывающего переменный ток (с частотой в пределах 100 – 300 Гц) стали Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти;
- 1890 год. Немецкий электротехник российского происхождения Доливо-Добровольский разрабатывает систему трёхфазного тока, связывающего между собой генератор и нагрузку;
- 1891 год. Патент на высокочастотный (15 тыс. Гц) альтернатор получает сербско-американский изобретатель Никола Тесла.
В конце концов, развитие электротехники и электроэнергетики достигает уровня, в результате которого была спроектирована и создана первая электростанция в мире. Заслуга её появления принадлежит барону Уильяму Армстронгу, выстроившего в своём английском поместье Крэгсайт к 1878 году электроэнергетическое сооружение, ставшее впоследствии известным ещё и как первая гидроэлектростанция в мире.
Приводя с помощью, падающей из озёра воды во вращение динамо-машину, она позволяла генерировать электрическую энергию. Ту, что в дальнейшем использовалась для нужд освещения, отопления, горячего водоснабжения, организации работы подъёмных устройств и иных агрегатов хозяйственно-бытового назначения.
Первая ГЭС в России
История развития гидроэнергетики в России началась под воздействием европейских и американских достижений второй половины XIX века. Ряд видных российских учёных того времени выдвигали идеи:
- Об использовании энергии реки Невы для создания сети электростанций. Строительства гидроустановок, мощностью в 20 тыс. л. с., что предназначались бы для обеспечения электроэнергией Санкт-Петербурга – 1892 год. Автор: Н. Н. Бернандос.
- Схемы перекрытия порогов реки Днепр с целью использования гидравлической энергии – 1893 г. Н. С. Лелявский.
- Сооружения на порогах рек Волхов, Иматра и Нарова ГЭС – 1895-89 гг. В. Добротворский.
Из-за низкого технического уровня и проблем, создаваемых добытчиками угля, строительство гидроэлектростанций в императорской России задерживалось. Что, однако, не помешало созданию в 1892 году первой отечественной ГЭС на реке Березовке в Рудном Алтае (ныне – это город Зыряновск в Республике Казахстан). Автором разработки и непосредственным руководителем строительства выступил потомственный горный инженер – Н. Н. Кокшаров.
Первая электростанция в СССР начала работу 19 декабря 1926 года. Это была действующая поныне Волховская ГЭС, созданная в рамках выполнения плана ГОЭЛРО. Находясь в ведении ПАО «ТГК-1», станция входит в состав Северо-Западной энергосистемы РФ.
Первая ТЭЦ в России
Первая электростанция в царской России была построена на Сормовском заводе города Нижнего Новгорода в 1876 году. Её 12 котлов использовали в качестве топлива нефть (6 агрегатов) и торф (6 агрегатов), что позволяло вырабатывать до 2975 кВт электрической мощности. Станции тогда работали на постоянном токе, поэтому передача энергии на значительные расстояния была затруднена.
Следующим значительным успехом одного из известнейших российских электротехников П. Яблочкова (изобретателя знаменитой дуговой лампы) стало создание в Северной Столице электрической станции. Дело было в 1879 году и из-за высоких цен на землю генерирующую установку пришлось разместить на пришвартованной к набережной реки Мойки барже. Предназначалась ТЭС для питания электрических фонарей, освещавших Литейный мост в Санкт-Петербурге.
Первая электростанция в России районного назначения – Богородская «Электропередача» начала работать в 1913 году. Используя местное топливо – торф (единственное доступное топливо тех времён – бакинский мазут стоил достаточно дорого), она вырабатывала 15 Мвт электрической мощности. Передавая на расстояние в 70 км электроэнергию напряжением в 70 кВ, станция обеспечивала электрическим током потребителей Москвы, а затем и пригородов столицы.
Также на торфе была организована эксплуатация первой в России теплоэлектроцентрали. Используя 6 паровых котлов и 2 турбоагрегата по 2 МВт мощности, она, начиная с 1912 года, обеспечивала паром производственные нужды Тверской мануфактуры.
Первая АЭС в России
С вступлением в последнее столетие XX века, наука открывает для себя доселе непознанный мир ядерной физики. Результатом множества экспериментов, научных исследований и теоретических изысканий стало открытие в 1930 году итальянским физиком Энрико Ферми явления расщепления ядра атома под воздействием нейтронов. Возможность практического осуществления управляемой ядерной реакции открывала заманчивые перспективы получения колоссального количества энергии.
В Советском Союзе старт Атомному проекту СССР задают:
- Распоряжение ГКО № 2352сс «Об организации работ по урану» от 28 сентября 1942 года;
- Постановление ГКО № 2545сс «О добыче урана» от 27 ноября 1942 года.
С целью координации работ при АН была создана Специальная лаборатория атомного ядра, позднее преобразованная в НИЦ «Курчатовский институт», и выделена территория в 120 га в районе Октябрьского поля города Москвы (тогда это была просто окраина). В итоге: создание и запуск в работу 25 декабря 1946 года научно-исследовательского ядерного реактора Ф-1, а также начало эксплуатации первого промышленного реактора А-1 15 июня 1948 года в Челябинске-40 (г. Озерск).
На базе этих разработок и была создана Обнинская АЭС – первая среди атомных электростанций, на протяжении почти полувека подававшая ток в систему Мосэнерго.
Первая ВЭС в России
Первая ветряная электростанция появилась значительно раньше. Чему предшествовали исследования, проводимые начиная с 1918 года профессором Н. Е. Жуковским, ставшим основателем Центрального аэродинамического института (ЦАГИ).
Пятью годами позднее на Первой сельскохозяйственной выставке в Москве уже был продемонстрирован ветрогенератор, оснащённый динамо-машиной. Такого же рода установка диаметром в 14 м была смонтирована на Бакинских нефтепромыслах. А 1931 год становится знаковым для отечественной ветроэнергетики. И вот почему. В этом году была запущена в работу первая силовая ветрогенераторная установка, мощностью в 100 кВт, а в городе Курске местным энтузиастом А. Г. Уфимцевым была выстроена ветроэлектростанция с инерционным аккумулятором.
Интересное видео по теме:
История развития альтернативной электроэнергетики в России знает немало поворотных моментов. Один из них случился и с наступлением 1960-х годов, когда энергетика СССР переключилась с изготовления тысяч ветроустановок на использование топливно-энергетических ресурсов, строительство ГЭС и АЭС. В дальнейшем, правда, стали предприниматься шаги по навёрстыванию упущенных возможностей, но до значительных успехов в деле развития ветроэнергетики в нашей стране пока ещё далеко.
Первая геотермальная электростанция в России
Известно, что наша планета обладает огромным количеством тепла, так как температура Земного ядра достигает 6650° С. Извлечь геотермальную энергию можно лишь путём бурения скважин. При углублении на каждые 36 метров, температура внутри их увеличивается на 1° С.
На Земном шаре есть немало мест – центров континентальных плит, где присутствуют наиболее оптимальные условия для сооружения геотермальных станций. Одно из них – долина реки Паужетка на Камчатке, было выбрано в 1966 году для строительства первой в СССР Паужетской Гео-ЭС. Дело в том, что именно здесь – вблизи вулканов Камбального и Кошелева – расположено Камбальское месторождение парогидротерм (горячих минеральных источников).
Станция использует энергию 10 пробуренных скважин, что позволяет располагать 5,9 МВт электрической мощности при установленных 12 МВт. Такого рода ограничение объясняется количеством извлекаемого из местных недр пара. Эксплуатацию Гео-ЭС осуществляет ПАО «Камчатскэнерго».
Первая приливная электростанция в России
Дважды в течение суток уровень воды на берегах морей претерпевает изменения. Происходит это под воздействием сил притяжения Луны и Солнца, причём в максимуме перепад может достигать 18 метров в высоту.
Использовать такого рода явление с целью выработки электрической энергии весьма целесообразно. При этом приливные электростанции (ПЭС) не оказывают существенного вреда на окружающую среду, а получаемая с их помощью электроэнергия обладает низкой себестоимостью. С целью сооружения ПЭС в устье реки или заливе сооружается плотина для сдерживания потока воды, в теле которой устанавливают гидроэнергетические агрегаты. Они способны вырабатывать ток, а также обеспечивать подачу воды в водохранилище в насосном режиме в то время, когда не наблюдается приливов или отливов.
Первая подобного рода электростанция была возведена в устье реки Ранс, что протекает в Северной Бретани во Франции. Произошло это в 1966 году. Двумя годами позднее на побережье Баренцева моря в Кислой губе начала работать экспериментальная станция – Кислогубская ПЭС мощностью в 1,7 МВт.
Также существуют пока нереализованные проекты:
- Северной ПЭС в 12 МВт мощности на Кольском полуострове в губе Долгая-Восточная;
- Мезенской ПЭС в одноимённой губе мощностью в 11 ГВт, планируемый к внедрению РАО «ЕЭС»;
- ПЭС в Тугурском заливе юго-западной части Охотского моря, мощностью в 8000 МВт;
Пенжинской ПЭС, обещающей стать первой по мощности (87 ГВт) в мире.
С видеоматериалом на тему функционирования приливных электростанций можно ознакомиться в этом видео:
На этом можно было бы остановиться, но жизнь продолжается, и российские энергетики продолжают осваивать всё новые виды энергии. Уже давно дают ток солнечные электростанции в Республике Башкортостан, Республике Алтае и в Оренбургской области. Начало, которым положила первая и последняя СЭС в СССР, построенная на крымском побережье Азовского моря возле посёлка Ленино.
Активно осваивается биоэнергетика, мощность которой к 2021 году оценивалась в 1 373 МВт электрической энергии. Не исключено, что в самом ближайшем будущем найдут воплощение и иные – принципиально новые методы извлечения электрической энергии.
