Первые электростанции в России, в мире

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА I

РЕФЕРАТ

на тему: «Первые электростанции в России, в мире»

Выполнил: студент 1 курса

Агроинженерного факультета

Хорошева Н.А.

Проверил: ст. преп. Козлов Д.Г.

Воронеж

2016



Оглавление

электрический энергия фабрика централизованный

Введение

Первые электростанции в России

Первые электростанции в мире

Литература



Введение

Электростанции, под которыми понимают фабрики по производству электрической энергии, подлежащей распределению между различными потребителями, появились не сразу. В 70-х и начале 80-х годов прошлого столетия место производства электроэнергии не было отделено от места потребления.

Электрические станции, обеспечивавшие электроэнергией ограниченное число потребителей, назывались блок-станциями (не путать с современным понятием блок-станций, под которым некоторые авторы понимают фабрично-заводские теплоэлектроцентрали). Такие станции иногда называли «домовыми».

В связи с трудностями регулировки системы дугового освещения на первых порах строились специализированные блок-станции: одни для дуговых ламп, другие -- для ламп накаливания. Иногда на одной и той же станции генераторы разделяли на две соответствующие группы.

Развитие первых электростанций было сопряжено с преодолением трудностей не только научно-технического характера. Так, городские власти запрещали сооружение воздушных линий, не желая портить внешний вид города. Конкурирующие газовые компании всячески подчеркивали действительные и мнимые недостатки нового вида освещения.



На электрических блок-станциях, строившихся в конце 70-х и в начале 80-х годов прошлого столетия, в качестве первичных двигателей применялись в основном поршневые паровые машины. В отдельных случаях использовались двигатели внутреннего сгорания, в то время являвшиеся новинкой. Для удешевления паросиловой части блок-станций широко применялись локомобили. От первичного двигателя к электрическому генератору делалась ременная передача, позволявшая приводить в движение быстроходные электрические генераторы от сравнительно тихоходных паровых машин, имевших частоту вращения не более 200 об/мин.

Впервые блок-станции были построены в Париже для освещения улицы Оперы. В России первой установкой такого рода явилась станция для освещения Литейного моста в Петербурге, созданная в 1879 году при участии П. Н. Яблочкова. С конца 1881 г. возникают блок-станции, в сети которых включались как дуговые лампы, так и лампы накаливания.

Однако идея централизованного производства электроэнергии была настолько экономически оправданной и настолько соответствовала тенденции концентрации промышленного производства, что первые центральные электростанции возникли уже в середине 80-х годов и быстро вытеснили блок-станции. В связи с тем, что в начале 80-х годов массовыми потребителями электроэнергии могли стать только источники света, первые центральные электростанции проектировались как правило для питания осветительной нагрузки и вырабатывали постоянный ток.

В 1881 г. несколько предприимчивых американских финансистов под впечатлением успеха, которым сопровождалась демонстрация ламп накаливания, заключили соглашение с Эдисоном и приступили к сооружению первой в мире центральной электростанции (на Пирль-стрит в Нью-Йорке). В сентябре 1882 г. эта электростанция была сдана в эксплуатацию.

В машинном зале станции было установлено шесть генератораторов Эдисона. Мощность каждого генератора составляла около 90 кВт, а общая мощность электростанции превышала 500 кВт. Здание станции и ее оборудование были спроектированы весьма целесообразно, так что в дальнейшем при строительстве новых электростанций развивались многие из тех принципов, которые были предложены Эдисоном.

Так, генераторы станций имели искусственное охлаждение и соединялись непосредственно с двигателем. Напряжение регулировалось автоматически. На станции осуществлялись механическая подача топлива в котельную и автоматическое удаление золы и шлака. Защита оборудования от токов короткого замыкания осуществлялась плавкими предохранителями, а магистральные линии были кабельными. Станция снабжала электроэнергией обширный по тому времени район площадью 2,5 км . Вскоре в Нью-Йорке было построено еще несколько станций.



Исходное напряжение первых электростанций, от которого впоследствии были произведены другие, образующие известную шкалу напряжений, сложилось исторически.

Дело в том, что в период исключительного распространения дугового электрического освещения эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является напряжение 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания, которые возникали в момент зажигания ламп (при соприкосновении углей), и для более устойчивого горения дуги включали последовательно с дуговой лампой балластный резистор.

Так же эмпирически было найдено, что сопротивление балластного резистора должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло примерно 20 В. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В, и это напряжение применялось долгое время. Однако часто в одну цепь включали последовательно две дуговые лампы, для работы которых требовалось 2 x 45 = 90 В, а если к этому напряжению прибавить еще 20 В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В. Это напряжение почти повсеместно было принято в качестве стандартного, и именно оно открывает современную шкалу напряжений, хотя причина выбора давно забыта.



Уже при проектировании первых центральных электростанций столкнулись с трудностями, которые в достаточной степени не были преодолены в течение всего периода господства техники постоянного тока. Радиус электроснабжения определяется допустимыми потерями напряжения в электрической сети, которые для данной сети тем меньше, чем выше напряжение. Именно эти обстоятельства заставляли строить электростанции в центральных районах города, что существенно затрудняло не только обеспечение водой и топливом, но и удорожало стоимость земельных участков для строительства станций, так как земля в центре города была чрезвычайно дорога. Этим в частности объясняется необычный вид нью-йоркских станций, на которых оборудование располагалось на многих этажах.



Положение осложнялось еще и тем, что на первых электростанциях приходилось размещать большое число котлов, паропроизводительность которых не соответствовала новым требованиям, предъявленным электроэнергетикой.

Не менее удивился бы наш современник, увидев первые петербургские электростанции, которые обслуживали район Невского проспекта. В начале 80-х годов они размещались на баржах, закрепленных у причалов на реках Мойке и Фонтанке.

Строители исходили из соображений дешевого водоснабжения, кроме того, при таком решении не нужно было покупать земельные участки, близкие к потребителю.

В 1886 г. в Петербурге было учреждено акционерное «Общество электрического освещения 1886 г.» (сокращенно называлось «Общество 1886 г.»), которое приобрело станции на реках Мойке и Фонтанке и построило еще две: у Казанского собора и на Инженерной площади. Мощность каждой из этих станций едва превышала 200 кВт.

В Москве первая центральная электростанция (Георгиевская) была построена в 1886 г. тоже в центре города, на углу Большой Дмитровки (ныне Пушкинская ул.) и Георгиевского переулка. Ее энергия использовалась для освещения прилегающего района. Мощность станции составляла 400 кВт.

Ограниченные возможности расширения радиуса электроснабжения привели к тому, что удовлетворить спрос на электроэнергию со временем становилось все труднее. Так, в Петербурге и Москве к середине 90-х годов возможности присоединения новой нагрузки к существующим станциям были исчерпаны и встал вопрос об изменении схем сети или даже об изменении рода тока.

На центральных станциях с ростом их мощности локомобили, применявшиеся в качестве первичных двигателей блок-станций, постепенно вытеснялись стационарными машинами. Мощность их машин составляла 100--300 л.с, частота вращения вала была относительно невелика (100--200 об/мин), что привело к необходимости ввести между машиной и генератором ременную или канатную передачу.

В котельной ранних тепловых электростанции устанавливались жаротрубные котлы, однако вскоре в связи с ростом мощности потребовались котлы более высокой паропронзводительность -- водотрубные паровые. В конце XIX и начале XX вв. преимущественное распространение в котельных зарубежных электростанции получили котлы Бабкок-Вилькокс, а в России -- котлы системы Шухова.

Основным топливом котельных с ручной загрузкой служил уголь, сжигавшийся на плоских колосниках. Расход угля при таком способе сжигания и отсутствии экономайзеров, подогрева воздуха и при плохой изоляции в 3--4 раза превышал расходы современных станций.

Рост потребностей в электроэнергии эффективно стимулировал повышение производительности и экономичности тепловой части электрических станций. Прежде всего следует отметить решительный поворот от поршневых паровых машин к паровым турбинам. Первая паровая турбина на электростанциях России была установлена в 1891 г. в Петербурге (станция на реке Фонтанке). За год до этого испытание турбины было проведено на станции расположенной на реке Мойке.

В рассматриваемый период гидроэлектростанции строились редко в связи с трудностями передачи электроэнергии на большие расстояния. Выше уже отмечался наиболее существенный недостаток электроснабжения постоянным током -- слишком малая площадь района, которая может обслуживаться центральной электростанцией. Удаленность нагрузки не превышала нескольких сотен метров.

Электростанции -- предприятия стремились расширить круг потребителей своего товара -- электроэнергии. Этим объясняются настойчивые поиски путей увеличения площади электроснабжения при условии сохранения уже построенных станций постоянного тока. Было найдено несколько путей увеличения радиуса распределения энергии.

Первая идея, не получившая заметного распространения, касалась понижения напряжения электрических ламп, подключающихся в конце линии. Однако расчеты показали, что при протяженности сети более 1,5 км экономически выгодней было построить новую электростанцию.

Другое решение, которое могло во многих случаях удовлетворить потребность, состояло в изменении схемы сети, переход от двухпроводных сетей к многопроводным, т.е. фактически к повышению напряжения.

Трехпроводная система распределения электроэнергии была предложена в 1882 г. Дж. Гонкпнсоном и независимо от него Т. Эдисоном. При этой системе генераторы на электростанции соединялись последовательно и от обшей точки шел нейтральный или компенсационный провод. При этом обычные лампы сохранялись. Они включались как правило между рабочими и нейтральным проводами, а двигатели для сохранения симметрии нагрузки можно было включать на повышенное напряжение (220 В).

Если нагрузки в обеих ветвях трехпроводной системы была одинаковой, то в нейтральном проводе тока не было. В других случаях в нейтральном проводе появлялся ток, который обычно был много меньше рабочего тока. Последнее обстоятельство позволяло выбирать сечение нейтрального провода меньшим (обычно 1/2 : или 1/3 сечения рабочего провода).

Не следует упускать из виду, что сечение рабочих проводов при этом тоже уменьшалось по сравнению с сечением проводок в двухпроводной системе. Это объяснялось тем, что при увеличении напряжения вдвое ток при тон же мощности вдвое уменьшался, а потери, пропорциональные квадрату тока, снижались вчетверо. Практическими результатами введения трехпроводной системы явилось, во-первых, увеличение радиуса электроснабжения примерно до 1200 м, во-вторых, относительная экономия меди (при всех прочих одинаковых условиях расход меди при трехпроводной системе был практически вдвое меньше, чем при двухпроводной).

Для регулирования напряжения в ветвях трехпроводной сети применялись различные устройства: регулировочные дополнительные генераторы, делители напряжения, в частности получившие значительное распространение делители напряжения Доливо-Добровольского, аккумуляторные батареи. Трехпроводная система широко применялась как в России, так и за рубежом. Она сохранилась вплоть до 20-х годов нашего века, а в отдельных случаях применялась и позднее.

Максимальный вариант многопроводных систем -- пятипроводная сеть постоянного тока, в которой применялись четыре последовательно включенных генератора и напряжение увеличивалось вчетверо. Радиус электроснабжения возрастал до 1500 м. Однако сравнительно незначительное увеличение радиуса электроснабжения достигалось в этом случае за счет существенного усложнения сети, повышения напряжения до опасных пределов, усложнения регулирования равномерности нагрузки отдельных ветвей. Поэтому пятипроводная система не получила широкого применения, хотя ее автор В. Сименс предполагал, что пятипроводная система будет с успехом конкурировать с системами переменного тока.



Третий путь увеличения радиуса электроснабжения предполагал сооружение аккумуляторных подстанций. Аккумуляторные батареи были в то время обязательным дополнением каждой электростанции. Они покрывали пики нагрузок. Заряжаясь в дневные и поздние ночные часы, они служили резервом. Аккумуляторные батареи так же, как и на современных электростанциях (где, впрочем, эти батареи выполняют иные функции -- питание цепей управления, защиты, автоматики и аварийного освещения), размещались в специальных обширных помещениях.

Для увеличения радиуса электроснабжения аккумуляторные батареи устанавливались на подстанциях в двухпроводных сетях постоянного тока. Эти подстанции сооружались вблизи отдельных потребителей. Группы аккумуляторных батарей, соединенные последовательно, заряжались от центральной станции при двойном напряжении, а при параллельном соединении они питали местную нагрузку.

Сети с аккумуляторными подстанциями получили некоторое распространение. В Москве, например, была построена в 1892 г. аккумуляторная подстанция в Верхних торговых рядах (ныне ГУМ), находившаяся на расстоянии 1385 м от Георгиевской центральной станции. На этой подстанции были установлены аккумуляторы, питавшие около 2000 ламп накаливания.

В последние два десятилетия прошлого века было построено много электростанций постоянного тока, и они долгое время давали значительную долю общей выработки электроэнергии. Мощность таких электростанций редко превышала 500 кВт, агрегаты обычно имели мощность до 100 кВт.

Все возможности увеличения радиуса электроснабжения при постоянном токе довольно быстро были исчерпаны. Многопроводные сети и сети с аккумуляторными подстанциями могли еще удовлетворять потребности малых и средних городов, но совершенно не отвечали нуждам крупного города.

В 80-х годах начинают сооружаться станции переменного тока, выгодность которых с точки зрения увеличения радиуса электроснабжения была бесспорной.

Если не считать блок-станций переменного тока, построенных в Англии в 1882--1883 гг., когда появились трансформаторы Голяра и Гиббса, то, по-видимому, первой постоянно действовавшей электростанцией переменного тока можно считать станцию Гровнерской галереи (Лондон).

На этой станции, пущенной в эксплуатацию в 1884 г., были установлены два генератора переменного тока Сименса, которые через последовательно включенные трансформаторы Голяра и Гиббса работали на освещение галереи. Недостатки последовательного включения трансформаторов и, в частности, трудности поддержания постоянства тока были выявлены довольно быстро, и в 1886 г. эта станция была реконструирована по проекту С. Ц. Ферранти. Генераторы Сименса были заменены машинами конструкции Ферранти каждая мощностью 1000 кВт с напряжением на зажимах 2,5 кВ. Трансформаторы, изготовленные по проекту Ферранти, включались в цепь параллельно и служили для снижения напряжения в непосредственной близости от потребителей.

В 1889--1890 гг. Ферранти вновь вернулся к проблеме электроснабжения Лондона. На этот раз была поставлена задача обеспечить электроэнергией весь район лондонского Сити. Но поскольку компания, финансировавшая работы, не соглашалась оплатить высокую стоимость земельного участка в центре города, Ферранти выбрал место для новой центральной электростанции в одном из предместий Лондона, в Дентфорде, находящемся в 12 км от Сити.

Построить электростанцию на таком большом расстоянии от места потребления электроэнергии можно было только при условии, что она будет вырабатывать переменный ток.

При сооружении этой установки были применены мощные по тому времени машины высокого напряжения. Были установлены генераторы мощностью по 1000 л.с. с напряжением 10 кВ, причем в отличие от старых генераторов, которые приводились в движение от паровой машины при помощи канатной передачи, новые генераторы были непосредственно соединены с быстроходными вертикальными паровыми машинами.

Частота вращении вала паровых поршневых двигателей также сильно отставала от нормальной скорости электрогенераторов. Этим в частности объясняется своеобразная конструкция электрических генератором того времени, они имели большие диаметры и малые длины. Такие же в общем соотношения между диаметром и длиной машины сохранились и в настоящее время на гидростанциях с относительно тихоходными водяными проймами в качестве первичного двигателя. Общая мощность дентфордской станции составляла около 3000 кВт.

На четырех городских подстанциях, питавшихся по четырем магистральным кабельным линиям, напряжение понижалось до 2400 В), а затем уже у потребителей (в домах) напряжение понижалось до 100 В.

Примером крупной гидростанции однофазного тока, питавшей осветительную нагрузку, может служить станция, построенная в 1889 г, на водопаде вблизи Портленда (США). На этой станции гидравлические двигатели приводили в действие восемь однофазных генераторов общей мощностью 720 кВт. Кроме того, на станции были установлены 11 генераторов, предназначенных специально для питания дуговых ламп (по 100 ламп на каждый генератор). Энергия этой станции передавалась на расстояние 14 миль в Портленд.

Характерная особенность первых электростанции переменного тока -- изолированная работа отдельных машин. Синхронизация генераторов еще не производилась и от каждой машины шла отдельная цепь к потребителям. Легко понять, насколько неэкономичными при таких условиях оказывались электрические сети, на сооружение которых расходовались колоссальные количества меди и изоляторов.

В России крупнейшие станции однофазного тока были сооружены в конце 80-х и начале 90-х годов. Первая центральная электростанция построена венгерской фирмой «Ганц и К » в Одессе в 1887 г. Основным потребителем энергии была система электрического освещения нового театра.

Эта электростанция представляла собой прогрессивное для своего времени сооружение. Она имела 4 водотрубных котла общей производительностью 5 т пара в час, а также два синхронных генератора общей мощностью 160 кВт при напряжении на зажимах 2 кВ и частоте 50 Гц. От распределительного шита энергия поступала в линию длиной 2,5 км, ведущую к трансформаторной подстанции театра, где напряжение понижалось. Оборудование электростанции было столь совершенным для своею времени, что, несмотря на то, что топливом служили привозной английский уголь, стоимость электроэнергии была ниже, чем на более поздних петербургских и московских электростанциях. Расход топлива составлял .1,4 кг/кВт ч (на петербургских электростанциях -- 3,9--5,4 кг/кВтч).

В том же году началась эксплуатация электростанции постоянного тока в Царском Селе (ныне г. Пушкин). Протяженность воздушной сети в Царском Селе уже в 1887 г. была около 64 км, тогда как два года спустя суммарная кабельная сеть «Общества 1886 г.» в Москве и Петербурге, составляла только 115 км. В 1890 г. Царскосельская станция и сеть были реконструированы и переведены на однофазный переменный ток напряжением 2 кВ. По свидетельству современников, Царское Село было первым городом в Европе, который был освещен исключительно электричеством.

Крупнейшей в России электростанцией однофазного тока была станция на Васильевском острове в Петербурге, построенная в 1894 г. инженером Н. В. Смирновым. Мощность ее составляла 800 кВт и превосходила мощность любой существовавшей в то время станции постоянного тока. В качестве первичных двигателей использовались четыре вертикальные паровые машины мощностью 250 лс. каждая. Применение переменного тока напряжением 2000 В позволило упростить и удешевить электрическую сеть и увеличить радиус электроснабжения (более 2 км при потере до 3 % напряжения в магистральных проводах вместо 17--20 % в сетях постоянного тока).

Таким образом, опыт эксплуатации центральных станций и сетей однофазного тока показал преимущества переменного тока, но вместе с тем, как уже отмечалось, выявил ограниченность его применения. Однофазная система тормозила развитие электропривода, усложняла его. Так, например, при подключении силовой нагрузки к сети Дептфордской станции приходилось Дополнительно помешать на валу каждого синхронного однофазного двигателя еще разгонный коллекторный двигатель переменного тока. Легко понять, что такое усложнение электропривода делало весьма сомнительной возможность его широкого применения.



Первые электростанции в России

В 1886 году в одном из внутренних дворов Нового Эрмитажа, который с тех пор носит название Электродвор, была построена электростанция по проекту техника дворцового управления, Василия Леонтьевича Пашкова. Эта электростанция была крупнейшей во всей Европе на протяжении 15 лет.

Машинный зал электростанции в Зимнем дворце. 1901 г.

Изначально для освещения Зимнего дворца использовались свечи, а с 1861 года стали использоваться газовые светильники. Однако очевидные преимущества электроламп побудили специалистов искать возможности замены газового освещения в зданиях Зимнего дворца и прилегающих к нему зданиях Эрмитажа.

Инженер Василий Леонтьевич Пашков предложил в качестве эксперимента использовать электричество для освещения дворцовых зал во время рождественских и новогодних праздников 1885 года.

9 ноября 1885 года проект строительства «фабрики электричества» был одобрен императором Александром III. Проект предусматривал электрификацию Зимнего дворца, зданий Эрмитажа, дворовой и прилегающей территории в течение трех лет до 1888 года.

Работа была поручена Василию Пашкову. Чтобы исключить возможность вибрации здания от работы паровых машин, размещение электростанции предусмотрели в отдельном павильоне из стекла и металла. Он находился во втором дворе Эрмитажа, с тех пор называемом «Электрическим».

Здание станции занимало площадь 630 мІ, состояло из машинного отделения с 6 котлами, 4 паровыми машинами и 2 локомобилями и помещения с 36 электрическими динамо-машинами. Общая мощность достигала 445 л.с. Первыми осветили часть парадных помещений: Аванзал, Петровский, Большой фельдмаршальский, Гербовый, Георгиевский залы, и устроили наружную иллюминацию. Было предложено три режима освещения: полное (праздничное) включать пять раз в году (4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова); рабочее - 230 ламп накаливания; дежурное (ночное) - 304 лампы накаливания. Станция потребляла около 30 тыс. пудов (520 т) угля в год.



Главным поставщиком электротехнического оборудования была фирма «Сименс и Гальске» - крупнейшая электротехническая компания того времени.

Сеть электростанции постоянно расширялась и к 1893 году она составляла уже 30 тысяч ламп накаливания и 40 дуговых ламп. Были освещены не только здания дворцового комплекса, но и Дворцовая площадь со зданиями, находящимися на ней.

Создание электростанции Зимнего дворца стало наглядным примером возможности создания мощного и экономичного источника электроэнергии, который способен питать большое количество потребителей.

Система электроосвещения Зимнего дворца и зданий Эрмитажа была переключена на городскую электросеть после 1918 года. А здание электростанции Зимнего дворца просуществовало до 1945 года, после чего было разобрано.

16 июля 1886 г. в Санкт-Петербурге зарегистрировано промышленно-коммерческое «Общество электрического освещения». Эту дату принято считать датой основания первой российской энергосистемы. Среди учредителей были «Сименс и Гальске», «Дойче Банк» и русские банкиры. С 1900 г. компания носит имя «Общество электрического освещения 1886 г.». Цель компании обозначалась согласно интересам главного учредителя Карла Федоровича Сименса: «Для освещения электричеством улиц, фабрик, заводов, магазинов и всякого рода других мест и помещений» [Устав..., 1886 г., с. 3]. Общество имело несколько отделений в разных городах страны и внесло очень большой вклад в развитие электрической сферы экономики России.

Большинству населения России и других стран бывшего СССР известно, что широкомасштабная электрификация страны связана с реализацией плана Государственной Электрификации России (ГоЭлРо) принятому в 1920 году.

Справедливости ради, следует отметить, что разработка этого плана относится еще ко времени накануне Первой Мировой Войны, которая, собственно, и помешала тогда его принятию.

Первая районная электростанция России «Белый уголь» была построена в 1903 г. на реке Подкумок близ Ессентуков. Она питала электроэнергией города минераловодской группы по четырем воздушным трехфазным линиям напряжением 8кВ и имела небольшую мощность . Более крупная станция «Электропередача» была сооружена в 1914 г. в г. Богородске (теперь г. Ногинск) для электроснабжения Москвы. На станции были установлены три турбогенератора по 5 тыс. л. с. Это была самая крупная в мире электростанция, работавшая на торфе. Росла мощность столичных электростанций. В конце 1916 г. мощность Петербургской электростанции «Общества электрического освещения 1886 г.» приближалась к 50 тыс. кВт.

Среди районных электростанций в начале XX в. большое значение приобрели гидроэлектростанции, особенно в США, Франции, Италии, Швеции, Норвегии. В США, в частности, удельный вес гидроэлектроэнергии в общем производстве электроэнергии составил в 1912 г. 32% . Тепловые электростанции часто служили лишь резервом для работы во время маловодья. Исключение представляла Германия, где преобладали паровые станции, располагавшиеся вблизи залежей бурого угля .

Но хотя преимущества централизованной выработки электроэнергии стали очевидными еще в конце XIX в., укрупнение электростанций было процессом постепенным. Наряду с мощными «фабриками электричества» долгое время продолжали существовать многочисленные мелкие электростанции. Они отпускали энергию потребителям через кабельные и воздушные сети на генераторном напряжении. Например, многие гидроэлектростанции Швеции и Норвегии, снабжавшие энергией близлежащие (на расстоянии не более 4--5 км) электрохимические и электрометаллургические заводы, не имели повысительных трансформаторов и работали при напряжении от 3 тыс. до 11 тыс. В . Перед первой мировой войной Лондон, например, получал электроэнергию от многих десятков электростанций .

Тенденция централизации электроснабжения отчетливо проявилась и в русских условиях. Раньше всего централизация началась в Москве и прилежащих к ней промышленных пригородах. Малоэкономичные мелкие станции поглощались Московской центральной станцией «Общества электрического освещения 1886 г.»: за 17 лет, с 1897 по 1913 г., в Москве закрылось 286 блок-станций. Но разобщенность работы мелких электростанций не была преодолена на протяжении многих лет.

Следующим шагом на пути концентрации производства электроэнергии было объединение отдельных станций в параллельно работающие. Сама идея объединения генераторов электрической энергии возникла еще в период господства постоянного тока. Включение на параллельную работу электростанций постоянного тока не представляло затруднений, если эти станции имели одинаковое напряжение и находились недалеко одна от другой. Но при некотором удалении низкое напряжение не позволяло соединить станции непосредственно линией передачи постоянного тока. В таких случаях прибегали к преобразованию постоянного тока в переменный повышенного напряжения, вводя двигатель-генераторные или, как их тогда называли, мотор-генераторные агрегаты.

Объединение трехфазных электростанций сопровождалось преодолением серьезных технических трудностей, из которых самой существенной было соблюдение синхронной работы генераторов. На ранних электростанциях переменного тока все генераторы работали изолированно, питая каждый свою группу потребителей. Но уже к 90-м годам прошлого века относятся попытки создать условия для параллельной работы; так, в 1896 г. на Охтинской гидроэлектростанции (Петербург) инженеры В. Н. Чиколев и Р. Э. Классон разработали синхронизирующее устройство для включения на параллельную работу двух генераторов.

Одно из первых объединений двух станций трехфазного тока было проведено в 1892 г. в Швейцарии: электростанций в Глэдфельдене (мощностью 120 кВ>А) и в Гохфельдене (ЗбОкВ-А), соединенных двухкилометровой линией напряжением 5 кВ. Лишь после 1900 г. с возникновением районных станций объединение электростанций стало заметным. К этому времени вполне определились преимущества совместной работы: возможность уменьшения резерва питания на каждой электростанции в отдельности и ремонта оборудования без отключения основных потребителей, а также создание условий для выравнивания графика нагрузки.

Все это позволяло более эффективно использовать энергетические ресурсы.

В 1905 г. в США работали три крупные энергетические системы: Южно-Калифорнийская (компания Эдисона), в районе Сан-Франциско и в штате Юта. Мощность системы компании Эдисона составляла 12 тыс. кВт; она объединяла четыре гидравлические и четыре тепловые электростанции. К 1914 г. энергосистема четырех южных штатов США (Джорджия, Северная Каролина, Южная Каролина и Теннесси) объединяла электростанции суммарной мощностью 230 тыс. кВт. В Германии действовала Рейнская система, превратившаяся позднее в Рейнско-Вестфальскую -- одну из самых крупных в мире.В России до Великой Октябрьской социалистической революции имелись две небольшие системы; одна находилась на Апшеронском полуострове в районе Бакинских нефтяных промыслов, другая объединяла Московскую городскую станцию и станцию ««Электропередача».

Совместная работа электростанций вызвала к жизни идею диспетчерского их управления. В этом отношении показательно уже первое объединение для параллельной работы станций в Глэдфельдене и в Гохфельдене (Швейцария): было принято общее управление работой генераторов со щита управления станции в Гохфельдене. При диспетчерских пунктах развились специальные службы: релейной защиты, контроля изоляции, грозозащиты и др.

Первые электростанции в мире

11 февраля 2014 года исполнилось 167 лет со дня рождения выдающегося американского изобретателя и предпринимателя Томаса Эдисона. Одним многочисленных проектов этого великого человека было строительство первой центральной коммерческой электростанции а США.

Электростанция «Перл Стрит» (Pearl Street)

С открытием электростанции «Перл Стрит» (pearl street в переводе с английского - жемчужная улица) в Нью-Йорке в нижнем Манхэттене в 3 часа дня 4 сентября 1882 года Томас Эдисон публично представил полноценную систему коммерческого электрического освещения и электроснабжения. Успех лампочки Эдисона создал спрос на электроэнергию. Именно этот спрос привёл к строительству электростанции «Перл Стрит» и дал старт всей современной энергетической отрасли. Электростанция «Перл Стрит» представляла собой надёжный источник электроснабжения, безопасную и эффективную систему распределения и потребления электрической энергии (лампа накаливания была более долговечна), которая позволяла электричеству конкурировать с традиционной системой газового освещения.

До пуска электростанции «Перл Стрит» Эдисон создал несколько экспериментальных энергетических установок. В 1880 году он установил небольшую систему электроснабжения на пароходе Колумбия, а также в своей лаборатории в «Менло Парк» (Menlo Park lab). Системы освещения с другими особенностями были также установлены на Парижской международной выставке и в Лондоне в 1881 году. Эти установки позволили команде Эдисона попробовать новые идеи, прежде чем вводить в эксплуатацию первую постоянную систему электроснабжения в Нью-Йорке. В «Менло Парк», например, Эдисон проверил свои паровые динамо-машины, предохранители и устройства регулирования -- то что в последствии было установлено на электростанции «Перл Стрит».

Несмотря на эти эксперименты, однако, при строительстве электростанции «Перл Стрит» возникали другие разнообразные сложности. Одним из препятствий была проблема генерации требуемой мощности. Эдисон хотел использовать динамо-машину (сегодня это называется генератор), которая преобразует механическую энергию в электрическую ток. Но в то время динамо-машины не были достаточно мощными. Чтобы решить эту проблему, Эдисон разработал динамо-машину «Джамбо» -- 27- тонный аппарат, который производил 100 киловатт, что было достаточно для питания 1200 огней. «Джамбо» была в четыре раза мощнее любого ранее доступного динамо. Одна машина «Джамбо» была впервые использована при демонстрации системы Эдисона на Парижской выставке. Шесть «Джамбо» были необходимы, чтобы осветить одну квадратную милю в Нью-Йорке от электростанции «Перл Стрит».

В то время как само производство электроэнергии было сложностью, то, пожалуй, не меньшей проблемой было строительство разветвлённой сети подземных труб и кабелей, необходимых для доставки электроэнергии до потребителей. Власти Нью-Йорка изначально относились к этому скептически и отвергли предложение Эдисона перекопать улицы нижнего Манхэттена и проложить необходимые 30 км кабелей. В конце концов, однако, Эдисон смог убедить мэра города. Укладка кабелей оказалась одной из самых дорогих составляющих проекта.

Ещё одной проблемой было отслеживание энергопотребления, так чтобы любой клиент платил бы только за потреблённую электроэнергию. С начала 1800-х годов существовали специальные инструменты для мгновенной фиксации электрического тока и его количества, но не было инструмента для его подсчёта и записи в течение определённого времени. И к 1882 году привычного нам электрического счётчика не существовало. Однако Эдисон не предъявлял счета за электроэнергию своим клиентам, до тех пор, пока вся система не заработала надёжно. Первый счёт за электроэнергию был предъявлен Аризонской медно-латунной компании 18 января 1883 г. и составлял $ 50.44. У потребителей появились и другие расходы - лампочки стояли по $ 1.00 - относительно высокая цена для 1880 года.

Несмотря на все препятствия, электростанция «Перл Стрит» работала хорошо. Офисы The New York Times были одними из первых, где заработало электрическое освещение. Они сообщали, что по сравнению с системой дугового освещения, этот свет был «мягким, сочным и радовал глаз».

За кулисами, однако, все было не совсем так хорошо, как хотел Эдисон. Общественность оставался в неведении того, что электростанция Перл Стрит была убыточна в течение нескольких лет. Капитальные затраты на неё были огромными. Они включали стоимость оборудования, аренду земли на Манхэттене, а также стоимость прокладки подземных коммуникаций и других приспособлений. Общие затраты составили около $ 300 000 ($ 434 500 по уточненным данным). В дополнение к стоимости строительства, были и текущие операционные расходы на закупку огромного количества угля, необходимого для выработки пара в котлах для динамо-машин. Текущие расходы превышали доходы в 1882 и 1883 году. Электростанция «Перл Стрит» стала, наконец, прибыльной в 1884 году.

В некотором смысле электростанция Перл Стрит стала жертвой своего собственного успеха. Система Эдисона создала спрос на электроэнергию на больших расстояниях, преодолевать которые было очень дорого. Увеличивался спрос на электроэнергию со стороны промышленности, которой требовалось напряжение больше, чем 110 вольт, использовавшееся для систем бытового освещения. Система Эдисон, построенная на постоянном токе, была плохо приспособлена для удовлетворения этих новых потребностей. Конкуренты, такие как Никола Тесла и его союзник Джордж Вестингауз считали, что переменный ток может удовлетворить эти требования. Эдисон не признавал ограниченность применения постоянного тока и начал интенсивную кампанию, направленную за демонстрацию преимуществ постоянного и недостатков переменного тока. В конечном счёте, однако, Эдисон был вынужден признать свою неправоту, и для удовлетворения своих энергетических потребностей в мире начали активно использовать переменный ток.

Хотя объёмы использования переменного тока возрастали, электростанция Перл Стрит успешно работала долгое время до тех пор, пока утром 2 января 1890 на ней не вспыхнул пожар. Он уничтожил все, кроме одной динамо-машины. Этот сохранившийся экземпляр сегодня выставлен в музее Генри Форда в Greenfield Village, и отмечен как национальный исторический машиностроительный ориентир по представлению Американского общества инженеров-механиков в 1980 году. Электростанция была восстановлена и продолжала работать до 1895 года, до окончательного вывода из эксплуатации. К тому времени, инженеры разработали более мощные электростанции, предназначенные для энергоснабжения областей большей площади. На одной из стен здания (первоначальное строение было снесено) сегодня можно увидеть вывешенную в 1917 году мемориальную доску Нью-Йоркской компанией Эдисона.

В Иерусалиме

Году в 1914, незадолго до того, как безумие Первой мировой войны в одночасье сделало знакомый и до боли родной мир чужим и страшным, в городе Иерусалиме решили провести электричество

В России первые электролампы загорелись в одном из заводских цехов в Киеве в году 1878, но этот факт местного значения мало известен широкому кругу читателей. Более известно об освещении дуговыми электрофонарями Литейного моста в Санкт-Петербурге в 1879 году. Эта дата считается точкой начала электрификации Российской империи. В турецком вилайете Аль-Шам, в иерусалимском санджаке, электричество задержалось на добрые 35 лет по сравнению с Санкт-Петербургом.

Еврипидис Мавроматис - грек по национальности - выкупил у турецкого правительства права на выработку электричества в Иерусалиме и его окрестностях. Попутно договор содержал еще несколько интересных пунктов, одним из которых являлось открытие в городе электрического трамвая «на манер Стамбульского». Стоит отметить, что трамвай в Иерусалиме открылся почти через сто лет после Мавроматиса - когда город уже долгое время был столицей Израиля.

Первая мировая война изрядно помешала планам честолюбивого грека. А новые хозяева Иерусалима - англичане - не особо чествовали договоры, заключенные при турецком правительстве. Кроме того, на сцену выступил Пинхас Рутенберг, основатель Всеизраильской электрической компании, которому тоже очень хотелось обеспечить электричеством Святой Город. Надо заметить, что опыта у Рутенберга было намного больше, чем у Мавроматиса, но грек не сдавался. Как это обыкновенно бывает в подобных ситуациях, выиграла третья сторона - власти подмандатной британской Палестины потребовали у Мавроматиса в ультимативном порядке предоставить им все чертежи и планы электростанций и электрической сети Иерусалима. В 1926 году - после суда, проходившего в Гааге, Мавроматис продал свои права английской компании «Бальфур Бити» («BalfurBeaty») и отошел от дел. Англичане тут же приступили к строительству первой в Иерусалиме электростанции.

В 1950 году в газете «Давар» - между заметками о съезде коммунистической молодежи и о злобных мамаше и ее сыне 16 лет, плеснувших горячим маслом в свою соседку, появилось маленькое объявление следующего содержания:

Архитектор Биньямин Хайкин (майор Чайкин) скончался вчера вечером в больнице «Шаарей-Цедек» в Иерусалиме, после короткой тяжелой болезни, 67 лет от роду. Он служил в чине майора в инженерных войсках британской армии. Среди зданий, которые он проектировал: дом здоровья Штраус в Иерусалиме (старое здание больницы «Адасса» на ул. Штраус - Л.В), здание мэрии Хайфы, больница Швейцер в Тверии. Кроме того, он принял участие в проекте гостиницы «Царь Давид».

Оставил после себя двух сыновей.

Похороны начнутся в 3 часа пополудни, процессия выйдет из больницы «Шаарей-Цедек».

Биньямин Хайкин родился в Санкт-Петербурге, в 1883 году - ровно через четыре года после того, как осветился огнями Литейный мост. Архитектуру он изучал в Великобритании. А кроме упомянутых в некрологие зданий, спроектировал здание Национальной библиотеки в Еврейском университете (кампус Ар-А-Цофим), амфитеатр в том же университете, многие частные здания. Он отслужил в британской армии до 1920 года, после чего вышел в отставку в чине майора и поселился в Иерусалиме. По-английски его фамилия записывалась как Chaikin, что при правильном английском прочтении звучит как Чайкин. Недолгое время Биньямин, преуспевающий архитектор и светский джентльмен, был женат на Мирель Слуцкин, красивой дочери австралиского бизнесмена. Он рано овдовел, оставшись в 1926 году с двумя сыновьями. Дети долго не задержались в Иерусалиме, и уехали в Австралию, Хайкин же связал свою судьбу с Иерусалимом до конца дней своих. В городе он сначала снимал квартиру на улице Пророков (Невиим), затем жил по соседству со своими друзьями-офицерами британской армии в Мошаве Германит. Именно рядом с Мошавой Германит, в районе иерусалимского вокзала, по проекту Биньямина Хайкина в 1928 году построили первую иерусалимскую электростанцию. В 1929 году она дала ток, и этот год можно считать началом электрификации Святого Города.

Само здание станции построено в эклектическом духе - от окон на фасаде, форма которых явно перекликается с окнами старых иерусалимских домов, возведенных в восточном духе, до ступенчатой крыши, подобной крышам европейских заводских цехов. Глухая стена, обращенная к улице Бейт-Лехем, отчего-то напомнила автору задние стены российских летних кинотеатров, впрочем, можно найти и другие похожие на электростанцию Иерусалима, типы зданий.

Фирма «Бальфур Бити» хорошо знала свое дело. Электроснабжение Иерусалима работало на высочайшем уровне, практически бесперебойно. На электростанции работала интернациональная команда из арабов, евреев, англичан, греков и армян. Она продолжала свою работу и во время Войны за независимость 1947-48 годов, хотя часть специалистов, в основном англичан, покинули свою работу и уехали из бывшей подмандатной Палестины, ставшей Государством Израиль. В 1948 году иорданское командование по ту сторону разделившей город линии фронта стало обстреливать электростанцию и прилегающие к ней важные промышленные объекты очень прицельно, добиваясь больших разрушений. С этой бомбардировкой и последующими событиями связана одна из самых малоприятных страниц истории города. Главного инженера станции - Меира Тобианского - обвинили в том, что он передал англичанам точные планы электростанции и прилегающих к ней объектов, а те поделились информацией с иорданцами. Тобианского, кстати, капитана ЦАХАЛ, судили военно-полевым судом, признали виновным и расстреляли. По приказу Бен-Гуриона («старик», как его прозвали, был взбешен фактом расстрела) дело расследовали и нашли, что покойный Тобианский не был виновен, хотя у него действительно требовали составить подобный план еще в 1946 году. Офицер, отдавший приказ о расстреле несчастного, был призван виновным, и получил в наказание один день ареста! Как было сказано в деле «учитывая совершенно особые обстоятельства непрекращавшихся обстрелов, сосредоточенных на важных участках станции» офицер мог совершить ошибку. Досталось остававшимся на работе по электрификации города британским специалистам. Их обвинили в шпионаже и выслали из страны. Таким образом, с июня 1948 года иерусалимская электростанция перешла под израильское руководство. Любопытно, что часть арабских работников осталась работать в ее штате, нисколько не подвергаясь каким-либо репрессиям со стороны израильтян. Так продолжалось до 1954 года, когда Всеизраильская электрическая компания приобрела Иерусалимскую электрическую компанию и эксплуатировала станцию до начала 60-ых годов, после чего - до начала 80-ых годов прошлого века - ее постепенно выводили из рабочего режима.

Литература

1. Электрические станции, подстанции и сети. Свирен С.Я., 1962

2. Электрооборудование станций и подстанций. Рожкова Л.Д., Козулин В.С., 1987

3. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Рожкова Л.Д., 2004

Размещено на Allbest.ru

...