Початковий етап розвитку гідроенергетики (кінець ХІХ–початок ХХ ст.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Для енергетики України характерна велика концентрація генеруючих потужностей і залежність, що росте, від експорту палива. Поліпшення техніко-економічних показників при концентрації енерговиробництва одночасно приводило до загострення екологічних проблем регіонів розташування генеруючих потужностей. Чорнобильська катастрофа і відставання у створенні екологічно прийнятних технологій генерування призвели до енергетичної кризи, наслідки якої ще до кінця не усвідомлені.

В умовах мораторію на АЕС, кінцевої екологічної ємності навколишнього середовища, дефіциту палива і технологічного відставання у вугільній промисловості необхідні нетрадиційні рішення в енергетичній політиці.

При цьому технології, що вважалися економічно малоефективними, стають конкурентноспроможними. Прикладом є нетрадиційні і поновлювані джерела енергії. До них відносяться і малі форми гідроенергетики, що мають визначені переваги гарантованої потужності при значному потенціалі ресурсів малих рік і водоймищ на Україні.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 1. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ГІДРОЕНЕРГЕТИКИ

1.1. Початковий етап  розвитку гідроенергетики (кінець  ХІХ–початок ХХ ст.)

З найдавніших часів використання енергії річок було важливим фактором, що визначав розвиток цивілізації. На цьому шляху довжиною більш ніж в три тисячі років вдосконалювався водяний двигун від найпростіших водяних коліс, що використовувались у стародавньому світі з метою подання води для зрошення, водопостачання, для водяних млинів і водяних двигунів, що забезпечували в епоху промислової революції зростаючі потреби в механічній енергії на заводах і рудниках, до гідроагрегатів сучасних ГЕС. 
Швидкий розвиток і успіхи електроенергетики наприкінці ХІХ століття стали основою для принципово нового етапу використання гідроенергетичних ресурсів шляхом перетворення енергії води в електроенергію на ГЕС [6].

На кінець ХІХ століття вже були створені ефективні гідравлічні турбіни, електрогенератори змінного струму, здійснено передавання електроенергії на значні відстані. Великий вклад у розвиток гідроенергетики зробив російський інженер М.О. Доліво-Добровольський, під керівництвом якого у 1891 році була споруджена перша промислова ГЕС потужністю 220 кВт з генератором трифазного струму (у містечку Лауфен на р. Неккар, Німеччина). Вперше від неї була здійснена передача електроенергії змінним струмом напругою 8,5 кВ на відстань 170 км у Франкфурті-на-Майні [2].

У Німеччині у Рейнфельді у 1898 р. була споруджена відносно велика ГЕС потужністю 16,8 тис. кВт з напором 3,2 м, а у 1911 р. ГЕС Аугуст Вілен потужністю 44 тис. к.с., у США у 1900 р. – Ніагарська ГЕС Адамс потужністю 500 тис. к.с. з напором 41,2 м, у 1912 р. – ГЕС Ксокук потужністю 180 тис. к.с. та інші, у Франції у 1901 р. – ГЕС Жонаж потужністю 11,2 тис. к.с. У Швейцарії у 1909 р. була спорудженя перша ГАЕС.

У Росії у 1892 р. під керівництвом інженера Кокшарова була побудована гідроенергетична установка потужністю 150 кВт на р. Березовка на Алтаї для електропостачання шахтного водовідливу на Зиряновському руднику. У 1896 році під керівництвом В.М.Чикальова та Р.Е.Классона була споруджена гідроелектрична установка на р. Охті потужністю біля 290 кВт для електропостачання Охтинського порохового заводу, у 1903 р. – ГЕС на Північному Кавказі на р. Подкумок потужністю 990 к.с., у 1909 р. – Гіндукушська ГЕС на р. Мургаб потужністю 1590 к.с.

На Україні в 1893 р. для електричного освітлення Іліннецького цукрового заводу на розміщеному недалеко від нього водяному млині була встановлена гідроелектроустановка потужністю 40 к.с.  [5].

На початку ХХ ст. в Росії споруджувались тільки невеликі ГЕС, хоч і були запропоновані проекти відносно крупних ГЕС. Ще в 1892 р. інженер М.М. Бенардос запропонував проект ГЕС потужністю до 15 МВт на р. Неві біля Іванівських порогів з передаванням електроенергії до Санкт-Петербургу, у 1894 році інженер В.Ф. Добротворський розробив проект ГЕС потужністю 24 МВт на р. Нарва біля Нарвських порогів, а у 1895–1899 рр. – потужністю 37 МВт на водоспаді Іматра і на порогах р. Волхов. Проекти використання енергії Дніпра в районі знаменитих Дніпровських порогів та створення судноплавного шляху через пороги розробляли інж. М.С. Лелявський (1893 р.), В.Є. Тімонов (1894 р.), С.П. Максимов та Г.О. Графтіо (1905 р.), А.М. Рундо та Д.І. Юскевич (1910 р.), інж. Шаппюї та проф. Гольє, проф. Б.О.Бахметєв (1913 р.), інж. Ф.П. Моргуненков (1913 р.), І.А. Розов (1915 р.) [1].

У Росії в цей період будувались в основному ТЕС, що забезпечували більш швидке отримання прибутків та потребували менших капіталовкладень у порівнянні з ГЕС. Так, у 1913 р. загальна потужність ГЕС складала біля 16 МВт з виробленням 35 млн. кВт·год, а сумарна потужність всіх електростанцій – біля 1100 МВт з виробленням 1945 млн. кВт·год. Потужність найбільшої ГЕС дорівнювала 1,3 МВт, а ТЕС – 40 МВт.

У цілому у світі на самому початку ХХ століття загальна потужність всіх ГЕС складала порядку 1000 МВт. На цих перших ГЕС якість гідросилового обладнання була невисока, ККД гідротурбін не перевищував 0,80–0,84. Умови роботи гідротехнічних споруд, їх конструкції були дуже недосконалими.

Спорудження та експлуатація перших ГЕС заклали фундамент майбутнього розвитку гідроенергетики, що пройшла довгий шлях від перших далеких від вдосконалення ГЕС потужністю в сотні кіловат до сучасних ГЕС, потужність яких складає мільйони кіловат [3].

На основі набутого досвіду вдосконалювались конструкції гідротехнічних споруд та технологічне обладнання, збільшувалась ефективність ГЕС. При цьому найважливіше значення мали такі переваги ГЕС, як використання відновлювальних природою гідроенергоресурсів, відсутність забруднення навколишнього середовища, простота експлуатації, забезпечення за рахунок комплексного використання водосховищ потреб водопостачання, потреб водного транспорту.

Проекти широкого використання гідроенергоресурсів розроблялись у США, країнах Європи, а будівництво ГЕС в країнах Європи розгорнулось в подальшому після першої світової війни, коли виникла необхідність відновлювати економіку. [6].

 

1.2. Розвиток гідроенергетики  з початку і до середини  ХХ століття

На даному етапі розпочинається освоєння гідроенергетичних ресурсів із спорудженням відносно великих ГЕС у США, Канаді, країнах Західної Європи, СРСР та інших країнах. Потужність ГЕС досягає сотень і тисяч мегават, вдосконалюються конструкції турбін, генераторів, різко збільшується місткість водосховищ, висота гребель на скельних основах досягає 100 м і більше  [4].

Особливо велике гідроенергетичне будівництво з початку і до середини ХХ ст. проводилось у США, де зводились крупні гідровузли з ГЕС та греблями різних типів. У 1936 р. була введена в експлуатацію найбільша в світі у той час ГЕС Hoover потужністю 1344 МВт з арково-гравітаційною греблею заввишки 222,5 м і з водосховищем об’ємом 35,2 км3.

Крупні гідровузли з високими греблями та ГЕС будуються також у Франції, де висота гребель досягає: бетонної гравітаційної Le Chambon (1934 р.) – 136 м, аркової Le Sautet (1934 р.) – 126 м, у Швейцарії гравітаційної Schrah (1924 р.) – 111 м, аркової Spitallamm (1932 р.) – 114 м, в Австралії гравітаційної Burrinjuck (1928 р.) – 91 м з водосховищем місткістю 1 км3 [2].

У даний період у зв’язку із різким збільшенням висоти гребель, об’ємів водосховищ, враховуючи відсутність необхідного досвіду, найважливішими стали питання забезпечення надійної роботи в першу чергу гребель. Аварії гребель, які мали місце, приводили до катастрофічних наслідків, що спостерігались, наприклад, при руйнуванні у 1923 р. багатоаркової греблі Глено (Італія) заввишки 75 м, у 1927 р. гравітаційної греблі СентФренсіс (США) заввишки 63 м та ін. Необхідність підвищення надійності та безпеки гребель привела до вдосконалення їх конструкцій та технологій спорудження, розвитку теорії греблебудування, механіки ґрунтів, гідравліки. Були створені передумови для подальшого будівництва великих гребель [9].

На даному етапі розвиток гідроенергетики Росії, а пізніше СРСР в основному не відрізнявся від світового. Найважливіше значення мало прийняття у 1920 році плану ДЕЕЛРО, який визначив стратегію в галузі енергетичної політики країни, сформулював завдання електрифікації як основи піднесення народного господарства, а також передбачував механізми його реалізації.

У плані відмічена необхідність спорудження ГЕС на річках Дніпро, Волхов, Свірь, а також у Середній Азії, на Кавказі, Алтаї. Загальна встановлена потужність всіх великих районних електростанцій (ГЕС і ТЕС) за планом ДЕЕЛРО дорівнювала 1750 МВт, у тому числі 10 ГЕС – 640 МВт і 20 ТЕС – 1110 МВт [5].

З перших років реалізації плану ДЕЕЛРО гідроенергетичне будівництво стало одним із головних напрямів розвитку електроенергетики, що було обумовлено наявністю потужного гідроенергетичного потенціалу.

Першою ГЕС, побудованою за планом ДЕЕЛРО під керівництвом проф. Г.О. Графтіо, стала Волховська ГЕС потужністю 58 МВт із водосховищем місткістю 10,2 км3, яка була введена в експлуатацію у 1926 р., забезпечивши електропостачання Ленінграда і створивши суцільний судноплавний шлях на р. Волхов. Були також побудовані Земо-Авчальська ГЕС у Грузії, Бозсуйська в Узбекистані, Єреванська у Вірменії та ряд інших невеликих ГЕС. На Україні у 1926–1929 рр. були введені в дію невеликі ГЕС: Вознесенська і Первомайська на р. Південний Буг та ряд інших загальною потужністю більше 8 МВт [12].

У 1927 році розпочалось будівництво найпотужнішої в Європі й найбільшої в той час у світі Дніпровської ГЕС потужністю 560 МВт нижче порожистої частини Дніпра біля острова Хортиця. У цьому ж році у Харкові було створене Бюро водяних досліджень, що заклало основи проектного інститута (у подальшому Укргідропроект), який з часом перетворився на найбільшу проектноконструкторську організацію України в галузі гідроенергетики та водогосподарського будівництва.

У період до 1940 р. були введені в дію такі великі ГЕС, як Дніпровська, Нижньосвірська, перші ГЕС на р. Волзі [17].

Проектування Дніпровської ГЕС очолював проф. І.Г. Александров. Проект передбачав комплексне використання водних ресурсів з виробництвом електроенергії та створенням водного шляху через знамениті Дніпровські пороги. Колективу Дніпробуду на чолі з О.В. Вінтером та Б.Є. Вєдєнєєвим було потрібно лише п’ять років на будівництво комплексу споруд ГЕС, перші агрегати якої стали до ладу уже в 1932 році (Рис.1.2.1).

Дніпрогес є характерним прикладом утворення на основі ГЕС потужного територіально-промислового комплексу [1].

В Україні у довоєнний період було побудовано 268 невеликих ГЕС, які стали основою електрифікації багатьох сільськогосподарських районів.

У 1933 р. було завершене спорудження Нижньосвірської ГЕС на р. Свірь потужністю 100 МВт. У цей же період введені у дію Кондопожська ГЕС у Карелії, Ріонська, Дзорагетська ГЕС у Закавказзі, Кадир’їнська у Середній Азії та ряд інших ГЕС.

У СРСР у 1935 р. загальна потужність всіх ГЕС склала біля 900 МВт. На Північному Кавказі на притоках річок Терек і Сулак були споруджені ГЕС: Гізельдонська – у 1934 р., Боксанська – у 1936 р., Гергебільська – у 1937 р. з першою в СРСР арково-гравітаційною греблею заввишки 70 м.

Рис 1.2.1 Будівництво Дніпрогесу. Лівобережна гребля, 1930 р.

У Середній Азії були споруджені ГЕС: Бурджарська в Узбекистані та Верхньоварзобська в Таджикистані у 1937 р., Комсомольська та Тавакська на р. Чирчик у 1940 р. [11].

У розвитку гідроенергетики важливе значення відіграв початок використання водних ресурсів найбільшої в Європі р. Волги. Була розроблена схема р. Волги з метою використання її водних ресурсів для гідроенергетики, водного транспорту, іригації, що відома під назвою «Схема Великої Волги».

У 1940 р. була пущена Угличська ГЕС потужністю 110 МВт, у 1941 р. – перша черга Рибінської ГЕС із водосховищем об’ємом 25,4 км3. На цих низьконапірних ГЕС були встановлені поворотно-лопатеві турбіни потужністю по 55 МВт при напорі 13,2 м з робочими колесами діаметром 9 м [7].

Виробництво гідросилового обладнання базувалось у Ленінграді на заводах «Електросила», ЛМЗ та у Харкові на заводах Турбінному і «Електротяжмаш».

У цей період створюється вітчизняна школа гідроенергетики, для якої характерне планомірне, технічно обґрунтоване, комплексне освоєння гідроенергетичних і водних ресурсів.

У 1940 р. загальна потужність ГЕС досягла 1537 МВт з виробленням 5,1 млрд. кВт·год, що склало 10,6% загального виробництва електроенергії.

Період воєнних років (1941–1945 рр.) характеризується переміщенням гідроенергетичного будівництва з європейської частини країни, де було припинене будівництво ГЕС загальною потужністю біля 1 млн. кВт, на Урал, Казахстан і в Середню Азію, куди була перебазована частина промисловості із тимчасово окупованих районів. На Уралі були споруджені Аргазинська, Верхньотурська, Широковська та ряд інших ГЕС, у Середній Азії – велика Фархадська ГЕС потужністю 126 МВт на р. Сирдар’ї, а також біля 40 малих ГЕС [6].

Важливу роль відігравали ГЕС у забезпеченні електропостачання прифронтових районів.

У роки війни було зруйновано більше 60 ГЕС, в тому числі такі великі, як Дніпровська, Нижньосвірська, було демонтоване обладнання на 7 ГЕС. Загальна потужність виведених із ладу ГЕС перевищила 1000 МВт.

У 1944 році розпочались роботи по відбудові Дніпровської ГЕС. Були побудовані нові ГЕС загальною потужністю 280 МВт та відновлені ГЕС загальною потужністю 250 МВт.

У 1945 р. загальна потужність ГЕС досягла 1300 МВт з виробленням 4,8 млрд. кВт·год, що склало 11,2% загального виробництва електроенергії [10].

 

1.3. Сучасний етап  розвитку гідроенергетики (із середини  ХХ ст.)

Прискорення соціально-економічного розвитку суспільства у другій половині ХХ століття вимагало швидкого збільшення як виробництва електроенергії, так і використання водних ресурсів. Енергетика, будучи основним рушійним фактором розвитку економіки та підвищення добробуту населення, характеризується найбільш високими темпами зростання. При цьому різко зросло значення гідроенергетики – найефективнішого із відновлювальних джерел енергії, – яка є також основою комплексного використання водних ресурсів [9].