Концентрация производства электроэнергии в конце XIX - начале XX века

Переход к технике трехфазного переменного тока и решение проблемы передачи электрической энергии на значительные расстояния позволили резко увеличить возможности использования электрической энергии в промышленности, на транспорте и в быту. Во второй половине 90-х годов XIX в. во всех передовых капиталистических странах широко развернулось строительство электрических станций. К 1900 г. мировое производство электроэнергии достигло уже 15 млрд. кВт-ч.

Постепенно электростанции постоянного тока, занимавшие доминирующее положение на начальной стадии развития электрификации, вытеснялись установками трехфазного тока. Создание все более мощных электростанций диктовалось условиями экономичности. Их выгодно было строить на месте добычи топлива или вблизи источников водной энергии, а вырабатываемую энергию передавать по линиям высокого напряжения в промышленно развитые районы и города. Такие электростанции, получившие название районных, стали возникать еще в конце прошлого столетия.

Первой районной электростанцией была гидроэлектростанция в США на р. Ниагаре. Ее электрическая часть была выполнена двухфазной по системе Тесла. Станция мощностью 37 тыс. кВт — грандиозное сооружение для того времени — была открыта в 1896 г.

Энергия от Ниагарской ГЭС использовалась главным образом для электрохимических и электротермических производств — для заводов по изготовлению карборунда, карбида кальция, алюминия. Эксплуатация ГЭС показала ее высокую экономичность и могла послужить основой для дальнейшего крупного гидроэлектростроительства.

В конце прошлого века сооружают еще несколько мощных гидравлических и тепловых электростанций: в Обершпрее, около Берлина (1897 г.), Рейнфельдскую ГЭС (1898 г.), на Бакинских нефтяных промыслах (1899 г.) и др.

Широкий размах строительство районных электростанций получило в начале XX в. исключительно с использованием трехфазной системы токов. Основным техническим направлением в электростроительстве становится концентрация производства электроэнергии.

Этот процесс особенно быстро протекал в Германии и США. В Германии происходил значительный количественный рост районных электростанций, сопровождаемый увеличением их мощности. Начиная с 1900 г., за 10—12 лет, мощность отдельных электростанций возросла с 200 до десятков тысяч киловатт. Например, станция Гольденберг перед первой мировой войной имела четыре генератора по 15 тыс. кВт.

Процесс концентрации производства электроэнергии наиболее стремительно совершался в США. К 1914 г. две крупнейшие станции страны компании Эдисона и Ниагарская ГЭС вырабатывали за год 2020,6 млн. кВт-ч, т. е. почти столько же, сколько все станции России вместе взятые.

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 (360 кВ-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.

Шухардин С. "Техника в её историческом развитии"