История электростанций

Блок-станция - электростанция для освещения одного дома с паровым локомобилем (внизу слева), вращающим два генератора постоянного тока (справа).

«Фабрика по производству электрической энергии» – электростанция – особое предприятие, строительство и эксплуатация которого и по сей день сопряжены с преодолением трудностей не только технического плана. Возможно, ни одна отрасль промышленности в последней четверти XIX века не демонстрировала так ярко влияние коммерции на развитие науки и техники. Начало энергетики – период господства техники постоянного тока (это значит, что радиус электроснабжения определялся допустимыми потерями напряжения в электрической сети; напомним – для данной сети они тем меньше, чем выше напряжение при одной и той же мощности, получаемой потребителем). Первая блок-станция (иначе «домовая» – так назывались в 70–80-е годы XIX века первые электрические станции, ведь место производства электроэнергии не было отделено от места потребления) появилась в Париже для освещения улицы Оперы. В России первую установку такого рода построили при участии П. Яблочкова в 1879 году для освещения Литейного моста в Петербурге. Впрочем, идея централизованного производства электроэнергии казалась в то время настолько экономически оправданной и соответствующей общей тенденции концентрации промышленного производства, что первые центральные электростанции возникли уже в середине 80-х годов XIX века и быстро вытеснили блок-станции. В 1881 году несколько американских финансистов заключили соглашение с Т. Эдисоном и приступили в Нью-Йорке к сооружению первой в мире центральной электростанции. В сентябре 1882 г. эта электростанция была сдана в эксплуатацию. Ее мощность превышала 500 кВт, напряжение регулировалось автоматически, защита оборудования от токов короткого замыкания осуществлялась плавкими предохранителями, а магистральные линии были кабельными.

Исходя из соображений дешевого водоснабжения первые петербургские электростанции, обслуживавшие район Невского проспекта в начале 80-х годов XIX века, размещались на баржах, закрепленных у причалов на Мойке и Фонтанке. Кроме того, при таком решении не нужно было покупать земельные участки, близкие к потребителю. В 1886 г. в Петербурге учреждено акционерное «Общество электрического освещения 1886 г.» (с этого момента ведет свою «родословную» Ленэнерго). В том же году построили первую центральную электростанцию (Георгиевскую) в Москве, в центре города, на углу Большой Дмитровки и Георгиевского переулка. Из-за особенностей сетей, рассчитанных на постоянный ток, проектировщики вынуждены были располагать станции в центральных районах города, что не только затрудняло обеспечение водой и топливом, но и удорожало стоимость земельных участков. 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 все ресурсы присоединения новой нагрузки к существующим электростанциям были исчерпаны и встал вопрос об изменении схем сетей или даже об изменении рода тока (т. е. назрел переход на использование переменного тока). Особенность первых станций переменного тока – изолированная работа отдельных генераторов. Синхронизация еще не производилась, и от каждой машины шла отдельная цепь к потребителям. Однако, несмотря на то что при таких условиях расходовались значительные количества меди и изоляторов, в пользу переменного тока говорила ощутимая выгода от увеличения радиуса электроснабжения (этот род тока позволял использовать высокие напряжения в распределительных сетях при сохранении низкого напряжения у потребителей). Можно сказать, что в конечном итоге именно экономические соображения решили вопрос в пользу применения переменного, а не постоянного тока (вопрос, породивший во всем мире ожесточенную полемику, яркие подробности которой мы осветим в следующих номерах).

С триумфального испытания трехфазной системы на Международной выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 году ведет свой отсчет времени электрификация. Тогда впервые были практически применены изобретения М. Доливо-Добровольского (трехфазный ток, трехфазные трансформаторы, двигатели трехфазного тока). По мнению самого изобретателя, преимущества трехфазного тока основываются главным образом на двух свойствах: во-первых, экономичная передача на большие расстояния, во-вторых – превосходные качества двигателей. Доливо-Добровольский особо подчеркивал коммерческое преимущество трехфазной системы с «ее 25% сбережением в проводах»: при проводке требовалось значительно меньше материала для проводников, чем при однофазном переменном токе того же напряжения.

К моменту проведения Первого Всероссийского электротехнического съезда (Петербург, январь, 1900), за четверть века развития энергетики накопились нерешенные проблемы. В «Перечне вопросов для докладов...» были поставлены не только научные, но и очень злободневные для своего времени юридические и экономические задачи, требующие безотлагательного решения:

«30. Насколько городские центральные станции для снабжения электрической энергией могут конкурировать с небольшими отдельными установками для тех же целей. За основание принимаются утвержденные электрические тарифы и отчеты по содержанию отдельных станций» (с одним из подобных отчетов мы познакомим читателей чуть ниже).
«43. Определение ответственности контрагентов и подрядчиков за прочность и правильность исполненных ими электротехнических устройств».
«47. О наилучшем способе городского хозяйства по ведению электротехнических предприятий».
«48. О технических и экономических соображениях, необходимых для городских управлений, разрабатывающих вопросы по устройству электрического освещения и городских электрических трамваев».

Эти вопросы были тесно связаны с жесткими, принципиальными спорами, разгоревшимися в большинстве городских самоуправлений между сторонниками городского электротехнического хозяйства и сторонниками сдачи его частным концессионерам.

Наконец, одна проблема носила чисто юридический характер:

«51. Об издании закона, карающего похищение электрической энергии». Некоторые правоведы указывали на то, что объектом хищения могут быть только реально осязаемые предметы, а не такое «отвлеченное» понятие, как электрическая энергия, но Сенат разъяснил, что электрическая энергия может быть объектом кражи и, следовательно, такая кража наказуема. Признание права собственности на электрическую энергию считалось настолько важным, что вопрос этот был в 1900 г. внесен на рассмотрение Международного электротехнического конгресса в Париже, который подтвердил, что электрическая энергия должна защищаться законами, как всякие другие виды собственности.

Любопытно, что на Третьем съезде (Петербург, 1903–1904) один из выступавших в своем докладе «Электропередача водной энергии как элемент экономической помощи государству» взял за базу сравнения стоимость одного киловатт-часа мускульной энергии «мужика», которую он определял в 10 коп. (а в некоторых губерниях и дешевле). Эту цифру он считал предельной для стоимости электрической энергии, которая могла бы «отблагодарить труд, заменив мускульную энергию электрической». А еще через несколько лет накопленный опыт позволил не просто обсуждать тарифы, но и создавать теоретические труды, обосновывающие и анализирующие различные тарифные системы. Речь идет немного-немало о «принципах правильного коммерческого ведения дела»: «Обоснование тарифов на электрическую энергию и обзор главнейших тарифных систем (По Густаву Зигелю)».

«Цены на ток должны быть различны в зависимости от того, вызывается ли спрос требованиями общественной безопасности, профессиональными потребностями или требованиями комфорта. Для выработки рациональных тарифных ставок нужно разобрать взаимоотношения, существующия между оценкой, придаваемой потребителем электрической энергии, и той суммой денег, которую он в действительности выплачивает за нее. Расходы потребителя тока для целей освещения разделяются на единовременные – по устройству, и на текущие – по плате за расходуемую энергию. Расходы по устройству электрическаго освещения ложатся значительным бременем на бюджет потребителя; но с этим единовременным расходом потребитель мирится, так как приобретает взамен денег определенное имущество. Если же приходится еще нести побочные расходы за прокладку магистрали, за осмотр и приемку установки, то публика считает их несправедливыми и безполезными, что является серьезным препятствием к развитию деятельности станций. Расходы при употреблении тока для двигателей гораздо больше, чем для освещения. Единовременный расход на приобретение двигателя, на проводку, на устройство передачи очень значителен, в особенности для двигателей малой мощности, если считать расходы на лош. силу. Текущие же расходы по оплате стоимости тока, смазочнаго материала, замены щеток, процентов на вложенный в устройство капитал, по амортизации и пр. достигают в среднем для небольших мастерских около 20% всех расходов по производству. Совершенно неправильным является стремление некоторых центральных станций уравнять тариф на освещение и для двигателей, исходя из того предположения, что расходы на производство 1 квт. одинаковы для обеих целей. Ценность электрической энергии для движения учитывается строго цифровым путем материального разсчета, а ценность освещения определяется в большинстве, как нечто субъективное».

Электричество, 1910, № 5

В 1892 г. Николай Бенардос (русский техник, известный изобретатель «электрогефеста» – сварки при помощи электрической дуги) в своей брошюре «Проект снабжения города Петербурга дешевым электрическим током для освещения и движения» предложил построить «гидроэлектрическую» станцию на р. Неве, и получаемую гидроэнергию передавать по специальной линии электропередачи в Петербург. Предполагают, что он думал о переменном токе повышенного напряжения, так как предложение это было сделано в тот момент, когда в Россию стали доходить первые отрывочные сведения об электропередаче Лауфен – Франкфурт.

Согласитесь, что такие тексты вызывают множество ассоциаций:
«Обзор эксплоатации Николаевской городской электрической станции за 1909 год». Надежды городской электрической станции иметь к маю месяцу отчетнаго года новый двигатель Дизеля не оправдались, и станция до конца года оставалась при прежней мощности в 336 квт., совершенно не соответствовавшей величине присоединенной мощности. Последнее обстоятельство с наступлением осени вызвало обоснованную тревогу, так как энергии зимой уже в прошлом году не хватало, между тем количество абонентов на электрическую энергию продолжало расти. (...)
Поэтому было решено, во-первых - в вечерние часы форсировать до предела имеющияся паро-динамо, во-вторых – выключать, если то потребуется, часть дуговых фонарей уличнаго освещения и, в-третьих – не допускать в вечерние часы работы электродвигателей городского водопровода. (...)
Далее, в отчетном году был заполнен крупный пробел, существовавший до сих пор в электрическом деле города, именно, была устроена, и оборудована точными приборами специальная лаборатория для проверки и ремонта счетчиков электрической энергии. Всем известно, сколь большое значение имеет чувствительность счетчика для регистрации электрической энергии. Не одна электрическая станция закрылась и не одна закончила год с недочетами только вследствие плохого учета энергии и вовсе не вследствие неэкономичнаго производства ея».

Абсолютно прозрачная отчетность - золотая мечта нынешних акционеров и инвесторов!

Это документ, скрупулезность и дотошность которого не может не вызвать восхищения:

Возможности, представленные «электрическим веком», затрагивали все аспекты жизни общества. Блок-станции явились прародителями не только больших промышленных станций. Как и коммерция, война, всегда придающая ускорение техническому прогрессу, привела к появлению разнообразных электрических станций, отвечавших всевозможным нуждам армии:

«Судовыя ЭС. Современные коммерческие пароходы, а также все военныя суда не только имеют отдельныя, самостоятельныя установки для нужд искусственнаго освещения электричеством различных частей судна, но также и управление почти всеми вспомогательными механизмами на корабле. Начиная от подъемного крана, шпиля, помп и кончая сложным управлением боевой башней, артиллерией и рулем, производятся при посредстве электромоторов. (...)
Вагонныя и поездныя ЭС. Особый тип вагона ЭС, который и может следовать с поездами или же, будучи поставленным на путях, представлять отдельное устройство, для целей местных освещений производства экстренных ночных работ, ремонтов, погрузок, наконец, торжеств и иллюминаций. (...)
Полевыя ЭС. Для целей Э. освещения военных полевых работ и для «боевого» освещения – служат специальныя ЭС – в виде сравнительно легких повозок с аггрегатом двигателя и динамо-машины. Двигатель обычно керосиновый или нефтяной.»