Начало развития электрификации

Всего через десять лет после демонстрации преимуществ трехфазного тока на Франкфуртской выставке, в 1901 г. уже была сооружена в США линия электропередачи дальностью в 104 км при напряжении в линии 50 000 в., а в 1910-1912 гг. в Германии и США были сданы в эксплуатацию линии передачи с напряжением 100 000 в. Решительная победа трехфазного тока и быстрый рост мощности электрических станций виден на рисунке 6-33, показывающем, что в одной из развитых стран, Германии, за 12 лет установленная мощность выросла с 8 до 150 тыс. квт.

Рис. 6-33. Рост числа и мощности электростанций Германии, показывающий победу трехфазного тока

В России, отстававшей до революции от крупных капиталистических стран, высшим достижением была постройка электростанции и линии электропередачи Богородск-Москва по инициативе и под руководством инженера Р. Э. Классона.

Станция "Электропередача" (ныне одна из станций Мосэнерго имени Р. Э. Классона) явилась самой крупной в мире станцией на торфяном топливе. Эта первая в нашей стране районная электростанция (рис. 6-34) имела мощность всего 15 000 л. с. (два турбогенератора по 7500 л. с). Линия передачи имела протяженность 70 км с напряжением 70 000 в. В Измайлове была сооружена понижающая подстанция, а на территории завода Гужона (ныне завод "Серп и молот") Измайловская подстанция соединялась с городской сетью. Станция была сдана в эксплуатацию в 1914 г.

Рис. 6-34. Схематический разрез первой русской районной электростанции 'Электропередача': 1 - галереи для подачи топлива к бункерам, 2 - топливные бункера; 3 - паровые котлы; 4 - топки котлов; 5 - воздухоподогреватели-экономайзеры; 6 - дымососы; 7 - дымовые трубы; 8 - турбогенератор

Начавшаяся война прекратила развитие электрификации в стране. Выработка электроэнергии не пошла выше 2,3 млрд. квт*ч, по производству которой Россия была на 15-м месте.

В передовых в техническом отношении странах выработка электроэнергии быстро возрастала. К концу первой четверти XX в. в США вырабатывалось около 60 млрд. квт*ч, в Германии - около 23 млрд. квт*ч, во Франции - около 10 млрд. квт*ч и в Англии - около 12 млрд. квт*ч электроэнергии.

Генерация и потребление в больших объемах электрической энергии не могли быть осуществлены без возникновения энергетических систем при усложнении старой формулы двигатель - передаточный механизм - орудие в формулу первичный двигатель - электрогенератор - электрическая передача - вторичный электрический двигатель - орудия, причем орудия не одного, а многих промышленных предприятий, включенных в энергосистему. В развитой энергетической системе несколько электрических станций работают параллельно на общую сложную и протяженную электрическую сеть. В составе энергосистемы могут работать параллельно электростанции тепловые с гидравлическими, что дает возможность наиболее эффективно использовать находящиеся в пределах энергосистемы природные энергетические ресурсы.

В создании энергосистем в рассматриваемый период отчетливо проявилось тормозящее влияние капиталистического строя. Из-за этого влияния ряд проектов, предусматривающих привлечение громадного количества энергии природы для развития производительных сил общества, остается неиспользованным и поныне.

Ниже приведены характерные примеры того, как общественные условия препятствуют науке становиться непосредственной производительной силой развития общества, становятся между наукой и возможностями ее применения в технике производства материальных благ.

Рис. 6-35. Неосуществленный проект Средиземноморской энергетической системы

Таков проект Вьеля о создании Единой энергетической системы Европы с наиболее эффективным использованием ее энергетических ресурсов как водных, так и топливных. Таков проект Зергеля об использовании для питания энергетической системы Европы Средиземного моря. По его интересному и выполнимому силами заинтересованных стран проекту предусматривается строительство громадных плотин: Гибралтарской, Тунисской, Мессинской и Дарданелльской (рис. 6-35). Так как Средиземное море испаряет ежегодно свыше 4000 куб. км воды, пополняемой через Гибралтарский и Дарданелльский проливы, то через несколько лет после сооружения плотин его уровень понизится до предусмотренных проектом отметок: в западной части более чем на 100 м, а в восточной - более чем на 200 м. Южная часть Европы будет увеличена, как и северная часть Африки, большими массивами плодородной земли, а Гибралтарская, Тунисская, Мессинская и Дарданелльская гидростанции будут давать электроэнергию в количестве порядка свыше 200 млрд. квт*ч в год.

Однако приведенные проекты, несмотря на громадную выгоду, приносимую их осуществлением, не могут быть реализованы, когда сфера их использования распространена на ряд капиталистических и зависящих от них слаборазвитых стран, взаимоотношения между которыми в капиталистическом мире являются взаимоотношениями постоянных потенциальных врагов.

И действительно, в средиземноморском районе, охватываемом приведенными проектами, ведутся войны. В 1911-1912 гг. велась Триполитанская война, закончившаяся захватом Италией турецких владений в Триполитании и Киренаике (Северная Африка). В 1912-1913 гг.- Балканские войны (Болгария, Сербия, Греция и Черногория против Турции).

Если учесть, что эти войны были только подготовкой к мировой воине 1914-1918 гг., то становится очевидной невозможность реализации проектов Вьеля и Зергеля.

В системе современной комплексной энергетики заключена возможность уничтожения разрыва между неравномерным географическим распределением источников энергии и в общем более или менее равномерным распределением ее потребителей. Однако реализация этого разрыва в широких масштабах не может быть осуществлена в капиталистическом мире

Рис. 6-36. Вид заводского цеха с трансмиссионным приводом

Совершенствование изобретенного М. О. Доливо-Добровольским двигателя переменного трехфазного тока разрешило задачу промышленного привода. Паровой двигатель в конкретной форме турбины получил свою область применения в качестве первичного двигателя тепловых электростанций. Функции вторичного двигателя были возложены на электрический двигатель. В начальной фазе их внедрения электрические двигатели устанавливались для привода отдельных машин и станков большой мощности. Затем в старых цехах промышленных предприятий начали заменять электродвигателем паровую машину, выполнявшую функцию центрального двигателя группы станков. Так возник групповой электропривод, который не устранил трансмиссионный привод (рис. 6-36) и присущие ему недостатки: большой расход энергии на трение, на работу на холостом ходу, зависимость режима работы станков от режима двигателя.

Постепенно практика и теоретические выводы привели к признанию целесообразности одиночного (индивидуального) электропривода, при котором каждый станок получает свой двигатель, Одиночный привод освобождает цехи предприятия от сложных трансмиссионных устройств, сводит к минимуму затрату энергии на ее распределение, позволяет каждому отдельному станку работать в наиболее выгодных для него режимах, упрощает пуск и остановку, переход с одного режима на другой.

Дальнейшим шагом в развитии привода явилось постепенное сращивание вторичного электродвигателя с рабочей машиной. Двигатель и механический привод от него, позволяющий в широких пределах изменять скорости станка (коробка скоростей, позднее - гидравлическая передача), монтируются непосредственно в самом станке.

Начатое в конце XIX в. применение электроэнергии для транспортных целей (трамвай) получило свое дальнейшее развитие в XX в., чему способствовало изобретение и усовершенствование выпрямителей тока. С ростом уличного движения, связанным с увеличением автомобильного парка, с концентрацией в крупных промышленных и административных центрах многомиллионного населения, трамвай оказался не в состоянии удовлетворить возросшие потребности внутригородского транспорта.

Ответом на эти потребности явилась постройка метрополитенов (городских наземных и подземных железных дорог). Особенно удачным оказалось применение подземных линий метрополитенов, строительство которых было начато еще в последнем десятилетии XIX в. (Лондон, Будапешт). Первоначально сооружались линии метрополитена неглубокого залегания. Строительство велось открытым методом: вдоль улиц прорывали глубокие канавы, а затем над ними сооружались перекрытия. Позднее стали применять более целесообразный способ строительства метрополитена методом туннельных проходок.

Одновременно с электрификацией городского транспорта возникали первые опыты перевода на электрическую тягу пригородных, а позднее и магистральных железных дорог с большой плотностью движения. Переход на электротягу, помимо увеличения пропускной способности путей, уменьшения засорения окрестностей дымом и копотью, дает возможность равномерного распределения тяговой мощности по всему составу путем составления поездов из моторвагонных секций.

Теплоэлектрическая тяга, примененная впервые на судне ("Вандал", 1903 г.), начала внедряться и в железнодорожный транспорт. Здесь тяговые электродвигатели получали питание не от неподвижной электростанции через питающий провод, а от дизельного двигателя, приводящего в движение электрогенератор непосредственно на самом локомотиве, получившем наименование "тепловоз". Тепловоз является более экономичным локомотивом, чем паровоз, а также и более автономным, т.е. способным проходить гораздо более длинные пути без пополнения водой и горючим.

В дореволюционной России электротяга не была осуществлена. Имевшиеся проекты электрификации дороги Петербург - Ораниенбаум, Закавказской железной дороги остались нереализованными.

В первые десятилетия XX в. все шире стала внедряться электрическая энергия в промышленные процессы. Развернулось электрическое производство меди, электрическое производство ряда химических продуктов. Быстро стала распространяться электротермия.

Одним из видов электротермии является электрометаллургия, в частности электрометаллургия алюминия, получившая громадное развитие в рассматриваемый период, особенно в связи с развитием новых видов транспорта - автомобильного и воздушного.

В самом начале XX в. была получена первая высококачественная сталь, свободная от всяких вредных примесей, в дуговых электрических печах прямого и косвенного действия, положив начало новой отрасли металлургии - производству высококачественных сталей.

Процесс электрификации углублялся и развивался по всем трем своим звеньям: росли и совершенствовались тепловые и гидравлические электростанции, электроэнергетические системы, росло количество новых потребителей электрической энергии для осуществления силовых, тепловых, химических производственных процессов.

Вместе с этим складывалась новая, более производительная техника, малосовместимая с капиталистическим присвоением продукта.