Промышленное применение электроэнергии

Одной из крупнейших проблем, решенных в рассматриваемый нами период, было получение и использование электроэнергии — новой энергетической основы промышленности и транспорта.

Переход к массовому, непрерывному и автоматизированному производству требовал перевода системы машин на новый двигатель. Им стал электропривод, (электромотор), обеспеченный соответствующей передачей электроэнергии от генератора.

Предпосылкой для решения этой технической проблемы стало изобретение итальянским физиком А. Пачинотти (1841 —1912) в I 1860 г. и независимо от него бельгийским мастером 3. Т. Граммом t (1826—1901) в 1869—1870 гг. динамо-машины, т. е. самовозбуждающегося генератора постоянного тока. Именно благодаря конструкции, предложенной Граммом, изобретение получило распространение на практике.

Первые электрогенераторы были машинами небольшой мощности и разнообразной конструкции (генераторы Ф. Хельнера — Альтене-ка—1873 г., Т. А. Эдисона—1878 г. и др.). Коэффициент полезного действия (КПД) этих машин был невелик.

В начале 70-х гг. принцип обратимости электрических машин был уже хорошо известен. Эти машины могли использоваться и в качестве генератора, и в качестве двигателя.

В 70—80-х гг. генераторы постоянного тока были настолько усовершенствованы, что, по сути дела, приобрели основные черты современных машин. электроэнергия турбина двигатель Другой предпосылкой стало осуществление передачи электроэнергии по проводам на значительные расстояния. Первую передачу электроэнергии на расстояние 1 км демонстрировал француз И. Фонтен в 1873 г.

Однако практического применения этот опыт не получил. Более того, сам Фонтен считал, что подобная передача энергии возможна только для незначительных мощностей и на небольшое расстояние.

Теоретические обоснования и основы расчета электропередач были сделаны в 1880 г. в работах Д. А. Лачинова (1842—1902) и французского ученого М. Депрё (1843—1918). Лачинов и Депре независимо друг от друга пришли к выводу о возможности и экономической целесообразности передачи электроэнергии на большие расстояния при условии повышения напряжения. В 1882 г. Депре осуществил передачу электроэнергии по проводам на расстояние 57 км между Мюнхеном и Мисбахом. Получив финансовую поддержку банкира Ротшильда, Депре построил несколько линий электропередачи во Франции.

Дальнейшее развитие передачи электрической энергии на расстояние связано с именем М. О. Доливо-Добровольского, который в 1888 г. изобрел систему трехфазного переменного тока. В 1891 г. Доливо-Добровольский вместе с инженером Броуном организовал передачу электроэнергии на расстояние 170 км от Лауфена-на-Некаре до Электротехнической выставки во Франкфурте-на-Майне. Это событие можно считать началом зарождения использования трехфазного тока, вызвавшего переворот в промышленности, транспорте и быту.

В 1892 г. электропередача трехфазного тока была осуществлена в Швейцарии и Германии, а в 1893—в США. Первая промышленная установка трехфазного тока в России была построена в 1893 г. для Новороссийского элеватора.

Внедрение трехфазной передачи электроэнергии встретило сопротивление в США — Эдисона, в Англии — Свинберна, в Австро-Венгрии— Дери, в Швейцарии — Броуна, специализировавшихся на выпуске машин и аппаратов постоянного, однофазного или двухфазного переменного токов. Любопытно отметить, что намеченный Доливо-Добровольским в 1899 г. обобщающий доклад о преимуществах электропередачи трехфазного тока был запрещен правлением крупнейшего треста германской электротехнической промышленности «АЭГ», как задевающий интересы этой фирмы.

Решение вопроса об электропередаче на значительные расстояния на основе практического использования системы трехфазного переменного тока позволило сконцентрировать производство электроэнергии на особых предприятиях — электростанциях, где в качестве первичных генераторов служили тепловые или водяные двигатели.

Следует заметить, что сооружение первых электрических станций относится к концу 70— началу 80-х гг. Эти электростанции (блок-станции, как их тогда называли), производившие постоянный ток, могли обеспечить ограниченное число потребителей, осветить небольшие районы города (см. подробнее в гл. 5). Именно в этом крылся недостаток использования постоянного тока.

В 80-х гг. начали строить электрические станции переменного тока, которые позволили расширить область применения электроэнергии. В 1884 г. в Англии была пущена первая электростанция переменного тока. В 1889 г. вблизи Портленда (США) была построена крупная гидростанция однофазного переменного тока мощностью 720 кВт.

В конце 90-х гг. для снабжения электроэнергией промышленных районов и городов развернулось широкое сооружение районных электростанций, строившихся вблизи источников сырья или у рек.

Ожесточенная борьба развернулась вокруг огромных источников энергии Ниагарского водопада (США). Эдисон предлагал строительство электростанций по производству постоянного тока. Вестингауз ратовал за сооружение гидростанций переменного тока. Добыв с помощью разведки чертеж генераторов переменного тока Вестингауза, Эдисон воспроизвел такой же и предложил сенату своего штата законопроект о запрещении переменного тока как необычайно опасного. Эдисон добился того, чтобы казнь на электрическом стуле проводилась только с помощью постоянного электрического тока. Он развернул кампанию в газетах, где выставлял переменный ток противным человеческой природе, морали и библии, призывал не проводить в дома переменный ток. Но все было напрасно. Несмотря на все попытки опорочить переменный ток, он стал широко использоваться для передачи электроэнергии на расстояние.

В 1896 г. вступила в строй первая районная гидроэлектростанция на Ниагаре. На станции были установлены три турбины переменного тока по 5 тыс. л. с. каждая. Динамо-машины вырабатывали ток в 2 тыс. В. Для передачи электроэнергии потребителю напряжение поднималось трансформаторами до 50 тыс. В. Электропередача осуществлялась на расстояние до 550 км.

В начале столетия была открыта мощная гидроэлектростанции в Брузио (Швейцария) напряжением 7,7 тыс. В. После прохождения трехфазного тока через трансформаторы он повышался до 50 тыс. В и передавался на расстояние 400 км. I.

Идеи сооружения гидроэлектростанций в России зародились 70-е гг. XIX в. Военный инженер Ф. А. Пироцкий с 1874 г. неоднократно предлагал использовать силу рек и водопадов, расположенных недалеки ко от Петербурга, для производства электроэнергии, могущей найти использование в столице. 1.

В 1889 г. инженер В. Ф. Добротворский высказал идею строительства гидростанции для снабжения Петербурга электричеством!

В 1892 г. русский изобретатель Н. Н. Бенйрдос предложил проект постройки гидроэлектростанций на Неве мощностью «в десяток-другой тысяч сил». 1.

В последующие годы в России были разработаны проекты комплексного использования рек Волхова (проект Г. О. Графтио — 1910 г.) и Волги (проект Г. М. Кржижановского—1913 г.) и сооружения на них гидроэлектростанций. Эти проекты были осуществлены только при Советской власти. 1.

Первая промышленная гидроэлектростанция в России мощностью 300 кВт была построена в 1895—1896 гг. под руководством инженеров В. Н. Чиколева и Р. Э. Классона (1868—1926) для электроснабжения Охтинского порохового завода в Петербурге. В 1899 г. были введены в эксплуатацию гидроэлектростанции на Бакинских нефтяных камнях и на кавказском курорте Боржоме. В 1903 г. была пущена электростанция «Белый уголь» в Ессентуках. В 1909 г. закончилось строительство крупнейшей в дореволюционной России Гиндукушской ГЭС мощностью 1350 кВт на реке Мургаб (ныне территория Туркменской ССР). В 1914 г. для электроснабжения Москвы в Богородске (ныне Ногинск) была построена самая крупная в мире теплоэлектростанция «Электропередача», работавшая на торфе.

В результате сооружения районных электростанций промышленные предприятия были избавлены от необходимости строить собственные мелкие электростанции или устанавливать свои электрогенераторы.

Электроэнергия производилась на государственных, городских (муниципальных), а также на частных электростанциях, причем количество частных электростанций значительно превышало число государственных и городских. Так, по сведениям Русского технического общества в 1913 г. из 20 крупных были электростанций 16 были частными.

Электростанции производили электрический ток специально для продажи потребителям. Заводам и фабрикам стало выгоднее покупать электроэнергию и направлять ее к рабочим машинам, снабженным электроприводом, нежели производить ее на собственном предприятии. Претерпел изменения и электродвигатель. Вместо синхронного двигателя со специальным возбудителем (или однофазного двигателя с дополнительным двигателем для разгона) был изобретен асинхронный трехфазный электродвигатель, который начинал вращаться сразу при включении напряжения. Заслуга в создании такого двигателя (1889 г.) принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому.

В начале 90-х гг. XIX в. широкое распространение получили электрифицированные машины в горнодобывающей промышленности, на металлургических заводах для производства проката и для загрузки мартеновских и доменных печей.

Стали создаваться электрометаллургическое и электрохимическое производства, основанные на использовании электронагрева. В области производства цветных металлов большое значение имела постройка в США в 1884 г. братьями Коульс электрической печи промышленного значения для восстановления алюминия и получения его сплавов.

Наряду с превращением электроэнергии в механическую для промышленных целей развитие энергетики позволило осуществить во всерастущих масштабах ее превращение в световую, звуковую, тепловую и, наконец, химическую энергию.

В США в результате концентрации и централизации монопольное значение приобрела фирма «Дженерал Электрик», которая основала ряд дочерних фирм в Европе.

В 1907 г. американский и германский гиганты электричества заключили договор о разделе сфер деятельности в глобальном масштабе. В частности, был установлен взаимный обмен изобретениями и опытами. Заводы обоих концернов вырабатывали самые различные электротехнические и иные товары: «…от кабелей и изолятора до автомобилей и летательных аппаратов».

Применение электроэнергии в различных областях промышленности и в сфере быта произвело на современников такое же сильное впечатление, как освоение паровых машин в период промышленного переворота.