Использовать силу текущей или падающей воды люди начали еще в незапамятные времена. О них пишет греческий инженер Филон, греческий же географ Страбон, греческий эпиграмм Антипатр Солунский, римский инженер Витрувий. Все эти сведения датируются еще до христовыми временами, говоря по-другому водяные мельницы появились еще до рождества христова, то есть до нашей эры.
Данные объекты можно различать по назначению и по типу водяного колеса, могут быть верхне бойными (наливными), средне бойными, и низко бойными (подливными). Есть еще мутовчатые колеса, которые напоминают современные турбины.
В средние века водяные мельницы получили бурное по тем временам развитие. С 11 по 14 век только в Англии их количество возросло с более чем пяти с половиной тысяч до десяти-пятнадцати тысяч. Такие, скажем так, предприятия использовались не только для перемалывания зерна в муку, но и для производства пиломатериалов, текстильной промышленности, волочения проволоки, производства кузнечных работ и так далее.
Как видим водяные мельницы очень долго являлись основой самых разных отраслей промышленности того времени. При этом они производили только механическую энергию про электричество тогда еще не знали.
С началом использования в жизни людей и производстве электроэнергии встал вопрос об источниках этой энергии. В Москве первая стационарная электростанция появилась в 1888 году, в Петербурге в 1897. Но развитие электроэнергетики носило точечный характер. По настоящему комплексно задачу электрификации начали решать при Советской Власти, когда был принят план ГОЭЛРО. План предусматривал комплексное развитие экономики, но основой его все-таки была электроэнергетика. Предусматривалось строительство тепловых, ветровых и гидроэлектростанций. Были разработаны даже плавучие ГЭС.
Одной из таких разработок стала Плавучая бесплотинная мини-ГЭС конструкции инженера Б. Кажинского. За период с 1926 по 1930 год было построено 11 таких электростанций. Сразу оговоримся, что проект был разработан намного раньше, но сначала Первая мировая а затем Гражданская войны отодвинули его реализацию на более позднее время.
1 - дебаркадер деревянный на двух поплавках (катамаранного типа), 2 - колесо водяное, соединённое при помощи клиноременного мультипликатора с электрогенератором, 3 - помещение вспомогательное, 4 - растяжка с условно не показанным якорем (6 шт.), 5 - помещение техническое, 6 - линия электропередачи (воздушная двухпроводная
Как видим, на данной электростанции использовано низко бойное (подливное) колесо, ведь водяным колесам совершенно без разницы что вращать – жернова или электрогенераторы.
По мере развития энергетики строились все более и более мощные ГЭС, все более и более крупные платины, все более и более объемные водохранилища. Появились целые каскады электростанций. Например, Волжско-Камский каскад, который состоит из 11 гидроузлов. Этот каскад позволяет ежегодно экономить до 14 млн. т условного топлива и 30 млн. т атмосферного кислорода. Действительно, гидроэлектростанции не сжигают топлива и не выбрасывают в атмосферу продукты горения, в том числе пресловутый СО2.
Но так ли безвредны гидроэлектростанции? Или у них есть свои «скелеты в шкафу». Оказывается есть. Есть проблемы технические и экономические, экологические и социальные. Начнем с того, что мощные электростанции требуют соответствующих рек. Скажем Волга – самая большая река Европы. Ее длина 3530 км, пл. бассейна 1360 тыс. км2. Он занимает 65% территории Европейской части и 8% всей территории России
У великих сибирских рек он как минимум не меньше.
Далее, плотины, перекрывающие такие реки, являются колоссальными инженерными сооружениями и стоят соответственно. Но самые большие проблемы – экологические и социальные, вызванные затоплением обширных территорий. Под экологическими издержками подразумеваются потери заливных лугов, служащих высокопродуктивными пастбищами и сенокосами. Кроме того по тем же причинам теряются высокоплодородные пойменные почвы, а в некоторых случаях и черноземы. При этом даже если каким-то чудом удастся осушить водохранилища, затопленные почвы восстановить уже не удастся. Эти угодья потеряны безвозвратно, как и затопленные населенные пункты. Конечно при переселении из этих пунктов, люди получали новое благоустроенное жилье, но для людей преклонного возраста такие явления служат немалым стрессом, ведь теряются не просто дома, теряются места, где прошло детство и юность, не следует забывать и погосты. «Любовь к отческим гробам» никуда не делась. В этом отношении невольно вспоминается фильм «Прощание» по мотивам повести «Прощание с Матёрой» Валентина Распутина, посвящённый последним дням существования Матёры - деревни, затопленной при строительстве ГЭС и ее жителей, вынужденных оставить свои дома и родные могилы под водой. Но если фильм снят по художественному произведению, то колокольня в городе Калязин это вполне себе исторический объект.
Возведена была эта величественная пятиярусная колокольня высотой 74 метра, увенчанная шпилем, в 1800 году. Находилась она при Никольском соборе, построенном еще в 1694 году и являвшемся главным городским храмом. И вот когда в 30-е годы в Угличе началось строительство гидроэлектростанции большая часть города, в том числе и храм, ушли под воду, принеся немало горя и слез его жителям. Угличское водохранилище поглотило значительную часть территории, причем самую лучшую и красивую.
Можно ли избежать подобных явлений? Ответ неоднозначен. Когда речь идет о снабжении электроэнергией мегаполиса или крупного промышленного центра, требующих огромного количества энергии, приходится идти на подобные жертвы, а вот с небольшими городками, поселками, селами все далеко не так просто.
Во-первых, далеко не все населенные пункты стоят на великих реках, во-вторых, стоимость плотин и прочего оборудования, в-третьих, встает вопрос – а зачем.
Если мы хотим избавиться от выбросов продуктов горения, то достаточно вспомнить о тех самых водяных мельницах, только с генераторами вместо жерновов. В этом случае и плотины могут быть очень небольшими, и водохранилища будут типа «заводских прудиков», известных со времен Петра Первого и Екатерины, и затопленные территории останутся минимальными. Если же применить бесплотинные ГЭС, то водохранилища вообще будут не нужны.
Учитывая огромную речную сеть России, такие станции могут найти самое широкое применение.
Если же к таким ГЭС добавить ветряные и солнечные электростанции, мы получим некий локальный «зеленый треугольник». В этом случае ГЭС могут служить не только основными генерирующими мощностями, но и, будучи безынерционными (как любые ГЭС), смогут парировать провалы прерывистой альтернативной генерации. В особенности это может быть актуально в тех районах, куда еще не дотянулись «длинные руки РАО ЕЭС».
Конечно, данная идея должна получить оценку специалистов-энергетиков, но в случае положительного вердикта перспективы выглядят весьма заманчиво.
Фотографии с сайтов:
https://ru.beautiful-houses.net/2010/08/vodjanye-melnicy-foto.html
https://www.freeseller.ru/2847-plavuchaja-besplotinnaja-mini-gjes.html
https://bigenc.ru/geography/text/1925622
https://kulturologia.ru/blogs/151117/36672/