На берегах крупных рек зародились первые цивилизации — древнеиндийская, шумеро-аккадская и китайская. Они научились укрощать водную стихию и использовать ее энергию для развития государств. Как им это удалось и почему древняя конструкция водяных мельниц стала популярной в XXI веке?
От наблюдений к технологиям
Египтяне верили, что благодаря Нилу появилась их цивилизация. Дождь называли «Нилом неба», а сельскохозяйственные циклы — посевы и жатва — зависели от периодов разлива реки. Чтобы точно знать, когда они наступают, древние ученые создали один из первых звездных календарей.
Задолго до начала новой эры человек начал использовать энергию рек напрямую с помощью водяного колеса. Устройство превращало кинетическую энергию потока в механическую: вода падала на лопатки или черпаки на ободе колеса и вращала его. Когда древние греки соединили механизм с жерновами, появились водяные мельницы — первый источник энергии, не требующий сил человека или животного.
Особенно в укрощении воды преуспели римские инженеры. Во II веке нашей эры в городе Барбегаль на юге нынешней Франции работал масштабный комплекс водяных мельниц. Конструкция из 16 колес перемалывала 25 тонн муки в день. Такое производство могло прокормить население в 27 тысяч человек.
К первым фабрикам
В Cредневековье водяное колесо использовали на различных мануфактурах — предприятиях, где мастера разных ремесел изготавливали один товар. Устройство приводило в движение механизмы для кузниц, лесопилок, шерстобоен и ткацких станков. Его применяли в металлургии, машиностроении, переработке руды и для откачки воды на рудниках.
Масштабы использования энергии воды в Европе стремительно увеличивались. В конце XI века в Англии насчитывается в среднем по одной мельнице на 50 хозяйств.
Вода зажигает свет
Новая эра в развитии гидроэнергетики началась в конце XIX века с появлением электрогенераторов. В 1878 году вода «зажгла» первую в мире дуговую лампочку. Затем английский изобретатель и бизнесмен Уильям Армстронг построил в своем поместье гидроэнергетическую установку. В 1895 году в Нью-Йорке запустили первую промышленную ГЭС мощностью 500 кВт, которая обеспечила энергией более 2000 домохозяйств.
Начало XX века стало эпохой строительства гидроэлектростанций, которые поддерживали работу крупных производств и жизнь целых городов. Сегодня ГЭС вырабатывают 15% всей мировой энергии.
Главные преимущества ГЭС — возможность быстро увеличивать или уменьшать выработку электричества, когда это нужно. Система мгновенно реагирует на изменения нагрузки.
Анастасия Русина
Декан факультета энергетики Новосибирского государственного технического университета
Всего через полтора столетия после появления первой гидроустановки выросли такие гиганты, как ГЭС «Три ущелья» в Китае или Саяно-Шушенская ГЭС в России.
ГЭС «Три ущелья» расположена на реке Янцзы в Китае. Она стала абсолютным мировым рекордсменом по количеству вырабатываемой энергии и по своим размерам. Станция питает десять густонаселенных провинций. Длина плотины — 2,3 километра, а высота — 185 метров. Выше лишь самая крупная в России Саяно-Шушенская ГЭС на Енисее — 245 метров при длине более километра.
На крупных ГЭС плотина поднимает уровень воды в реке и образует водохранилище. Вода через отверстия поступает к турбинам, давит на ее лопасти большим напором, заставляя вращаться, и сбрасывается в русло. Движение передается генератору, который вырабатывает электричество.
Триумф «потомков» водяных мельниц
Небольшие гидроэлектростанции на малых реках напоминают древние мельницы. Существуют и такие, где вместо колеса используются архимедовы винты, что повышает КПД. Для их работы нужны не плотины и искусственные водохранилища, а естественные перепады высот реки.
Мини-ГЭС могут обеспечить электричеством компактное поселение. Они просто устроены и экологичны, поэтому их часто возводят в удаленных и высокогорных районах.
Существует тренд на развитие малых гидроэлектростанций, особенно для изолированных поселений.
Анастасия Русина
Декан факультета энергетики Новосибирского государственного технического университета
— В России потенциал рек использован на 20%, а ГЭС распределены неравномерно. Есть изолированные труднодоступные территории, там люди до сих пор получают электричество ограничено. В таких населенных пунктах, где традиционные источники энергии использовать дороже из-за трат на транспортировку и инфраструктуру, растет запрос на развитие малых гидроэлектростанций, — заключила эксперт.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».